本文介紹了基于軟PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)的嵌入式技術起源和背景，綜述了基于軟PLC的嵌入式系統的關鍵技術和優點，最后介紹了其設計和實現的方法。 基于軟PLC的嵌入式系統的研究與實現分為開發系統和運行系統(又稱為虛擬機系統)。本文概述了開發系統，其運行于PC機的操作系統如Windows或者Linux等，為用戶提供一個大眾化的編程環境，它包含編輯器、編譯器、連接器、調試器和通信接口幾個部分。編輯界面友好，可以讓用戶方便的使用LD、ST和FBD三種語言編寫程序，編譯器和連接器將源程序文件編譯和連接成虛擬機系統可執行的目標代碼文件；分析了開發系統，其中詳細描述了編譯模塊的編制過程，實現了將指令表語言轉換為運行系統能夠識別的C/C++指令的功能；詳細地研究了梯形圖轉換為指令表語言，以及由指令表語言向梯形圖語言的算法和數據結構。調試器借助于虛擬機運行系統提供的服務可完成對應用程序的調試糾錯；討論了uCLinux操作系統和編譯調試技術，以及采用ModBus/TCP工業通信協議的通信接口用于開發系統和運行系統之間的通信。 另一方面，本文分析了虛擬機運行系統，它運行于安裝了uCLinux的ARM7平臺上，包括運行內核模塊、系統管理模塊和通信接口模塊。由于uCLinux沒有MMU和本身對實時性沒有什么要求，而針對基于軟PLC的嵌入式系統的研究與實現要求，本文在對其進行了uCLinux小型化研究的同時探討了雙內核實時性方案，解決了uCLinux實時性不足的問題。運行內核模塊調度和執行應用程序并管理時鐘。系統管理模塊管理系統狀態和內存。通信模塊用于開發系統及I/O設備通信。在此基礎上，對基于軟PLC的嵌入式系統的進行了設計與實現，并通過試驗將編譯的目標代碼傳遞到基于軟PLC的嵌入式運行系統中，實現了控制功能，驗證了生成目標代碼的正確性和開發系統的可行性，實現了編輯界面友好，系統開放，性價比較高的軟PLC嵌入式系統，達到了預期的目標，具有一定理論和應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機網絡與嵌入式控制技術的迅速發展，作為傳統運輸行業的鐵路系統對此也有了新的要求，列車通信網絡應運而生。經過多年的發展，國際電工委員會(IEC)為了規范列車通信網絡，于1999年通過了IEC61375-1標準。該標準將列車通信網絡分為兩條總線：絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)。MVB是一個標準通信介質，為掛在其上的設備傳輸和交換數據。而多功能車輛總線控制器(MVBC)是MVB與MVB實際物理層之間的接口，其主要實現MVB數據鏈路層的功能。由于該項關鍵技術仍被國外公司壟斷，因此開發具有自主知識產權的MVBC迫在眉睫。 鑒于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1標準。根據MVBC的技術特點，本文提出了使用FPGA來實現其具體功能的方案。掛在MVB總線上的設備分為五類，他們的功能各不相同。而支持4類設備的MVBC具有設備狀態、過程數據、消息數據通信和總線管理功能，并且兼容2類和3類設備。本文的目的就是用FPGA實現支持4類設備的MVBC。 本文采用自頂向下的設計方法。整個MVBC主要劃分為：編碼模塊、譯碼模塊、冗余控制模塊、報文分析單元、通信存儲控制器、主控制單元、地址邏輯模塊。在整個開發流程中，使用Xilinx的ISE集成開發環境。使用Verilog HDL硬件描述語言對上述各個模塊進行RTL級描述，并用Synplify Pro進行綜合。最后，在ModelSim中對各個模塊進行了布線后仿真和驗證。 在實驗室條件下，通過嚴格的仿真驗證后，其結果證明了本文設計的模塊達到了IEC61375-1標準的要求。因此，用FPGA實現MVBC這一方案具有可操作性。 關鍵詞：列車通信網；多功能車輛總線；多功能車輛總線控制器；現場可編程門陣列
上傳時間： 2013-07-18
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對一些信號的監測尤其是對電壓、電流、溫度等模擬量的監測有著很廣泛的應用，通過監測到的數據，可以對系統相關設置進行及時調整，為人們的生產生活帶來便利與保證。 系統采用Actel公司先進的模數混合FPGA以及Actel公司的SOPC設計解決方案，單芯片實現以CortexMI處理器為核心的片上監測系統。它可以完成對電壓、電流、溫度等模擬量的監測，系統模擬模塊將采集到的數據ADC后送給處理器Cortex-MI進行處理，通過串行口，以太網口和OLED，實現與PC主機交互，板上實時顯示以及遠程主機檢測功能。借助于Actel的先進的新型fusion模數混合FPGA器件，單芯片實現可直接對外部模擬信號進行處理的數模混合系統，簡化了設計；對電壓，電流，溫度等模擬量的測控在日常生活中有很重要的意義，該系統在智能家電，電源監控以及微控制器等領域有廣泛的應用前景。 本文研究的主要內容包括： 1.對現有嵌入式設計方法進行比較，確定系統設計目標并選擇SOPC方案設計系統； 2.系統硬件平臺設計； 3.系統軟件設計。
上傳時間： 2013-06-14
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隨著中國二代導航系統的建設，衛星導航的應用將普及到各個行業，具有自主知識產權的衛星導航接收機的研究與設計是該領域的一個研究熱點。在接收機的設計中，對于成熟技術將利用ASIC芯片進行批量生產，該芯片是專用芯片，一旦制造成型不能改變。但是對于正在研究的接收機技術，特別是在需要利用接收機平臺進行提高接收機性能研究時，利用FPGA通用可編程門陣列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，進行批量生產。本課題就是基于FPGA研究GPS并行捕獲技術的硬件電路，著重進行了其中一個捕獲通道的設計和實現。 GPS信號捕獲時間是影響GPS接收機性能的一個關鍵因素，尤其是在高動態和實時性要求高的應用中或者對弱GPS信號的捕獲方面。因此，本文在滑動相關法基礎上引出了基于FFT的并行快速捕獲方法，采用自頂向下的方法對系統進行總體功能劃分和結構設計，并采用自底向上的方法對系統進行功能實現和驗證。 本課題以Xilinx公司的Spartan3E開發板為硬件開發平臺，以ISE9.2i為軟件開發平臺，采用Verilog HDL編程實現該系統。并利用Nemerix公司的GPS射頻芯片NJ1006A設計制作了GPS中頻信號產生平臺。該平臺可實時地輸出采樣頻率為16.367MHz的GPS數字中頻信號。 本課題主要是基于采樣率變換和FFT實現對GPS C/A碼的捕獲。該算法利用平均采樣的方法，將信號的采樣率降低到1.024 MHz，在低采樣率下利用成熟的1024點FFT IP核對C/A碼進行粗捕，給出GPS信號的碼相位(精度大約為1/4碼片)和載波的多普勒頻率，符合GPS后續跟蹤的要求。 同時，由于FFT算法是以資源換取時間的方法來提高GPS捕獲速度的，所以在設計時，合理地采用FPGA設計思想與技巧優化系統。基于實用性的要求，詳細的給出了基于FFT的GPS并行捕獲各個模塊的實現原理、實現結構以及仿真結果。并達到降低系統硬件資源，能夠快速、高效地實現對GPS C/A碼捕獲的要求。 本研究是導航研究所承擔的國家863課題“利用多徑信號提高GNSS接收機性能的新技術研究”中關于接收機信號捕獲算法的一部分，對接收機的設計具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-22
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通用異步收發器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一種能同時支持短距離和長距離數據傳輸的串行通信接口，被廣泛應用于微機和外設之間的數據交換。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是這些專用的串行接口芯片的缺點是數據傳輸速率比較慢，難以滿足高速率數據傳輸的場合，而更重要的就是它們都具有不可移植性，因此要利用這些芯片來實現PC機和FPGA芯片之間的通信，勢必會增加接口連線的復雜程度以及降低整個系統的穩定性和有效性。 本課題就是針對UART的特點以及FPGA設計具有可移植性的優勢，提出了一種基于FPGA芯片的嵌入式UART設計方法，其中主要包括狀態機的描述形式以及自頂向下的設計方法，利用硬件描述語言來編制UART的各個子功能模塊以及頂層模塊，之后將其集成到FPGA芯片的內部，這樣不僅能解決傳統UART芯片的缺點而且同時也使整個系統變得更加具有緊湊性以及可靠性。 本課題所設計的LIART支持標準的RS-232C傳輸協議，主要設計有發送模塊、接收模塊、線路控制與中斷仲裁模塊、Modem控制模塊以及兩個獨立的數據緩沖區FIFO模塊。該模塊具有可變的波特率、數據幀長度以及奇偶校驗方式，還有多種中斷源、中斷優先級、較強的抗干擾數據接收能力以及芯片內部自診斷的能力，模塊內分開的接收和發送數據緩沖寄存器能實現全雙工通信。除此之外最重要的是利用IP模塊復用技術設計數據緩沖區FIFO，采用兩種可選擇的數據緩沖模式。這樣既可以應用于高速的數據傳輸環境，也能適合低速的數據傳輸場合，因此可以達到資源利用的最大化。 在具體的設計過程中，利用Synplify Pro綜合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的軟件開發環境中對各個功能模塊進行綜合優化、仿真驗證以及下載實現。各項數據結果表明，本課題中所設計的UART滿足預期設計目標。
上傳時間： 2013-08-02
上傳用戶：rocketrevenge
現場可編程門陣列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現是隨著微電子技術的發展，設計與制造集成電路的任務已不完全由半導體廠商來獨立承擔。系統設計師們更愿意自己設計專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應用之中。現在，FPGA已廣泛地運用于通信領域、消費類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內部進行邏輯功能的實現并把結果輸出給外部電路，并且根據需要可以進行配置來支持多種不同的接口標準。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實現各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標準的I/O緩沖器電路。總體而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標準的選擇、輸出驅動能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時間控制等。 本文是關于FPGA中多標準兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設計和實現，該課題是成都華微電子系統有限公司FPGA大項目中的一子項，目的為在更新的工藝水平上設計出能夠兼容單端標準的I/O電路模塊；同時針對以前設計的I/O模塊不支持雙端標準的缺點，要求新的電路模塊中擴展出雙端標準的部分。文中以低壓雙端差分標準(LVDS)為代表構建雙端標準收發轉換電路，與單端標準比較，LVDS具有很多優點： (1)LVDS傳輸的信號擺幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數據傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結構可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內變化，也就是說LVDS允許收發兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發軟件ISE，設計完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結構，它有靈活的可配置性和出色的適應能力，能支持大量的I/O標準，其中包括單端標準，也包括雙端標準如LVDS等。它具有適應性的優點、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結構特征，這些特點可以改進和簡化系統級的設計，為最終的產品設計和生產打下基礎。設計中對包括20種IO標準在內的各電器參數按照用戶手冊描述進行仿真驗證，性能參數已達到預期標準。
上傳時間： 2013-05-15
上傳用戶：shawvi
焊有元件的印制電路板在線測試是印制電路板生產過程中的一個重要環節，關系著整個電子產品的質量。本文在深入研究國內外印制電路板自動測試技術的基礎上，結合當前先進的電子技術，設計出一套高性能，低價位，小體積，便于攜帶和操作的印制電路板在線測試儀。 本文設計的在線測試儀系統包括控制器電路、信號發生電路、信號采集電路、元件測試電路、USB通信電路和開關矩陣電路等，其中控制器電路是以FPGA可編程控制芯片為核心，負責控制下位機其它所有電路的正常工作，并實現與上位機間的通信。 針對模擬元件的測試，本文首先探討了對印制電路板上模擬元件測試時的隔離原理，繼而詳細闡述了電阻、電容（電感）、二極管、三極管、運算放大器等的測試方法，并分別設計了硬件測試電路。因為測試時需向被測元件施加測試激勵信號，本文設計并完成了一信號發生電路，可輸出幅值可調的直流恒壓源信號和直流恒流源信號、幅值和頻率都可調的交流信號。 針對數字器件的測試，本文將數字器件分為兩種，一種為具有邊界掃描功能單元的器件，另一類為非邊界掃描器件，并分別對兩種類型的數字器件的測試原理和方法進行了詳細的描述，在文中給出了相關的硬件測試電路圖。 本設計中，所有測試激勵信號經測試電路后輸出的測試結果都是直流電壓信號，所以本文設計了一通用信號采集電路來完成對測試結果的取樣。本文還設計了開關矩陣電路，用于將被測印制電路板上的元件接入到測試電路中。對通信電路的設計，本文采用USB通信方式與上位機進行有效的數據交換，并通過USB接口芯片完成了硬件電路的設計。 在軟件方面，本文采用NiosⅡ C語言完成所有軟件設計，以協助硬件部分來完成對印制電路板的測試工作。 本文已完成各部分電路試驗及系統聯調，試驗證明設計達到了項目預定要求。
上傳時間： 2013-08-02
上傳用戶：fywz
近年來，語音識別研究大部分集中在算法設計和改進等方面，而隨著半導體技術的高速發展，集成電路規模的不斷增大與各種研發技術水平的不斷提高，新的硬件平臺的推出，語音識別實現平臺有了更多的選擇。語音識別技術在與DSP、FPGA、ASIC等器件為平臺的嵌入式系統結合后，逐漸向實用化、小型化方向發展。 本課題通過對現有各種語音特征參數與孤立詞語音識別模型進行研究的基礎上，重點探索基于動態時間規整算法的DTW模型在孤立詞語音識別領域的應用，并結合基于FPGA的SOPC系統，在嵌入式平臺上實現具有較好精度與速度的孤立詞語音識別系統。 本系統整體設計基于DE2開發平臺,采用基于Nios II的SOPC技術。采用這種解決方案的優點是實現了片上系統，減少了系統的物理體積和總體功耗；同時系統控制核心都在FPGA內部實現，可以極為方便地更新和升級系統，大大地提高了系統的通用性和可維護性。 此外，由于本系統需要大量的高速數據運算，在設計中作者充分利用了Cyclone II芯片的豐富的硬件乘法器，實現了語音信號的端點檢測模塊，FFT快速傅立葉變換模塊，DCT離散余弦變換模塊等硬件設計模塊。為了提高系統的整體性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的優勢，以及配套開發環境中的Avalon總線自定義硬件外設，使系統處理數字信號的能力大大提高，其性能優于傳統的微控制器和普通DSP芯片。 本論文主要包含了以下幾個方面： （1）結合ALTERA CYCLONE II芯片的特點，確定了基于FPGA語音識別系統的總體設計，在此基礎上進行了系統的軟硬件的選擇和設計。 （2）自主設計了純硬件描述語言的驅動電路設計，完成了高速語音采集的工作，并且對存儲數據芯片SRAM中的原始語音數據進行提取導入MATLAB平臺測試數據的正確性。整個程序測試的方式對系統的模塊測試起到重要的作用。 （3）完成高速定點256點的FFT模塊的設計，此模塊是系統成敗的關鍵，實現高速實時的運算。 （4）結合SOPC的特性，設計了人機友好接口，如LCD顯示屏的提示反饋信息等等，以及利用ALTERA提供的一些驅動接口設計完成用戶定制的系統。 （5）進行了整體系統測試，系統可以較穩定地實現實時處理的目的，具有一定的市場潛在價值。
上傳時間： 2013-05-23
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現代電子系統中，FIR數字濾波器作為數字信號處理技術的重要組成部分，以其良好的線性特性在許多領域內被廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性，而已有的一些軟件和硬件實現方式則難以同時達到這兩方面的要求。 隨著可編程邏輯器件和EDA技術的發展，越來越多的人開始應用FPGA實現FIR濾波器，既保證了信號處理的實時性，又可兼顧靈活性的要求。但是普遍存在的問題是不能根據被濾波信號特點動態調整濾波器的濾波系數，只能完成單一特性的濾波工作。 本文將FPGA的快速性和計算機的靈活性通過USB2.0總線有機地結合起來，設計了一個基于FPGA的可調參數FIR濾波系統。此系統由計算機根據各種濾波器指標計算出濾波參數，通過USB2.0對FPGA芯片內部的FIR多階濾波器進行參數配置，實現數字濾波器參數可調；配置后的FPGA濾波單元完成對A/D采集的信號進行濾波運算，濾波后的數據經過緩存后通過USB2.0總線傳輸至計算機進行顯示、分析和儲存等進一步處理。在系統中采用有限狀態機對FPGA參數配置模式和濾波模式進行切換，保證了系統的有序運行。 本文通過性能測試和應用實例對系統進行驗證。實驗證明：該基于FPGA的可調參數FIR濾波系統參數配置方便，可以根據實際需要動態調整濾波參數，并且濾波效果良好，可有效濾除噪聲信號。
上傳時間： 2013-07-26
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數，兩者之間是相互關聯的，溫濕度控制不好必然引起糧食發熱和霉變，且極易產生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術在農業上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監制系統。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監控系統，該系統主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構成。單片機主要完成溫度數據的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠實時記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統實現了糧倉內溫濕度的實時監測，使管理人員可以實時掌控糧倉內的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統的組成和外圍數字電路，易于系統擴展和升級，內部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統的體積，縮短了開發周期，大大增強了系統的可靠性；配合功率驅動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節省了開發成本，使糧倉溫濕度控制系統更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產品高精度，集成化的要求。 系統采用直接輸出數字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經過放大、A/D轉換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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