相位激光測距是一種高精度的距離測量技術，隨著電子器件和信號處理技術的發展，這種測距技術在軍用和民用領域必將得到更為廣泛的研究和應用。本文介紹了一種基于FPGA嵌入式技術的相位激光測距系統，該系統采用先進的FPGA技術，實現了調制信號產生、信息控制與處理三個模塊的整合，解決了傳統相位激光測距所難以克服的弱點。 文中闡述了激光測距和調制信號源的基本原理，分析了影響測距精度的因素，指出應用DDS技術可以實現寬帶、高精度的調制信號輸出，說明了引起DDS輸出信號雜散的原因和解決的辦法。分析了應用FFT運算實現信號相位提取的基本原理及設計方法，采用這種檢相技術，可以極大地提高測相精度與靈敏度。提出了基于FPGA嵌入式系統的相位式激光測距機的整體設計，并就各部分進行了詳細的分析與設計。介紹了激光測距系統的外圍電路和基于QuartusⅡ集成軟件平臺的部分硬件電路的設計，并對其中的設計進行了仿真和驗證，總結提出了對系統今后的進一步改進和完善的思路。
上傳時間： 2013-06-28
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隨著國民經濟的飛速發展，傳統的電機已無法滿足當前工程的要求，其作用也由過去簡單的起停控制、提供動力上升到要求對其速度、位置、轉矩等進行精確的控制，并能實現快速加速、減速、反轉以及準確停止等，使被驅動的機械運動符合于集的要求。在集成電路、現代電子技術及控制理論飛速發展的今天，電機控制技術也得到了飛快的發展，電機控制器也由模擬分立元件構成的電路向數模混合、全數字方向發展。本論文主要研究了FPGA芯片在電機控制器中的應用。 論文首先對無刷直流電機系統進行了綜合性論述。對系統的組成、及系統中主要部分：如位置傳感器、逆變器和功率器件、供電直流電源進行了較詳細的說明；并且提出了與本研究相關的控制機理和實施方案。 其次，論文對FPGA芯片的特點及配置電路、以及以FPGA-FLEX10K10為核心的控制器電路的組成進行了較詳細的論述；同時對超高速集成電路硬件描述語言(VHDL)的特點和應用進行了研究；并提出了應用FPGA芯片對電機速度進行控制的系統構成及工作原理。 論文還對FPGA芯片與DSP芯片共同完成電機控制的方案進行了論述，利用ALTERA公司的FPGA芯片完成了電機控制器的設計、制造和調試，并在此基礎上分析研究了利用此控制器對無刷直流電機進行調速控制的方法；兩種控制器共同工作，組合方便、功能強大，適合在高精度、高效、寬變速控制的應用場合下，可對電機實現精度更高、策略更復雜的控制。 論文最后還對在具體產品中的應用效果及行了簡單分析。
上傳時間： 2013-08-04
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本文采用基于運動補償的算法,對去隔行系統及其FPGA設計作了深入的研究.該系統包括三個關鍵模塊運動估計模塊是去隔行系統的設計重點,設計為雙向運動估計,采用菱形快速搜索算法,主要分為計算和控制兩大部分.計算部分為SAD計算模塊,采用累加樹和流水線技術;控制部分根據菱形搜索算法的第三步搜索的特點,對比較模塊、SAD暫存器等模塊做了具體的設計.對于運動補償模塊采用雙向補償的算法,補償精度為半像素.根據半像素點的位置將運動補償計算分為四個狀態,并通過對四個狀態計算特點的分析設計了加法器的結構復用.同時基于視頻數據處理的需要,設計了四個具有雙體存儲結構的內部緩存器,由FPGA內部的嵌入式陣列塊實現.根據運動估計模塊和運動補償模塊的計算特點,分別對緩存器的結構、讀寫時序和列序號控制進行設計,有效提高了數據的存取效率.本文對于這三個去隔行系統的關鍵模塊都給出了RTL級設計和模塊的功能仿真,并在最后一章中給出了去隔行系統的FPGA設計.
上傳時間： 2013-06-11
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本文簡單介紹了脈沖式激光測距原理、相位式激光測距的原理及相位測量技術。根據課題的要求，給出了電路系統設計方案，選擇了合適測相系統電路參數，分析了調制波的噪聲對系統的影響，計算出能滿足系統精度要求的最低信噪比，對偶然誤差、信號變化幅度大小、零點漂移和電路的相位延遲等原因引起的測量誤差，提出了具體的解決措施，這些措施提高了數字檢相電路的測相精度和穩定性。 根據電路系統設計方案，著重對混頻電路、整形電路和自動數字檢相電路進行了較為深入的分析與討論，其中自動數字檢相電路采用大規模可編程邏輯器件FPGA實現。 文中述敘了利用FPGA實現自動數字檢相的原理及方法步驟，分析了FPGA實現鑒相功能的可靠性。根據設計要求，選擇合適的FPGA邏輯器件和配置器件，使用QuartusⅡ軟件開發可編程邏輯器件及VHDL編程，給出了用QuartusⅡ軟件進行數字檢相測量的系統仿真結果和混頻電路、比較電路、數字檢相電路的實驗結果，對在沒有零角度位置標志信號和沒有允許計數標志信號條件下的實驗結果的精度進行了分析。根據誤差結果分析，提出了下一步研究改進的措施和思路。
上傳時間： 2013-04-24
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工業X-CT（X-ray Computed Tomography）無損檢測技術是以不損傷或者破壞被檢測對象的一種高新檢測技術，被譽為最佳的無損檢測手段，在無損檢測領域日益受到人們的青睞。近年來，各國都在投入大量的人力、物力對其進行研究與開發。 目前，工業CT主要采用第二代和第三代掃描方式。在工業CT第三代掃描方式中，掃描系統僅作“旋轉”運動，控制系統比較簡單。對此，我國已取得了可喜的成績。然而，對工業CT系統中的二代掃描運動控制系統，即針對“平移+旋轉”運動的控制系統的研究，我國已有采用，但與發達國家相比，還存在較大的差距。二代掃描方式與其它掃描方式相比，具有對被檢物的尺寸沒有要求，且能夠對感興趣的檢測區域進行局部掃描的獨特優點。同時X光源的射線出束角較小（一般小于20°），因此在工業X-CT系統主要采用二代掃描運動控制。有鑒于此，本論文結合有關科研項目，開展了工業X-CT二代掃描控制系統的研究。 論文首先介紹了工業X-CT系統的工作原理和各種掃描運動控制方式的特點，闡述了開展二代掃描控制的研究目的和意義。其次，根據二代掃描控制的特點，提出了“在優先滿足工業X-CT二代掃描控制的基礎上，力求實現對工業X-CT掃描運動的通用控制，使其能同時支持一、三代掃描方式”的設計思想。據此，研究確立了基于單片機AT89LV52及FPGA芯片EP1C3T100C8的運動控制架構，以實現二代掃描控制系統的設計方案。論文詳細介紹了可編程邏輯器件FPGA的工作原理和開發流程，并對其相關開發環境QuartusII4.1作了闡述。結合運動控制系統的硬件設計，詳細介紹了各功能模塊的具體設計過程，給出了相關的設計原理框圖和實際運行波形。并制作了相應的PCB板，調試了整個硬件控制系統。最后，論文還詳細研究了利用VisualC++6.0來完成上位機控制軟件的設計，給出了運動控制主界面及掃描運動控制功能軟件設計的流程圖。 論文對整個運動控制系統采用的經濟型的開環控制技術所帶來的不利影響，分析研究了增加步進電機的細分數以提高掃描精度的可能性，并對所研究的控制系統在調試過程中出現的一些問題及解決方案作了簡要的分析，提出了一些完善方法。
上傳時間： 2013-04-24
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電力系統自誕生以來，就孿生了電力系統諧波，隨著電子裝置的廣泛應用，諧波問題變得日益嚴重，電力諧波已經成為電力系統的公害。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關諧波問題的基礎，因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。 本論文主要是從諧波檢測理論和實現方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數字系統的相關問題。 論文中闡述了電力系統諧波的相關概念和產生原理，并分析了電力諧波的特點。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計算諧波含量，研究了Radix-2FFT在諧波檢測中的應用，描述了FFT分析過程中的頻譜泄漏現象，并從理論上研究了頻譜泄漏的根源。 為了解決頻譜泄漏問題，本文提出了采用鎖相倍頻技術方法，跟蹤電力系統工頻頻率變化，從而有效減少頻譜泄漏。在諧波檢測中，FFT運算量很大、對速度和精度要求苛刻，本文探討了應用FPGA實現FFT信號處理的方法。
上傳時間： 2013-06-17
上傳用戶：gxf2016
逆變控制器的發展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統，并從數模混合電路過渡到純數字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現技術，依次對專用芯片的系統功能劃分，硬件算法，全系統的硬件設計及優化，流水線操作和并行化，芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續時間和離散時間的數學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環電壓外環雙閉環控制系統的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統具有很好的動、靜態性能，并且具有自動限流功能，提高了系統的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規格，完成了器件選型及相關的開發環境和工具的選取。然后系統闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發流程。在此基礎上，進行了芯片系統功能劃分，針對：DDS標準正弦波發生器，電壓電流雙環控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發生器，死區控制器，數據流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數字鎖相環的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統鎖相系統中的環路濾波，用相位累加器實現數控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數字鎖相環（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優化問題，并針對逆變器控制系統中，控制系統算法呈多層結構，且層與層之間還有數據流聯系，其執行順序和數據流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統的流水線優化設計問題。本文最后對芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩態”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
上傳用戶：ice_qi
數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
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激光測距技術被廣泛應用于現代工業測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領域。本文從已獲得廣泛應用的脈沖激光測距技術入手，重點分析了近年提出的自觸發脈沖激光測距技術(STPLR)特別是其中的雙自觸發脈沖激光測距技術(BSTPLR)，通過分析發現其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數器或專用集成電路(ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發、系統的改造升級和自主知識產權保護等諸多方面受到制約，同時在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現場可編程門陣列(FPGA)來實現脈沖激光測距中的高精度高速計數及其他相關功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對雙自觸發脈沖激光測距的主要技術要求和技術指標進行分析，對其中的信號處理單元采用了FPGA+單片機的設計形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個測距系統中是信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內部時鐘頻率，設計了專用于BSTPLR的高速高精度計數芯片，負責對測距信號產生電路中的時刻鑒別電路輸出信號進行計數。數據處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現。系統可以通過鍵盤預置門控信號的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結果采用7位LED數碼管顯示。本設計在近距離(大尺寸)范圍內實驗測試時基本滿足設計要求。
上傳時間： 2013-06-02
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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