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電能計量

基于ARM和FPGA的嵌入式數控系統研究

隨著現代控制理論在機電技術領域的不斷發展，多電動機協調控制技術在機電控制系統中得到廣泛的應用，給嵌入式系統的數控應用提供了巨大機遇。傳統的伺服運動控制很難在處理大數據量、復雜算法時保證系統的靈活性和實時性。嵌入式系統是近年來發展起來的以應用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統，它的特點是高度自動化，響應速度快等，非常適合于要求實時的和多任務的場合。本文以嵌入式數控系統為項目背景，研究設計了一種基于ARM和FPGA的嵌入式數控系統的方案。設計中，通過QuartusⅡ、ModelSim和Protel 99等電子設計自動化開發工具完成了一個高性能嵌入式軟硬件系統的設計及仿真驗證；采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，為應用系統的實時性提供了保證。該嵌入式數控系統滿足了用戶對應用系統實時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應用前景。通過本課題實踐表明，基于ARM和FPGA構建嵌入式數控系統的應用方案完全可行、合理，同傳統的人機交互系統設計相比，能大量地減輕研發任務，提高研發速度，能夠在短時間內得到控制性能優秀的數控系統。而μC／OS-Ⅱ實時操作系統的加入，使得系統很好地進行多任務處理，并保證了系統的實時性。

標簽： FPGA ARM 嵌入式數控

上傳時間： 2013-07-22

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小詞匯量非特定人孤立詞語音識別的FPGA實現

語音識別技術是信息技術領域的重要發展方向之一,小詞匯量非特定人孤立詞語音識別是語音識別領域中一個具有廣泛應用背景的分支,在家電遙控、智能玩具、人機交互等領域有著重要的應用價值.語音識別芯片從20世紀90年代開始出現,目前的語音識別芯片都是以DSP為核心集成的語音識別系統,算法主要通過軟件實現,為了提高速度和降低成本,下一代語音識別芯片將設計成軟硬件協同實現,本文的目的是使用全硬件方法實現語音識別算法,為軟硬件協同實現的方案提供參考.本論文主要完成了以下工作:(1)在選定的FPGA平臺上,完成了整個系統的硬件設計.(2)對于硬件中難于實現而且占用較多資源的乘法器、求對數、求平方根以及快速傅立葉變換等關鍵模塊,本文都根據電路的具體特點,給出了巧妙的實現方案,完成了算法需要的功能.(3)設計中使用了模塊復用和流水線技術.(4)根據設計結果,給出了各個模塊占用的硬件資源和運行速度.實驗結果表明,本文所設計的硬件系統能夠正常工作,在速度和面積方面都達到了設計要求.

標簽： FPGA 詞匯語音識別

上傳時間： 2013-06-12

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基于ARM的嵌入式無線工業供水測控系統

隨著科學技術的不斷發展，嵌入式系統得到了廣泛的應用。在當今的工業控制領域，控制邏輯和功能變得越來越復雜，簡單的嵌入式系統己經不能滿足工業生產需求，而帶有高性能處理器以及完整操作系統的嵌入式系統的引入將逐漸成為工業控制自動化發展的方向。本文對用于工業供水設備測控的工業供水測控系統展開研究。首先，在ARM嵌入式最小系統的基礎上建立通用的硬件平臺，對平臺的硬件結構進行設計，特別是對于關鍵的接口電路進行了比較深入的研究，針對供水設備測控的不同要求，集成了多種接口電路。其次，在實現嵌入式實時多任務操作系統μC／OS-Ⅱ在ARM上可移植的基礎上，建立了測控系統的軟件平臺，對接口電路驅動程序進行模塊化設計。最后，在研制出的測控平臺上，加入了電力參數與傳感器數據監測電路以及開關量輸入/輸出電路，特別是對工頻交流信號有效值的測量進行了較深入的硬件設計以及軟件算法研究，并對測控系統的無線通訊部分進行了設計。在上述工作的基礎上，開發出嵌入式無線工業供水測控系統樣機。工業現場近半年來試運行的結果表明：該基于ARM的嵌入式無線工業供水測控系統設計合理，性能穩定可靠，達到了設計的要求。

標簽： ARM 嵌入式無線工業測控系統

上傳時間： 2013-06-23

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基于DSP和FPGA的數字化開關電源

文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。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。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。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字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，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，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數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開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統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時代發展的步伐，使系統電路更簡單，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展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統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技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現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器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、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。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環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字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。最后，對數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，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數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、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統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，都可以提高系統的精度。本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字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。

標簽： FPGA DSP 數字化開關電源

上傳時間： 2013-06-21

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高速圖像采集系統的研究與設計

圖像采集是數字化圖像處理的第一步，開發圖像采集平臺是視覺系統開發的基礎。視覺檢測的速度是視覺檢測要解決的關鍵技術之一，也是專用圖像處理系統設計所要完成的首要目標

標簽： 高速圖像采集

上傳時間： 2013-04-24

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基于FPGA的脈沖渦流硬度無損檢測

渦流無損檢測技術作為五大常規無損檢測技術之一，不僅能夠探測導體表面的涂層厚度，材料成分，組織狀態以及某些物理量和機械量，還能檢測材料或構件中是否有缺陷并判斷缺陷的形狀、大小、分布、走向。脈沖渦流無損檢測技術因其激勵信號的頻域特點，具有有效率高，檢測準確的特性，因而有著廣泛的應用前景。用無損檢測方法進行鋼鐵材質檢測的研究工作取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質量檢測還存在許多難題，如用傳統檢測方法檢測齒輪毛坯的硬度效果不夠理想，而且人工記錄方法較慢。本文以渦流檢測技術理論為基礎，系統地分析了脈沖渦流檢測的基本理論。在此基礎上設計了一套用于檢測鋼鐵材硬度的脈沖渦流檢測儀器。該脈沖渦流檢測系統可分為硬件、軟件兩個子系統。整個系統由激勵源、渦流傳感器、數據處理、結果顯示這四個主要部分組成。在渦流探傷中，影響渦流的因素很多，產生大量噪聲使得信號分析相對困難。系統以FPGA為開發平臺，使得信號激勵和信號的采集可以在同一電路中實現，從而提高了信號處理的精確性，接著利用主成分分析方法去除噪音，提取信號的特征值，建立回歸方程，利用最小二乘法實現對鋼鐵材質硬度的測量。實驗結果表明，以FPGA為開發平臺，采用脈沖渦流激勵的方式及相關的脈沖渦流的主成分分析處理方法，使鋼鐵材質硬度的判別準確率有了很大提高。

標簽： FPGA 脈沖渦流無損檢測

上傳時間： 2013-04-24

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用FPGA實現8051內核及外設I2C接口

8051處理器自誕生起近30年來，一直都是嵌入式應用的主流處理器，不同規模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產品。該處理器極具靈活性，可讓開發者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設接口，而且有標準版和經濟版等多種版本可供選擇，可讓設計人員各取所需，實現更高性價比的結構。如此多的優越性使得8051處理器牢固地占據著龐大的應用市場，因此研究和發展8051及與其兼容的接口具有極大的應用前景。在眾多8051的外設接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅動器等，越來越多地應用于計算機及自動控制系統中。因此，本論文的根本目的就是針對如何在8051內核上擴展I2C外設接口進行較深入的研究。本課題項目采用可編程技術來開發805l核以及12C接口。由于8051內核指令集相容，我們能借助在現有架構方面的經驗，發揮現有的大量代碼和工具的優勢，較快地完成設計。在8051核模塊里，我們主要實現中央處理器、程序存儲器、數據存儲器、定時／計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等七大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標準8051核所具有的模塊。在其之上我們再嵌入12C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實現一位的收發、一個字節的收發、一個命令的收發，直至實現I2C的整個通信協議。 8051核及I2C總線的研究通過可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設備TMPl01來驗證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實現的8051核成功并高效地控制擴展的12C接口與從設備TMPl01通信。用EP2C35F672C6芯片開發的12C接口，數據的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時鐘頻率決定。經測試其傳輸速率可達普通速率和快速速率。目前集成了該12C接口的8051核已經在工作中投入使用，主要用于POS設備的用戶數據加密及對設備溫度的實時控制。雖然該設備尚未大批量投產，但它已成功通過PCI(PaymentCardIndustry)協會認證。

標簽： FPGA 8051 I2C 內核

上傳時間： 2013-06-18

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華碩內部的PCB設計規范

確保產品之制造性, R&D在設計階段必須遵循Layout相關規范, 以利制造單位能順利生產, 確保產品良率, 降低因設計而重工之浪費. “PCB Layout Rule” Rev1.60 (發文字號： MT-8-2-0029)發文后, 尚有訂定不足之處, 經補充修正成“PCB Layout Rule” Rev1.70. PCB Layout Rule Rev1.70, 規范內容如附件所示, 其中分為: (1) ”PCB LAYOUT 基本規范”:為R&D Layout時必須遵守的事項, 否則SMT,DIP,裁板時無法生產. (2) “錫偷LAYOUT RULE建議規范”: 加適合的錫偷可降低短路及錫球. (3) “PCB LAYOUT 建議規范”:為制造單位為提高量產良率,建議R&D在design階段即加入PCB Layout. (4) ”零件選用建議規范”: Connector零件在未來應用逐漸廣泛, 又是SMT生產時是偏移及置件不良的主因,故制造希望R&D及采購在購買異形零件時能顧慮制造的需求, 提高自動置件的比例. (5) “零件包裝建議規范”:,零件taping包裝時, taping的公差尺寸規范,以降低拋料率.

標簽： PCB 華碩設計規范

上傳時間： 2013-04-24

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視頻圖像處理系統的研究

視頻圖像處理的應用越來越廣泛，各種處理算法也日趨成熟，相關的硬件技術不斷地推陳出新。視頻圖像處理系統的硬件實現一般來說有三種方式：數字信號處理器(Digital Signal Processor)、專用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和現場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關電路組成。最近幾年，隨著電子設計自動化(Electronic Design Automation)技術的迅速發展，使得基于FPGA的可編程片上系統(System On a Programmable Chip)逐漸成為嵌入式系統。應用的一種趨勢。特別地，在視頻圖像處理系統設計中，數據量大，要求處理速度快，靈活性高，FPGA有其獨特的優勢。鑒于此，本文對基于FPGA和SOPC技術的視頻圖像處理系統進行了研究。本文介紹了Xilinx公司FPGA的結構和功能特點，以及可編程片上系統的開發工具和片內系統設計流程。根據視頻信號的相關知識，編寫了視頻圖像處理IP核，構建了視頻圖像處理系統。整個系統以FPGA為核心器件，內嵌PowerPC405處理器模塊，通過ⅡC總線完成視頻解碼芯片的初始化，總體上實現了對視頻圖像信號的采集、處理、存儲和顯示。本文最后對系統進行了調試。經過實驗驗證，系統能正確和可靠地工作。整個系統的邏輯資源消耗占FPGA的百分之十幾，剩余的資源可以做許多硬件算法或其它方面的應用。

標簽： 視頻圖像處理系統

上傳時間： 2013-05-24

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壓電超聲換能器電路終端匹配

為了提高壓電超聲換能器的系統效率，保證換能器安全工作，利用換能器等效電路方法，分析了匹配電路的調振匹配和阻抗匹配功能．提出了頻率跟蹤結合數字電感實現調諧匹配的方法，并對調諧匹配方法進行了實驗驗證．以含源網絡電路分析方法為基礎，從理論上證明了實現換能器阻抗匹配的最佳條件

標簽： 壓電換能器電路終端匹配

上傳時間： 2013-04-24

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