PWM(脈沖寬度調(diào)制)是一種利用數(shù)字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統(tǒng)等機械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術已經(jīng)成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發(fā)生器對于基礎理論的發(fā)展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內(nèi)容是用任意波形作為調(diào)制信號通過特定的方法來產(chǎn)生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統(tǒng)性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術來實現(xiàn)。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數(shù)據(jù)進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速率快的優(yōu)點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現(xiàn)PWM發(fā)生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發(fā)工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統(tǒng)設計的一個熱點。整個系統(tǒng)分為模擬波形產(chǎn)生、單片機控制電路、FPGA內(nèi)部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發(fā)平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內(nèi)部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調(diào)試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內(nèi)部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結(jié)果、系統(tǒng)的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發(fā)生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-04-24
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通用異步收發(fā)器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協(xié)議。串行外設用到異步串行接口一般采用專用集成電路實現(xiàn)。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊，而時常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能，或者當在FPGA上設計時，需要將UART功能集成到FPGA內(nèi)部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現(xiàn)主機設備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當在使用藍牙設備的時候尤其是在監(jiān)控場所，接口控制器在控制數(shù)據(jù)與計算機的傳輸上就起了至關重要的作用。 論文針對信息技術的發(fā)展和開發(fā)過程中的實際需要，設計了一個藍牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模塊。使用VHDL將其核心功能集成，既可以單獨使用，也可集成到系統(tǒng)芯片中，并且整個設計緊湊、穩(wěn)定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價值。 本設計采用TOP-DOWN設計方法，整體上分為UART接口和藍牙主機控制器接口兩部分。首先根據(jù)UART和藍牙主機控制器接口的實現(xiàn)原理和設計指標要求進行系統(tǒng)設計，對系統(tǒng)劃分模塊以及各個模塊的信號連接；然后進行模塊設計，設計出每個模塊的功能，并用VHDL語言編寫代碼來實現(xiàn)模塊功能；再使用ISE8.2I自帶的仿真器對各模塊進行功能仿真和時序仿真；最后進行硬件驗證，在Virtex-II開發(fā)板上對系統(tǒng)進行功能驗證。實現(xiàn)了發(fā)送、接收和波特率發(fā)生等功能，驗證了結(jié)果，表明設計正確，功能良好，符合設計要求。
上傳時間： 2013-07-13
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隨著數(shù)字電子技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中起著很重要的作用，F(xiàn)FT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能，而現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)方面，有極大的優(yōu)勢。論文采用了在FPGA中實現(xiàn)FFT算法的方案。 數(shù)字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上，根據(jù)實時處理的要求，給出了數(shù)字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現(xiàn)進行了分析和說明。 依據(jù)數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數(shù)三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現(xiàn)了1024點的FFT，接著對三種方法進行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結(jié)論。然后根據(jù)通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協(xié)議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現(xiàn)了設備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-06-27
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現(xiàn)的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨立實現(xiàn)。架構為計算模塊實現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調(diào)試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現(xiàn)了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學算子運算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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隨著計算機技術和通信技術的迅速發(fā)展，數(shù)字視頻在信息社會中發(fā)揮著越來越重要的作用，視頻傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應用于交通管理、工業(yè)監(jiān)控、廣播電視、銀行、商場等多個領域。同時，F(xiàn)PGA單片規(guī)模的不斷擴大，在FPGA芯片內(nèi)部實現(xiàn)復雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實，因此采用FPGA實現(xiàn)視頻壓縮和傳輸已成為一種最佳選擇。 本文將視頻壓縮技術和光纖傳輸技術相結(jié)合，設計了一種基于無損壓縮算法的多路數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)利用時分復用和無損壓縮技術，采用串行數(shù)字視頻傳輸?shù)姆绞剑稍谝桓饫w中同時傳輸8路以上視頻信號。系統(tǒng)在總體設計時，確定了基于FPGA的設計方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，在FPGA里實現(xiàn)系統(tǒng)的時分復用/解復用、視頻數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮和線路碼編解碼，利用光收發(fā)一體模塊實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換。視頻壓縮采用LZW無損壓縮算法，用Verilog語言設計了壓縮模塊和解壓縮模塊，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO來緩存壓縮/解壓縮單元的輸入輸出數(shù)據(jù)，光纖線路碼采用CIMT碼，設計了編解碼模塊，解碼過程中，利用數(shù)字鎖相環(huán)來實現(xiàn)發(fā)射與接收的幀同步，在ISE8.2和Modelsim仿真環(huán)境下對FPGA模塊進行了功能仿真和時序仿真，并在Spartan-3E開發(fā)板和視頻擴展板上完成了系統(tǒng)的硬件調(diào)試與驗證工作，實驗證明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，圖像清晰，實時傳輸效果好，可用于交通、安防、工業(yè)監(jiān)控等多個領域。 本文將視頻壓縮和線路碼編解碼在FPGA里實現(xiàn)，利用FPGA的并行處理優(yōu)勢，大大提高了系統(tǒng)的處理速度，使系統(tǒng)具有集成度高、靈活性強、調(diào)試方便、抗干擾能力強、易于升級等特點。
標簽： FPGA 數(shù)字視頻 光纖傳輸系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-27
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頻率是電子技術領域內(nèi)的一個基本參數(shù)，同時也是一個非常重要的參數(shù)。穩(wěn)定的時鐘在高性能電子系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，直接決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。隨著電子技術的發(fā)展，測頻系統(tǒng)使用時鐘的提高，測頻技術有了相當大的發(fā)展，但不管是何種測頻方法，±1個計數(shù)誤差始終是限制測頻精度進一步提高的一個重要因素。 本設計闡述了各種數(shù)字測頻方法的優(yōu)缺點。通過分析±1個計數(shù)誤差的來源得出了一種新的測頻方法：檢測被測信號，時基信號的相位，當相位同步時開始計數(shù)，相位再次同步時停止計數(shù)，通過相位同步來消除計數(shù)誤差，然后再通過運算得到實際頻率的大小。根據(jù)M/T法的測頻原理，已經(jīng)出現(xiàn)了等精度的測頻方法，但是還存在±1的計數(shù)誤差。因此，本文根據(jù)等精度測頻原理中閘門時間只與被測信號同步，而不與標準信號同步的缺點，通過分析已有等精度澳孽頻方法所存在±1個計數(shù)誤差的來源，采用了全同步的測頻原理在FPGA器件上實現(xiàn)了全同步數(shù)字頻率計。根據(jù)全同步數(shù)字頻率計的測頻原理方框圖，采用VHDL語言，成功的編寫出了設計程序，并在MAX+PLUS Ⅱ軟件環(huán)境中，對編寫的VHDL程序進行了仿真，得到了很好的效果。最后，又討論了全同步頻率計的硬件設計并給出了電路原理圖和PCB圖。對構成全同步數(shù)字頻率計的每一個模塊，給出了較詳細的設計方法和完整的程序設計以及仿真結(jié)果。
標簽： FPGA 數(shù)字頻率計
上傳時間： 2013-06-05
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結(jié)構；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結(jié)構，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設計方法和設計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現(xiàn)、優(yōu)化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結(jié)果表明，系統(tǒng)的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺上設計SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案及實現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應性、可擴展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統(tǒng)工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統(tǒng)整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù)
上傳時間： 2013-07-09
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當前我國正處在從模擬電視系統(tǒng)向數(shù)字電視系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型期，數(shù)字電視用戶數(shù)量激增，其趨勢是在未來的幾年內(nèi)數(shù)字電視將迅速普及。在應用逐漸廣泛的數(shù)字電視系統(tǒng)中，監(jiān)控數(shù)字電視服務正成為一種越來越迫切的需要。然而，目前對于數(shù)字電視并沒有合適的監(jiān)測儀器，因此無法及時方便地診斷出現(xiàn)問題的信號以及隔離需要維修的數(shù)字化設備。通常只有當電視屏幕上的圖像消失時我們才知道數(shù)字信號系統(tǒng)出了問題。幾乎沒有任何線索可以用來找到問題的所在或原因，碼流分析儀器在這種情況下應運而生。目前在數(shù)字電視系統(tǒng)的前端，通過監(jiān)控了解數(shù)字視頻廣播(DVB)信號和服務的狀況從而采取措施比通過觀眾的反映而采取措施要主動和及時得多。傳輸流(TS)的測試設備可使技術人員分析碼流的內(nèi)部情況，它們在決定未來服務質(zhì)量和客戶滿意度方面將扮演更重要的角色。 本文著重研究了在DVB廣播電視系統(tǒng)中，DVB-ASI信號的解碼、MPEG-2TS的實時檢錯原理和基于現(xiàn)場可編輯門陣列(FPGA)的實現(xiàn)方法。文章首先闡述了數(shù)字電視系統(tǒng)的一些基本概念，介紹了MPEG-2/DVB標準、ETR101 290標準、異步串行接口(ASI)。然后介紹了FPGA的基本概念與開發(fā)FPGA所使用的軟件工具。最后根據(jù)DVB-ASI接收系統(tǒng)的解碼規(guī)則與MPEG-2TS碼流的結(jié)構提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS碼流實時分析與檢測系統(tǒng)設計方案并予以了實現(xiàn)。 在本系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA起著核心的作用，主要完成DVB-ASI的解碼、MPEG-2TS碼流檢錯、以及數(shù)字電視節(jié)目專有信息(PSI)提取等功能。本文實現(xiàn)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的碼流分析儀相比具有集成度較高、易擴展、便于攜帶、穩(wěn)定性好、性價比高等優(yōu)點。
上傳時間： 2013-06-04
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發(fā)展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產(chǎn)業(yè)革命的關鍵技術。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數(shù)控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現(xiàn)數(shù)控加工的，數(shù)據(jù)加工中的定位控制精度、速度調(diào)節(jié)的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數(shù)控系統(tǒng)的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數(shù)控系統(tǒng)的性能，而微電子和數(shù)字信號處理技術的發(fā)展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內(nèi)運動控制技術的研究起步較晚的現(xiàn)狀，結(jié)合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發(fā)展趨勢，吸收了數(shù)控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統(tǒng)等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規(guī)劃了板卡的總體設計。 其次，根據(jù)總體設計，規(guī)劃了板卡的結(jié)構，詳細劃分并實現(xiàn)了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數(shù)字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現(xiàn)了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩(wěn)性、實時控制以及多軸聯(lián)動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數(shù)器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數(shù)電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結(jié)果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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