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(chǎn)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(jīng)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(nèi)容是在傳統(tǒng)開關電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)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(nèi)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(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)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(diào)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(diào)節(jié)后--分立元器件構成，采用專用脈寬調(diào)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(diào)節(jié)器和電壓調(diào)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(diào)節(jié)，從而產(chǎn)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(chǎn)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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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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本文研究的視頻處理系統(tǒng)是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”的一部分，主要完成計算機視覺系統(tǒng)的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統(tǒng)以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結合視頻模數(shù)轉換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構成計算機視覺系統(tǒng)必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統(tǒng)進行高層處理的基礎，優(yōu)秀的預處理算法能有效改善圖像質(zhì)量，提高系統(tǒng)分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統(tǒng)整體架構的基礎上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現(xiàn)YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換； 2.針對采集的視頻圖像，根據(jù)VGA顯示的要求，給出了一種實現(xiàn)圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據(jù)算法特點設計了多種采用FPGA實現(xiàn)的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現(xiàn)充分利用了FPGA的片內(nèi)資源，體現(xiàn)了FPGA在圖像處理方面的特點及優(yōu)勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現(xiàn)，從而簡化了系統(tǒng)整體結構。視頻采集和預處理系統(tǒng)在FPGA上的成功實現(xiàn)為“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據(jù)。
上傳時間： 2013-07-26
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在工業(yè)控制領域，多種現(xiàn)場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業(yè)以太網(wǎng)技術的迅速發(fā)展，國際上已經(jīng)出現(xiàn)了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。將傳統(tǒng)的商用以太網(wǎng)應用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實時性，而實現(xiàn)現(xiàn)場設備間的高精度時鐘同步是保證以太網(wǎng)高實時性的前提和基礎。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度時鐘同步的協(xié)議——精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡通訊、局部計算和分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進行通訊的分布式系統(tǒng)，特別適合于以太網(wǎng)，但不局限于以太網(wǎng)。PTP協(xié)議能夠使異質(zhì)系統(tǒng)中各類不同精確度、分辨率和穩(wěn)定性的時鐘同步起來，占用最少的網(wǎng)絡和局部計算資源，在最好情況下能達到系統(tǒng)級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協(xié)議，由于其實現(xiàn)機理的限制，其同步精度最好只能達到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅動層，其同步精度能夠達到微秒級。現(xiàn)場設備間微秒級的同步精度雖然已經(jīng)能滿足大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)對設備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統(tǒng)來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達到亞微秒級的同步精度。 本文設計并實現(xiàn)了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協(xié)議，以Ethernet作為底層通訊網(wǎng)絡，以嵌入式軟件形式實現(xiàn)TCP/IP通訊，以數(shù)字電路形式實現(xiàn)時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準確捕獲報文時間戳和動態(tài)補償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現(xiàn)了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網(wǎng)上能夠達到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-08-04
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在步進電機驅動方式中，效果最好的是細分驅動，當今高端的步進電機驅動器基本都采用這種技術。步進電機的細分驅動技術是一門綜合了數(shù)字化技術、集成控制技術和計算機技術的新技術，被廣泛應用于工業(yè)、科研、通訊、天文等領域。 本文設計了一種基于DSP以及FPGA的兩相混合式步進電機SPWM(正弦脈寬調(diào)制)波細分驅動系統(tǒng)。在DSP系統(tǒng)中采用TMS320I．F2407A微控制器作為核心控制器件，用軟件產(chǎn)生SPWM波；在FPGA系統(tǒng)中采用FPGA芯片，通過VerilogHDL語言，實現(xiàn)了SPWM波；在功率驅動級電路上采用雙極性H橋的驅動方式。最終實現(xiàn)了對兩相混合式步進電機SPWM波細分驅動，大大提高了步進電機的運轉性能。 本文介紹了兩相混合式步進電機的工作原理、控制原理以及細分驅動的基本原理。通過對恒轉矩細分驅動的分析，提出了兩相混合式步進電機SPWM波細分驅動的方案，并給出了SPWM波產(chǎn)生的數(shù)學模型。最后，對步進電機的SPWM波細分驅動系統(tǒng)進行了實驗測量，給出了實驗結果。 實驗的結果表明，設計的基于DSP與FPGA的SPWM波細分驅動系統(tǒng)可以很好地克服電機低頻振蕩的問題，提高電機在中、低速運行的性能。電機的掃描范圍與理論值基本接近；微步距在誤差允許的范圍內(nèi)也基本可以滿足要求。
上傳時間： 2013-04-24
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在團簇與激光相互作用的研究中和在團簇與加速器離子束的碰撞研究中，需要對加速器束流或者激光束進行脈沖化與時序同步，同時用于測量作用產(chǎn)物的探測系統(tǒng)如飛行時間譜儀(TOF)等要求各加速電場的控制具有一定的時序匹配。在整個實驗中，需要用到符合要求的多路脈沖時序信號控制器，而且要求各脈沖序列的周期、占空比、重復頻率等方便可調(diào)。為此，本論文基于FPGA設計完成了一款多路脈沖時序控制電路。 本文基于Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EPlC3T100C8，設計出了一款可以同時輸出8路脈沖序列、各脈沖序列之間具有可調(diào)高精度延遲、可調(diào)脈沖寬度及占空比等。論文討論了FPGA芯片結構及開發(fā)流程，著重討論了較高頻率脈沖電路的可編程實現(xiàn)方法，以及如何利用VHDL語言實現(xiàn)硬件電路軟件化設計的技巧與方法，給出了整個系統(tǒng)設計的原理與實現(xiàn)。討論了高精密電源的PWM技術原理及實現(xiàn)，并由此設計了FPGA所需電源系統(tǒng)。給出了配置電路設計、數(shù)據(jù)通信及接口電路的實現(xiàn)。開發(fā)了上層控制軟件來控制各路脈沖時序及屬性。 該電路工作頻率200MHz，輸出脈沖最小寬度可達到10ns，最大寬度可達到us甚至ms量級。可以同時提供l路同步脈沖和7路脈沖，并且7路脈沖相對于同步脈沖的延遲時間可調(diào)，調(diào)節(jié)步長為5ns。
上傳時間： 2013-06-15
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嵌入式系統(tǒng)是“以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁減，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專業(yè)計算機系統(tǒng)”
標簽： 嵌入式系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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模糊控制是智能控制的重要組成部分，它能對那些不能建立精確數(shù)學模型的場合進行有效的控制；近年來，F(xiàn)PGA及EDA技術發(fā)展迅速。本論文就是要結合這兩種先進技術，在一塊FPGA芯片上實現(xiàn)一個雙輸入單輸出的模糊控制器，并嘗試將ADC和DAC集成在該芯片中，以簡化系統(tǒng)設計。 首先闡述了模糊控制的理論基礎，重點介紹了雙輸入單輸出的模糊控制算法；然后在簡單介紹FPGA結構和VHDL語言的基礎上，采用自項向下的設計方法，應用主流EDA工具進行模糊控制各模塊的設計，并對每個模塊進行仿真；最后將各模塊組成一完整的模糊控制器，在EDA工具上進行仿真驗證和編程下載，并用一個溫度控制實驗驗證了控制器的功能，證明該控制器滿足一般控制應用的要求。 本論文是以VHDL和FPGA為代表的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計技術在智能控制領域應用的一個嘗試，拓寬了模糊控制器的實現(xiàn)形式，相比于傳統(tǒng)的以單片機為載體的模糊控制器，在系統(tǒng)的簡單性、實時性和經(jīng)濟性方面都有顯著的增強，是一種值得采用的方法。 由于在算法的處理上采取了一定的簡化，所以損失了一定的精度。今后可以在算法上進行完善，設計出高精度的模糊控制器。
上傳時間： 2013-06-07
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數(shù)字電視近年來飛速發(fā)展，它最終取代模擬電視是一個必然趨勢。可編程邏輯技術以及EDA技術的升溫也帶來了電子系統(tǒng)設計的巨大變革。本論文將迅速發(fā)展的FPGA技術應用于數(shù)字電視系統(tǒng)中，研究探討了數(shù)字電視前端系統(tǒng)中的關鍵設備——傳輸流復用器的FPGA建模和實現(xiàn)，以及相關的關鍵技術。本論文首先介紹了數(shù)字電視的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，概述了數(shù)字電視前端系統(tǒng)的組成結構與關鍵技術，以及可編程邏輯技術的發(fā)展和優(yōu)勢。然后介紹了數(shù)字電視系統(tǒng)中的重要標準MPEG-2以及傳輸流復用器的原理和系統(tǒng)結構，并且從理論上闡述了復用器設計的關鍵技術：PSI重組和PCR調(diào)整。接著詳細說明了如何運用創(chuàng)新思路，采用獨特的硬件架構在一片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)整個復用器的軟件和硬件系統(tǒng)的方案，并且舉例說明了復用器硬件邏輯設計中所運用的幾個FPGA設計技巧。最后對本文進行總結，并提出了數(shù)字電視系統(tǒng)中復用器設備未來發(fā)展的設想。本文中介紹的基于SOPC的硬件復用器設計方案，將系統(tǒng)的軟件和硬件集成在一款Altera公司新推出的低成本高密度cyclone系列FPGA上，并且將FPGA設計技巧運用于復用器的硬件邏輯設計中。整個設計方案不但簡化了系統(tǒng)設計，而且實現(xiàn)了穩(wěn)定，高速，低成本，可擴展性強的復用器系統(tǒng)。
上傳時間： 2013-06-02
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成，鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。本次設計是利用FPGA完成一個DDS系統(tǒng)并利用該系統(tǒng)實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化調(diào)頻。 DDS是把一系列數(shù)字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統(tǒng)應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加；相位碼—幅度碼轉換電路，一般由ROM實現(xiàn)；DA轉換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉換成模擬信號。DDS系統(tǒng)可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續(xù)的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數(shù)字調(diào)頻和調(diào)相。本次數(shù)字化調(diào)頻的基本思想是利用AD轉換電路將模擬信號轉換成數(shù)字信號，同時用該數(shù)字信號與一個固定的頻率字累加，形成一個受模擬信號幅度控制的頻率字，從而獲得一個頻率受模擬信號的幅度控制的正弦波，即實現(xiàn)了調(diào)頻。該DDS數(shù)字化調(diào)頻方案的硬件系統(tǒng)是以FPGA為核心實現(xiàn)的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整個系統(tǒng)由VHDL語言編程，開發(fā)軟件為MAX+PLUSⅡ。經(jīng)過實際測試，該系統(tǒng)在頻率較低時與理論值完全符合，但在高頻時，受器件速度的限制，波形有較大的失真。
標簽： FPGA DDS 數(shù)字化 調(diào)頻
上傳時間： 2013-06-14
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