工業(yè)領域中需要大量的AC/DC整流電源。隨著現(xiàn)代電力電子技術的不斷發(fā)展，人們曰益意識到低功率因數(shù)整流系統(tǒng)造成了諧波污染和電網公害。因此消除電網諧波污染，提高功率因數(shù)，成為整流系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。由于中大功率的電力電子設備在電網中占很大的比重，因此高功率因數(shù)的三相整流器的研究已成為當今國內外研究的一大熱點。 隨著數(shù)字控制技術的不斷發(fā)展，越來越多的控制策略通過數(shù)字信號處理器(DSP)得以實現(xiàn)。數(shù)字控制的特有優(yōu)點：簡化硬件電路，克服了模擬電路中參數(shù)溫度漂移的問題，控制靈活且易實現(xiàn)先進控制等，使得所設計的電源產品不僅性能可靠，且易于大批量生產，從而降低了開發(fā)周期。因此，數(shù)字化控制電源已成為當今于開關電源產品設計的潮流。 本文首先給出了幾種常見的三相功率因數(shù)校正方案，并對其進行了比較和分析，在前面的基礎上提出了：三相三開關三電平拓撲結構和雙閉環(huán)控制的策略結合的三相PFC系統(tǒng)。緊接著介紹了DSP芯片的特點及其在電力電子裝置中的應用，首先介紹目前DSP芯片的發(fā)展，通過比較選定了TI公司的TMSLF2407芯片作為本文的處理芯片，而后基于對TMSLF2407芯片的內部資源和該芯片數(shù)字式PWM信號產生的原基于DSP的三相有源功率因數(shù)校正研究與設計理的分析，提出了三相PFC的數(shù)字化解決方案。在第四章中介紹了基于DSP數(shù)字控制的PFC的總體設計方案，電路所采用的是基于平均電流方案的雙閉環(huán)控制策略。內環(huán)通過瞬時值控制獲得快速的動態(tài)性能，保證輸出畸變率較低，外環(huán)使用輸出電壓的瞬時值控制，具有較高的輸出精度。本文最后應用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真，驗證控制策略的可行性，并有助于系統(tǒng)主電路和控制電路的設計。對于三相變換器這種復雜的非線性系統(tǒng)，需要模擬、數(shù)字信號混合仿真，仿真比較難以實現(xiàn)。一是因為模型難以建立二是即使建立起一個模型，由于電路復雜，仿真軟件也未必能保證其收斂性。所以經過簡化，利用MATLAB中的SIMULINK構建了變換器的電壓模型，用于驗證設計方法和設計參數(shù)的正確性。
標簽： DSP 三相 有源功率因數(shù)校正
上傳時間： 2013-05-31
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電壓空間矢量脈沖寬度調制技術是一種性能優(yōu)越、易于數(shù)字化實現(xiàn)的脈沖寬度調制方案。在常規(guī)SVPWM算法中，判定等效電壓空間矢量所處扇區(qū)位置時需要進行坐標旋轉和反正切三角函數(shù)的運算，計算特定電壓空間矢量作用時間時需要進行正弦、余弦三角函數(shù)的運算以及過飽和情況下的歸一化處理過程，同時，在整個SVPWM算法中還包含了無理數(shù)的運算，這些復雜計算不可避免地會產生大量計算誤差，對高精度實時控制產生不可忽視的影響，而且這些復雜運算的計算量大，對系統(tǒng)的處理速度要求高，程序設計復雜，系統(tǒng)運行時間長，占用系統(tǒng)資源多。因此，從工程實際應用的角度出發(fā)，需要對常規(guī)SVPWM算法進行優(yōu)化設計。 本文提出的優(yōu)化SVPWM算法，只需進行普通的四則運算，計算非常簡單，克服了上述常規(guī)SVPWM算法中的缺點，同時，采用交叉分配零電壓空間矢量，并將零電壓空間矢量的切換點置于各扇區(qū)中點的方法，達到降低三相橋式逆變電路中開關器件開關損耗的目的。SVPWM算法要求高速的數(shù)據(jù)處理能力，傳統(tǒng)的MCU、DSP都難以滿足其要求，而具有高速數(shù)據(jù)處理能力的FPGA/CPLD則可以很好的實現(xiàn)SVPWM的控制功能，在實時性、靈活性等方面有著MCU、DSP無法比擬的優(yōu)越性。本文利用MATLAB/Simulink軟件對優(yōu)化的SVPWM系統(tǒng)原型進行建模和仿真，當仿真效果達到SVPWM系統(tǒng)控制要求后，在XilinxISE環(huán)境下采用硬件描述語言設計輸入方法與原理圖設計輸入方法相結合的混合設計輸入方法進行FPGA/CPLD的電路設計與輸入，建立相同功能的SVPWM系統(tǒng)模型，然后利用ISESimulator（VHDL/Verilog）仿真器進行功能仿真和性能分析，驗證了本文提出的SVPWM優(yōu)化設計方案的可行性和有效性。
上傳時間： 2013-07-30
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高性能ADC產品的出現(xiàn)，給混合信號測試領域帶來前所未有的挑戰(zhàn)。并行ADC測試方案實現(xiàn)了多個ADC測試過程的并行化和實時化，減少了單個ADC的平均測試時間，從而降低ADC測試成本。 本文實現(xiàn)了基于FPGA的ADC并行測試方法。在閱讀相關文獻的基礎上，總結了常用ADC參數(shù)測試方法和測試流程。使用FPGA實現(xiàn)時域參數(shù)評估算法和頻域參數(shù)評估算法，并對2個ADC在不同樣本數(shù)條件下進行并行測試。 通過在FPGA內部實現(xiàn)ADC測試時域算法和頻域算法相結合的方法來搭建測試系統(tǒng)，完成音頻編解碼器WM8731L的控制模式接口、音頻數(shù)據(jù)接口、ADC測試時域算法和頻域算法的FPGA實現(xiàn)。整個測試系統(tǒng)使用Angilent 33220A任意信號發(fā)生器提供模擬激勵信號，共用一個FPGA內部實現(xiàn)的采樣時鐘控制模塊。并行測試系統(tǒng)將WM8731.L片內的兩個獨立ADC的串行輸出數(shù)據(jù)分流成左右兩通道，并對其進行串并轉換。然后對左右兩個通道分別配置一個FFT算法模塊和時域算法模塊，并行地實現(xiàn)了ADC參數(shù)的評估算法。 在樣本數(shù)分別為128和4096的實驗條件下，對WM8731L片內2個被測.ADC并行地進行參數(shù)評估，被測參數(shù)包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信號與噪聲諧波失真比SINAD、總諧波失真THD等5個常用參數(shù)。實驗結果表明，通過在FPGA內配置2個獨立的參數(shù)計算模塊，可并行地實現(xiàn)對2個相同ADC的參數(shù)評估，減小單個ADC的平均測試時間。 FPGA片內實時評估算法的實現(xiàn)節(jié)省了測試樣本傳輸至自動測試機PC端的時間。而且只需將HDL代碼多次復制，就可實現(xiàn)多個被測ADC在同一時刻并行地被評估，配置靈活。基于FPGA的ADC并行測試方法易于實現(xiàn)，具有可行性，但由于噪聲的影響，測試精度有待進一步提高。該方法可用于自動測試機的混合信號選項卡或測試子系統(tǒng)。 關鍵詞：ADC測試；并行；參數(shù)評估；FPGA；FFT
上傳時間： 2013-07-11
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當今，移動通信正處于向第四代通信系統(tǒng)發(fā)展的階段，OFDM技術作為第四代數(shù)字移動通信(4G)系統(tǒng)的關鍵技術之一，被包括LTE在內的眾多準4G協(xié)議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統(tǒng)中的關鍵功能模塊，其精度對基帶解調性能產生著重大的影響，尤其對LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點化IDFT/DFT達到較好的性能，本文采用數(shù)字自動增益控制(DAGC)技術，以解決過大輸入信號動態(tài)范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問題。 首先，本文簡單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術，并重點關注近年來為了改善其性能而興起的數(shù)字化AGC技術，它們主要用于壓縮ADC輸入動態(tài)范圍以防止其飽和。針對基帶處理中具有累加特性的定點化IDFT/DFT技術，進一步分析了AAGC技術和基帶DAGC在實施對象，實現(xiàn)方法等上的異同點，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據(jù)LTE協(xié)議，搭建了從調制到解調的基帶PUSCH處理鏈路，并針對基于DFT的信道估計方法的缺點，使用簡單的兩點替換實現(xiàn)了優(yōu)化，通過高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達到理想效果。仿真結果還表明，在不考慮同步問題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進行調制，也能達到在SNR高于17dB時，硬判譯碼結果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎上，通過理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時域和頻域DAGC在內的基帶DAGC具有穩(wěn)定接收鏈路解調性能的作用。同時，通過對幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實現(xiàn)的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統(tǒng)基帶解調的要求。針對時域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進行基帶DAGC算法的實現(xiàn)。 最后，本文對選定的基帶DAGC算法進行了FPGA設計，仿真、綜合和上板結果說明，時域和頻域DAGC實現(xiàn)方法占用資源較少，容易進行集成，能夠達到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個IQ數(shù)據(jù)，使之滿足基帶解調性能。
上傳時間： 2013-05-17
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人臉自動識別技術是模式識別、圖像處理等學科的一個最熱門研究課題之一。隨著社會的發(fā)展,各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切，而人臉識別技術作為各種生物識別技術中最重要的方法之一，已經越來越多的受到重視。對于具有實時，快捷，低誤識率的高性能算法以及對算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細分析了智能人臉識別算法原理，發(fā)展概況和前景，包括人臉檢測算法，人眼定位算法，預處理算法，PCA和ICA 算法，詳細分析了項目情況，系統(tǒng)劃分，軟硬件平臺的資源和使用。并在ISE軟件平臺上，用硬件描述語言(verilog HDL)對算法部分嚴格按照FPGA代碼風格進行了RTL 硬件建模，并對C++算法進行了優(yōu)化處理，通過仿真與軟件算法結果進行比對，評估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進行了綜合實現(xiàn)。 主要研究內容如下： 首先，對硬件平臺xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統(tǒng)資源進行了描述和研究，對存儲器sdram,RS-232 串口，JTAG 進行了研究和調試，對Coreconnect的OPB總線仲裁機理進行了兩種算法的比較，RTL 設計，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺，對verilog和C++算法進行同步比較測試，使每步算法對應正確的結果。對軟硬件平臺的合理使用使得在項目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時正確選型，以及加快設計和調試進度。其次，對人臉識別算法流程中的人臉檢測，人眼定位，預處理，識別算法分別進行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對其原理進行了分析討論。人臉檢測采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現(xiàn)優(yōu)異。人眼定位采用小塊合并算法，因為它具有快速，準確，弱時實的特點。預處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡單，高效。 識別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態(tài)和光照對人臉識別的影響。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述語言進行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎上，保證原來效果的前提下，根據(jù)FPGA 硬件特點對算法進行了優(yōu)化。視頻輸入輸出是人臉識別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數(shù)據(jù)，預處理算法在C++算法的基礎上進行了優(yōu)化，最大的減少了運算量，提高了運算速度，16 位計算器模塊使得在算法實現(xiàn)時可以根據(jù)系統(tǒng)要求，在FPGA的ip 核和自己設計的模塊之間選擇性能更好的一個來調用，F(xiàn)IFO的設計提供同步和異步時鐘域的數(shù)據(jù)緩存。設計在ISE和VC++軟件平臺同時進行，隨時對verilog和C++數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和比對。全部設計模塊通過仿真，達到預定的性能要求，并在FPGA 上綜合實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-07-13
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對弓網故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務。原始故障視頻圖像具有極大的數(shù)據(jù)量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數(shù)據(jù)量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協(xié)議進行處理，進而實現(xiàn)檢測現(xiàn)場的實時監(jiān)控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作為MPEG-4的第10部分，因其具有超高的壓縮效率、極好的網絡親和性，而被廣泛研究與應用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數(shù)變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預測、抗塊效應濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環(huán)境中完成軟核的設計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現(xiàn)視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現(xiàn)H．264/AVC部分算法的基本系統(tǒng)。 @@ FPGA以其設計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統(tǒng)設計的首選，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統(tǒng)的設計方法，加速了系統(tǒng)的設計進程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設計流程、verilog語言等，然后對靜態(tài)圖像及視頻圖像的編解碼進行詳細的分析，比如H．264/AVC中的變換、量化、熵編碼等：并以JM10．2為平臺，運用H．264/AVC算法對視頻序列進行大量的實驗，對不同分辨率、量化步長、視頻序列進行編解碼以及對結果進行分析。接著以紅色颶風II開發(fā)板為平臺，進行視頻圖像的采集存儲、顯示分析，其中詳細分析了SAA7113的配置、CCD信號的A/D轉換、I2C總線、視頻的數(shù)字化ITU-R BT．601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；最后運用verilog語言實現(xiàn)H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預計的效果。 @@ 本文實現(xiàn)了整個視頻信號的采集存儲、顯示流程，詳細研究了H．264/AVC算法，并運用硬件語言實現(xiàn)了部分算法，對視頻編解碼芯片的設計具有一定的參考價值。 @@關鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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隨著社會的發(fā)展，人們對電力需求特別是電能質量的要求越來越高。但由于非線性負荷大量使用，卻帶來了嚴重的電力諧波污染，給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行帶來嚴重影響，給供用電設備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統(tǒng)領域極為關注的問題。諧波檢測是諧波研究中重要分支，是解決其它相關諧波問題的基礎。因此，對諧波的檢測和研究，具有重要的理論意義和實用價值。 目前使用的電力系統(tǒng)諧波檢測裝置，大多基于微處理器設計。微處理器是作為整個系統(tǒng)的核心，它的性能高低直接決定了產品性能的好壞。而這種微處理器為主體構成的應用系統(tǒng)，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點。由于微電子技術的發(fā)展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設計技術的發(fā)展，使得設計電力系統(tǒng)諧波檢測專用的集成電路成為可能，同時為諧波檢測裝置的硬件設計提供了一個新的發(fā)展途徑。本文目標就是設計電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路，從而可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)諧波的高精度檢測。采用專用集成電路進行諧波檢測裝置的硬件設計，具有體積小，速度快，可靠性高等優(yōu)點，由于應用范圍廣，需求量大，電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路具有很好的應用前景。 本文首先介紹了國內外現(xiàn)行諧波檢測標準，調研了電力系統(tǒng)諧波檢測的發(fā)展趨勢；隨后根據(jù)裝置的功能需求，特別是依據(jù)其中諧波檢測國標參數(shù)的測量算法，為系統(tǒng)選定了基于FPGA的SOPC設計方案。 本文分析了電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路的功能模型，對專用集成電路進行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測專用集成電路的并行結構。設計了基于FPGA的諧波檢測專用集成電路設計和驗證的硬件平臺。配合專用集成電路的電子設計自動化(EDA)工具構建了智能監(jiān)控單元專用集成電路的開發(fā)環(huán)境。 在進行FPGA具體設計時，根據(jù)待實現(xiàn)功能的不同特點，分為用戶邏輯區(qū)域和Nios處理器模塊兩個部分。用戶邏輯區(qū)域控制A/D轉換器進行模擬信號的采樣，并對采樣得到的數(shù)字量進行諧波分析等運算。然后將結果存入片內的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對數(shù)據(jù)處理模塊的結果進一步處理，得到其各自對應的最終值，并將結果通過串行通信接口發(fā)送給上位機。 最后，對設計實體進行了整體的編譯、綜合與優(yōu)化工作，并通過邏輯分析儀對設計進行了驗證。在實驗室條件下，對監(jiān)測指標的運算結果進行了實驗測量，實驗結果表明該監(jiān)測裝置滿足了電力系統(tǒng)諧波檢測的總體要求。
標簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-04-24
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數(shù)，兩者之間是相互關聯(lián)的，溫濕度控制不好必然引起糧食發(fā)熱和霉變，且極易產生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統(tǒng)的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術在農業(yè)上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)制系統(tǒng)。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構成。單片機主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠實時記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統(tǒng)實現(xiàn)了糧倉內溫濕度的實時監(jiān)測，使管理人員可以實時掌控糧倉內的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統(tǒng)的組成和外圍數(shù)字電路，易于系統(tǒng)擴展和升級，內部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統(tǒng)的體積，縮短了開發(fā)周期，大大增強了系統(tǒng)的可靠性；配合功率驅動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節(jié)省了開發(fā)成本，使糧倉溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產品高精度，集成化的要求。 系統(tǒng)采用直接輸出數(shù)字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數(shù)，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經過放大、A/D轉換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運輸工具提供導航定位服務。它能夠軍民兩用，戰(zhàn)略作用與商業(yè)利益并舉。只要持有便攜式接收機，則無論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛(wèi)星發(fā)出的特定信號。接收機選取至少四顆衛(wèi)星發(fā)出的信號進行分析，就能確定接收機持有者的位置。 GPS導航定位接收機的理論基礎即是擴頻通信理論，擴頻通信技術與常規(guī)的通信技術相比，具有低截獲率，強抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前己從軍事領域向民用領域迅速發(fā)展，成為進入信息時代的高新技術通信傳輸方式之一。擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統(tǒng)，本文所研究的就是這一類系統(tǒng)。 目前在衛(wèi)星信號的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時域法，基于大規(guī)模并行相關器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現(xiàn)有順序捕獲和并行捕獲技術的原理，并給出了它們的優(yōu)缺點。 本文第三章對長碼的直接捕獲進行了深入的研究，基于對國內外相關文獻中長碼直捕方法的分析與對比，并且結合在實際過程中硬件資源需求的考慮，應用了基于分段補零循環(huán)相關和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度。本方法利用FFT實現(xiàn)接收信號與本地長碼的并行相關，同時完成頻偏的搜索，將傳統(tǒng)的二維搜索轉換為并行的一維搜索，從而能快速實現(xiàn)長碼捕獲。 GPS信號十分微弱，靈敏度低，在戰(zhàn)場環(huán)境下，GPS接收機會面臨各種人為的干擾。如何從復雜的干擾信號中實現(xiàn)對GPS信號的捕獲，即抗干擾技術的研究，是GPS也是本文研究一個的方面。第四章即研究了GPS接收機干擾抑制算法，在強干擾環(huán)境下，需要借助信號處理技術在不增加信號帶寬的條件下提高系統(tǒng)的抗干擾能力，以保證后續(xù)捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機長碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實現(xiàn)方案，并對各主要子模塊進行了詳細地分析。基本型接收機中長碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實現(xiàn)；抗干擾型接收機中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實現(xiàn)了各模塊的單獨測試和整個系統(tǒng)的聯(lián)調，通過聯(lián)調驗證，本文提出的長碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對長碼的直接捕獲，可以應用于GPS接收機，監(jiān)測站接收機的同步等，對我國自主研發(fā)導航定位接收機也有重大的現(xiàn)實及經濟意義。
上傳時間： 2013-06-18
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文章開篇提出了開發(fā)背景。認為現(xiàn)在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關電源已經很難跟上時代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態(tài)的遠距離監(jiān)測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號處理新技術，數(shù)字化開關電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領域的今天，最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統(tǒng)開關電源模擬調節(jié)器的基礎上，提出了一種新的數(shù)字化調節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關電源的總體設計框圖和實現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數(shù)字化PID調節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調節(jié)器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統(tǒng)的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節(jié)后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節(jié)器和電壓調節(jié)器的反相輸入端，用來實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環(huán)境開關量檢測、環(huán)境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數(shù)字低通濾波。由于整個系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節(jié)，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環(huán)控制的目的。 最后，對數(shù)字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業(yè)中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會隨著使用時間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動并對系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應能力造成負面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發(fā)成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測控等技術領域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統(tǒng)的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-29
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