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隨著微電子技術的快速發(fā)展，電子設備逐漸向著小型化、集成化方向發(fā)展；人們在要求設備性能不斷提升的同時，還要求設備功耗低、體積小、重量輕、可靠性高。同樣在我軍武器裝備的研制過程中，也對各武器裝備都提出了新的要求，特別是針對單兵配備的便攜設備，對體積、功耗、擴展性的要求更是嚴格。 在某手持式設備的開發(fā)項目中，需要設計一塊接口板，要求實現(xiàn)高達8個串行口擴展以及能源管理和數(shù)字輸入輸出接口等功能，該接口板與處理器模塊的連接總線采用LPC總線，整個手持設備除了對功能有基本的要求以外，對體積及功耗都提出了極高的要求。針對項目的具體設計要求，經過與傳統(tǒng)設計方法的比較，決定采用FPGA來實現(xiàn)LPC接口及UART控制器功能。 論文的主要目標是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的實現(xiàn)。對于各模塊中的關鍵的功能部分，文中對其實現(xiàn)都進行了詳細的說明。整個設計全部采用硬件描述語言(HDL)實現(xiàn)，并且采用了分模塊的設計風格，具有很好的重用性。 為了在硬件平臺上驗證設計，還實做了FPGA驗證平臺，并用C語言編寫了測試程序。經過驗證，該方案完全實現(xiàn)了接口板的功能要求，并且滿足體積和功耗上的要求，取得了良好的效果。 論文通過采用FPGA作為電路設計的核心，以一種新的數(shù)字電路設計方法實現(xiàn)電路功能；旨在通過這種方式，不斷提高設備的性能并拓展設計者思想。
上傳時間： 2013-04-24
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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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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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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構設計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構建方法；詳細說明了如何運用EDA技術自頂向下的設計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當設計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設計，大大提高了設計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。
上傳時間： 2013-06-25
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實現(xiàn)PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術，實現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發(fā)流程，指出實現(xiàn)結構優(yōu)化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統(tǒng)由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數(shù)運算結果的位擴展處理，進行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設計完成了12位模數(shù)AD轉換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實現(xiàn)PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-06-13
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以太網是在20世紀70年代為解決網絡中零散的和偶然的堵塞而開發(fā)的，而 IEEE802.3標準是在最初的以太網技術基礎上于1980年開發(fā)成功的。現(xiàn)在，以太網一詞泛指所有采用CSMA/CD協(xié)議的局域網。以太網2.0版由數(shù)字設備公司、 Intel公司和Xerox公司聯(lián)合開發(fā)，它與IEEE802.3兼容。 本設計采用FPGA設計以太網控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的ASCI設計方法，主要原因在于FPGA技術的特點，它作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原由可編程期間門電路數(shù)有限的缺點。使本設計的產品十分靈活，可以在多種用戶多種開發(fā)平臺，硬件環(huán)境下使用而只需要對設計進行簡單的修改和編輯即可，方便了設計者和用戶的使用。 本論文主要闡述了使用FPGA設計開發(fā)以太網控制器的設計開發(fā)流程，以及研究了FPGA開發(fā)方法和傳統(tǒng)ASIC開發(fā)方法的區(qū)別和優(yōu)略。主要內容為： 1．闡述FPGA技術的發(fā)展歷史，現(xiàn)狀和將來的發(fā)展趨勢。 2．詳細說明了FPGA設計開發(fā)以太網控制器的全過程，包括模塊分析功能分析以及代碼設計。 3．采用軟件仿真的方法設計和驗證了MODELSIM仿真平臺以及仿真波形圖分析。 4．對比分析了FPGA和傳統(tǒng)的ASIC開發(fā)過程的區(qū)別以及優(yōu)缺點。
上傳時間： 2013-05-25
上傳用戶：changeboy
論文提出了一種基于FPSLIC的下位機控制器系統(tǒng)設計，并且在嵌入式硬件和軟件的聯(lián)合調度之下予以實現(xiàn)，并將該系統(tǒng)應用于微小型無人直升機MUAV控制上。 微小型無人直升機體積小、重量輕、隱蔽性好、機動性強、易實現(xiàn)懸停和超低空飛行，因此在軍用和民用領域都有廣泛的應用前景。微小型無人直升機在空中執(zhí)行任務時需要實時獲得在空間的姿態(tài)和高度位置信息，然后通過調制舵機狀態(tài)來調整飛行器的空中姿態(tài)，糾正飛行路線，而MUAV的飛控系統(tǒng)需要具有負荷輕，功能強大，實時性強以及低功耗的特點，對嵌入式處理器要求較高，所以針對MUAV的控制采用上下位機聯(lián)合控制的結構。并且由于目前現(xiàn)有的下位機控制器滿足不了MUAV控制發(fā)展的需求，所以本文中利用FPS[JC優(yōu)越的性能，實現(xiàn)了一種新的下位機控制器的設計，具有體積小、重量輕、價格低、功耗低、實時性強、可靠性高、擴展性好等優(yōu)點的同時，完成了基于PWM的舵機的控制和基于Kalman濾波的多傳感器的數(shù)據(jù)融合，以及上下位機之間的通訊等功能，具有較強的使用和應用價值。 論文首先介紹了MUAV飛行控制的結構，以及下位機實現(xiàn)功能的模塊劃分。然后是對MUAV控制系統(tǒng)相關理論的介紹，包括舵機控制的原理和方法以及多傳感器數(shù)據(jù)融合的理論。 其次論文介紹了基于FPSLIC的下位機控制器系統(tǒng)的軟硬件設計。在硬件設計上，給出了硬件總體設計方案，并對各個功能模塊進行了詳細論述，軟件部分在給出了主要的框架和功能劃分后，主要介紹了利用FPSLIC的FPGA部分實現(xiàn)PWM控制和測量的模塊以及AVR部分對多傳感器信息進行Kalman濾波融合的實現(xiàn)。 最后在實驗室的汽油無人直升機的測試平臺上進行了舵機控制和高度測試實驗，取得了滿意的實驗結果。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結構。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設計。FFT算法在數(shù)字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現(xiàn)結構，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設計了旋轉因子復數(shù)乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協(xié)調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現(xiàn)進行了研究，結合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術
上傳時間： 2013-04-24
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在國家重大科學工程HIRFL-CSR的CSR控制系統(tǒng)中，需要高速數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常采用存儲器作為數(shù)據(jù)緩沖存儲。同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM憑借其集成度高、功耗低、可靠性高、處理能力強等優(yōu)勢成為最佳選擇。但是SDRAM卻具有復雜的時序，為了降低成本，所以采用目前很為流行的EDA技術，選擇可編程邏輯器件中廣泛使用的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，使用硬件描述語言VHDL，遵循先進的自頂向下的設計思想實現(xiàn)對SDRAM控制器的設計。 論文引言部分簡單介紹了CSR控制系統(tǒng)，指出論文的課題來源與實際意義。第二章首先介紹了存儲器的概況與性能指標，其次較為詳細介紹了動態(tài)存儲器DRAM的基本時序，最后對同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM進行詳盡論述，包括性能、特點、結構以及最為重要的一些操作和時序。第三、四章分別論述本課題的SDRAM控制器硬件與軟件設計，重點介紹了具體芯片與FPGA設計技術。第五章為該SDRAM控制器在CsR控制系統(tǒng)中的一個經典應用，即同步事例處理器。最后對FPGA技術進行總結與展望。 本論文完整論述了控制器的設計原理和具體實現(xiàn)。從測試的結果來看，本控制器無論從結構上，還是軟硬件上設計均滿足了工程實際要求。
上傳時間： 2013-07-19
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溫度是生活中最基本的環(huán)境參數(shù)。溫度的監(jiān)測與控制，對于生物生存生長，工業(yè)生產發(fā)展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應用涉及機械制造、工業(yè)過程控制、汽車電子產品、消費電子產品和專用設備等各個領域。傳統(tǒng)的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計RTD和NTC熱敏電阻等。但信號調理，模數(shù)轉換及恒溫器等功能全都會增加成本。現(xiàn)代集成溫度傳感器通常包含這些功能，并以其低廉的價格迅速地占據(jù)了市場。Dallas Semiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器DS1820采用數(shù)字化一線總線技術具有許多優(yōu)異特性。其一，它將控制線、地址線、數(shù)據(jù)線合為一根導線，允許在同一根導線上掛接多個控制對象，形成多點一線總線測控系統(tǒng)。布線施工方便，成本低廉。其二，線路上傳送的是數(shù)字信號，所受干擾和損耗小，性能好。本課題旨在分析和設計基于數(shù)字化一線總線技術的溫度測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用FPGA實現(xiàn)一個溫度采集控制器，用于傳感器和上位機的連接，并采用Microsoft公司的Visual C++作為開發(fā)平臺，運用MSComm控件進行串口通信，進行命令的發(fā)送和接收。
上傳時間： 2013-04-24
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