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字頻率合成(DDS)。本次設計是利用FPGA完成一個DDS系統并利用該系統實現模擬信號的數字化調頻。 DDS是把一系列數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轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：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；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字調頻和調相。本次數字化調頻的基本思想是利用AD轉換電路將模擬信號轉換成數字信號，同時用該數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，即實現了調頻。該DDS數字化調頻方案的硬件系統是以FPGA為核心實現的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整個系統由VHDL語言編程，開發軟件為MAX+PLUSⅡ。經過實際測試，該系統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。
上傳時間： 2013-06-14
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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
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在衛星遙感設備中，隨著遙感技術的發展和對傳輸式觀測衛星遙感圖像質量要求的不斷提高，航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高，由此引起高分辨率遙感圖像數據存儲量和傳輸數據量的急劇增長，然而衛星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數據碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數據的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術就成了解決這一矛盾的關鍵技術。FPGA器件為實現數據壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高，體積小，通過用戶編程實現專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發平臺，經過設計輸入，仿真，測試和校驗，直到達到預期的結果，減少了開發周期。小波變換能夠適應現代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質量控制等要求，在較大壓縮比下，小波圖像壓縮質量明顯好于DCT變換，因此小波變換成為新一代壓縮標準JPEG2000的核心算法。同時，小波變換的提升算法結構簡單，能夠實現快速算法，有利于硬件實現，因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛星遙感圖像的數據流，主要研究可以對衛星圖像進行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結構和FPGA設計中的關鍵技術，從邊界延拓、濾波器結構、整數小波、定點運算、原位運算等方面進行了研究和討論，并且完成了針對衛星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現。采用VerIlog語言對設計進行了仿真驗證，并將仿真結果同matlab仿真結果進行了比較，比較結果表明該方案能實現對衛星遙感圖像數據流的二維提升小波變換的功能。同時QuartusII綜合結果也表明，系統時鐘能夠工作在很高的頻率，可以滿足高速實時對衛星圖像的小波變換處理。
上傳時間： 2013-06-15
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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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數字濾波作為數字信號處理技術的重要組成部分，廣泛應用于諸如信號分離、恢復、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴格的線性相位特性而得到廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實現方法則難以同時達到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現電子系統的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據，研究適應工程實際的數字濾波器的設計方法： (2)對分布式算法進行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎上，分析了利用FPGA特有的查找表結構完成這一運算的方法，從而解決了常系數乘法運算硬件實現的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數字濾波器的具體實現方法，采用層次化、模塊化、參數化的設計思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設計； (4)設計參數可調的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉換電路、D/A轉換電路以及在系統配置電路等。以話音作為輸入信號，進行了實際濾波效果的測試。 實驗系統的測試結果表明，和傳統的數字濾波器相比較具有更好的實時性、準確性、靈活性和實用性。
上傳時間： 2013-07-13
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隨著電子技術的不斷發展，各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大，人機交互不友好，不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展，以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大，相比較單片機而言，它的主頻高、運算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源，這樣就簡化了外設電路及芯片的使用，降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統，為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理，甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯，兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時必須保持系統的智能化，即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現，如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集，在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效，可修改性強，支持多種體系結構的處理器等，使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內，ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，例如：工業控制，無線通訊，網絡，消費類電子，成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines，先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲模塊，網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構，這樣增加了系統可靠性，提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器)，在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒)，滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點，所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包，為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分，這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸，系統設計中采用XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程，來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間： 2013-04-24
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本文針對國家煙草局關于以信息化帶動煙草行業現代化建設的要求，密切結合“煙草銷售業務管理系統”科研項目進行研究開發，設計了一個基于ARM-Linux的煙草零售信息終端。零售商戶可以在此終端上完成商品零售的整個過程，并可通過終端完成訂貨預測和訂貨確認的操作，同時可以下載和瀏覽各種煙草商品信息、訂貨、查看歷史營銷記錄、瀏覽各種通知廣告，并與煙草公司互動操作。 本文首先分析了課題的研究背景及煙草零售信息終端的國內外現狀，給出了一個基于ARM-Linux、GPRS無線網絡的煙草銷售業務管理系統的總體結構；然后根據煙草零售信息終端的功能需求構建了基于ARM9的硬件平臺的整體設計方案；介紹了基于ARM9內核的微處理器S3C2440A及關鍵外圍模塊，設計了各模塊的硬件接口電路；并在硬件平臺上成功移植實現了一個基本的嵌入式Linux系統的軟件平臺；隨后深入研究了Linux2.6引入的platform driver機制下的字符設備驅動程序的開發方法，在全面分析了漢王手寫芯片HW006的通信協議的基礎上，開發了漢王手寫芯片的觸摸屏驅動程序，實現了在觸摸屏上的點擊與漢字手寫識別；最后研究了Linux中的串口操作編程，完成了基于華為GTM900B GPRS模塊的數據通信程序設計和條形碼掃描程序模塊的開發，并研究了多線程編程技術在網絡數據收發中的應用方法，設計了煙草零售信息終端所需的數據庫和圖形界面。 所研制的煙草零售信息終端已成功應用于山西省某市的各個煙草零售點，運行結果表明，該終端運行穩定可靠，與用戶的交互方便快捷，采集到的各類數據能夠及時、有效、準確地傳輸到應用管理系統，各方面性能都達到了課題的要求，為煙草銷售市場預測、貨物配送和營銷推廣提供了一種有效的手段。
上傳時間： 2013-05-23
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汽車行駛記錄儀，俗稱汽車黑匣子，是對車輛行駛速度、時間、里程以及有關車輛行駛的其他狀態信息進行記錄、存儲并可通過接口實現數據輸出的數字式電子記錄裝置。汽車行駛記錄儀的使用，對遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛人員的不良駕駛行為、保障車輛行駛安全以及道路交通事故的分析鑒定具有重要的作用。本文在參考了國內外多種不同結構，不同領域的汽車行駛記錄儀的設計與研究的基礎上，將現今領先的GPRS通信技術與人機對話技術應用在傳統的汽車行駛記錄儀上，以達到能夠有效地記錄數據并與用戶實時互動等多項功能。 本記錄儀的設計是基于Samsung公司出產的ARM9 s3c2410的處理器，相應的操作系統是廣泛采用的Linux操作系統。本文在介紹并分析了國內外汽車行駛記錄儀的相關背景和現狀之后，提出了本課題需要完成的目標。接下來，論文闡述了記錄儀的整體系統結構，同時詳細介紹了系統各個模塊的硬件設計及其結構。接下來，在介紹了各個模塊結構的基礎上，詳細分析了通信模塊的設計，并將現今領先的GPRS技術應用于記錄儀的通信環節。在介紹了硬件模塊的各個方面之后，論文進入了軟件設計部分的闡述。在軟件部分中，本文先介紹了本系統的軟件流程。并在此流程的基礎上詳細說明了系統采用的Linux操作系統的配置，剪裁，移植等方面，同時也介紹了本系統所采用的Bootloader-vivi。在軟件設計的部分，論文還詳細研究了基于Linux操作系統的界面設計應用軟件平臺MiniGUI，并重點闡述了MiniGUI在PC上位機環境下的配置和編譯工作，以及在交叉編譯環境下的編譯工作等復雜的環節。最后，是通過串口線將系統與連接板相互交叉進行同步編譯，同步測試，并展示出最后的完成結果。 本論文在結束處對本課題已完成的部分進行了比較深入的總結，并將出現的問題進行了分析和小結。同時還對系統性能提出了進一步改善的可行性建議。關鍵詞:汽車行駛記錄儀，s3c2410，Linux，MiniGUI
上傳時間： 2013-04-24
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大氣能見度(Visibility)是反映大氣透明度的一個指標，是氣象觀測的常規項目，它對航海、航空、陸上交通以及軍事活動等都有重要影響。目前國內能見度儀，特別是適用于海洋惡劣環境中的便攜式、高精度的能見度儀較少，需要研制適合海上測量的能見度儀。 在系統闡述大氣能見度檢測理論依據的基礎上，研究了能見度檢測系統的關鍵技術，主要包括光源的穩定性、微弱信號的相敏檢測技術及信號的抗干擾技術等。本系統由發射模塊、接收模塊、信號處理模塊及電源模塊等組成。設計了發射模塊和接收模塊的光學系統，并進行了發射光源的調制設計、接收模塊中的光電轉換電路、放大電路、帶通濾波電路的設計及信號的鎖相放大電路的設計等。大氣能見度測量屬于微弱信號檢測技術，在海上更容易受到外界自然光及其它環境因素的干擾，因此濾除各種干擾，提取有用的微弱信號是本設計的核心。本文重點研究了光敏檢測技術和適合于微弱信號檢測的鎖相放大技術，設計了以OPT101為核心的光敏檢測電路，有效提高了電路的靈敏度和抗干擾，簡化了設計；設計了以平衡調制解調芯片AD630為核心的鎖相放大電路和由雙D觸發器SN74HCT74及單穩態觸發器M74HC4538B1R組成的移相電路，實驗證明，在較大的噪聲背景下，該電路可以有效地提取出反映能見度變化的有用信號。鎖相放大后的直流信號，經AD處理后輸入到微處理器ARM中，經過理論運算最后得到能見度值。為了保證系統工作的穩定性，特別是海上惡劣環境，對系統進行了防鹽、霧、水的設計，如對鏡頭進行鍍膜、對PCB板進行了三防處理等。 最后進行了能見度儀樣機的研制。
上傳時間： 2013-04-24
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在能源消耗日益增長、環境污染日漸嚴重的今天,在當今對可再生能源的開發利用中,風能由于其突出的優點而成為世界各國普遍重視的能源,風力發電技術也成為各國學者競相研究的熱點.而其中變速恒頻風力發電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的重視.無刷雙饋電機是一種結構簡單、堅固可靠、異同步通用的電機,可在無刷情況下實現雙饋.它具有功率因數可調、高效率的特點,比較適用于變速恒頻恒壓發電系統中.該文在傳統風力發電的基礎上,致力于研究變速恒頻風力發電技術,以作為變速恒頻風力發電機用的籠型轉子型式的無刷雙饋電機為主要研究對象,進行了深入的研究,主要包括以下幾方面:1.對國內外風力發電研究現狀作了較為全面的綜述,介紹了無刷雙饋電機發展概況和國內外研究現狀.2.研究了無刷雙饋電機的原型及發展,基本結構和運行原理,電磁設計特點.解釋了將無刷雙饋電機應用于變速恒頻風力發電的可行性和優越性.探討了無刷雙饋電機的特性.3.首次推導了適用于變速恒頻風力發電無刷雙饋電機的功率控制數學模型提出無刷雙饋電機變速恒頻風力發電系統的功率控制策略.通過仿真分析驗證了模型和控制策略的正確性.4.研究了無刷雙饋電機作變速恒頻風力發電機運行時的定子功率繞組磁鏈定向矢量控制策略.5.在總結無刷雙饋電機傳統各種控制策略的基礎上,探討了智能控制在無刷雙饋電機的應用.通過仿真分析驗證了模糊功率因數控制策略的正確性.
上傳時間： 2013-06-24
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