隨著半導體工藝的飛速發(fā)展和芯片設計水平的不斷進步，ARM微處理器的性能得到大幅度地提高，同時其芯片的價格也在不斷下降，嵌入式系統以其獨有的優(yōu)勢，己經廣泛地滲透到科學研究和日常生活的各個方面。 本文以ARM7 LPC2132處理器為核心，結合蓋革一彌勒計數管對Time-To-Count輻射測量方法進行研究。ARM結構是基于精簡指令集計算機(RISC)原理而設計的，其指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多，使用一個小的、廉價的ARM微處理器就可實現很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微處理器，其工作頻率可達到60MHz，這對于Time-To-Count技術是非常有利的，而且利用LPC2132芯片的定時/計數器引腳捕獲功能，可以直接讀取TC中的計數值，也就是說不再需要調用中斷函數讀取TC值，從而大大降低了計數前雜質時間。本文是在我?guī)熜謪诬姷摹禩ime-To-Count測量方法初步研究》基礎上，使用了高速的ARM芯片，對基于MCS-51的Time-To-Count輻射測量系統進行了改進，進一步論證了采用高速ARM處理器芯片可以極大的提高G-M計數器的測量范圍與測量精度。 首先，討論了傳統的蓋革-彌勒計數管探測射線強度的方法，并指出傳統的脈沖測量方法的不足。然后討論了什么是Time-To-Count測量方法，對Time-To-Count測量方法的理論基礎進行分析。指出Time-To-Count方法與傳統的脈沖計數方法的區(qū)別，以及采用Time-To-Count方法進行輻射測量的可行性。 接著，詳細論述基于ARM7 LPC2132處理器的Time-To-Count輻射測量儀的原理、功能、特點以及輻射測量儀的各部分接口電路設計及相關程序的編制。 最后得出結論，通過高速32位ARM處理器的使用，Time-To-Count輻射測量儀的精度和量程均得到很大的提高，對于Y射線總量測量，使用了ARM處理器的Time-To-Count輻射測量儀的量程約為20 u R/h到1R/h，數據線性程度也比以前的Time-To-CotJnt輻射測量儀要好。所以在使用Time-To-Count方法進行的輻射測量時，如何減少雜質時間以及如何提高計數前時間的測量精度，是決定Time-To-Count輻射測量儀性能的關鍵因素。實驗用三只相同型號的J33G-M計數管分別作為探測元件，在100U R/h到lR/h的輻射場中進行試驗.每個測量點測量5次取平均，得出隨著照射量率的增大，輻射強度R的測量值偏小且與輻射真實值之間的誤差也隨之增大。如果將測量誤差限定在10％的范圍內，則此儀器的量程范圍為20 u R/h至1R/h，量程跨度近六個數量級。而用J33型G-M計數管作常規(guī)的脈沖測量，量程范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，充分體現了運用Time-To-Count方法測量輻射強度的優(yōu)越性，也從另一個角度反應了隨著計數前時間的逐漸減小，雜質時間在其中的比重越來越大，對測量結果的影響也就越來越嚴重，盡可能的減小雜質時間在Time-To-Count方法輻射測量特別是測量高強度輻射中是關鍵的。筆者用示波器測出此輻射儀器的雜質時間約為6.5 u S，所以在計算定時器值的時候減去這個雜質時間，可以增加計數前時間的精確度。通過實驗得出，在標定儀器的K值時，應該在照射量率較低的條件下行，而測得的計數前時間是否精確則需要在照射量率較高的條件下通過儀器標定來檢驗。這是因為在照射量率較低時，計數前時間較大，雜質時間對測量結果的影響不明顯，數據線斜率較穩(wěn)定，適宜于確定標定系數K值，而在照射量率較高時，計數前時間很小，雜質時間對測量結果的影響較大，可以明顯的在數據線上反映出來，從而可以很好的反應出儀器的性能與量程。實驗證明了Time-To-Count測量方法中最為關鍵的環(huán)節(jié)就是如何對計數前時間進行精確測量。經過對大量實驗數據的分析，得到計數前時間中的雜質時間可分為硬件雜質時間和軟件雜質時間，并以軟件雜質時間為主，通過對程序進行合理優(yōu)化，軟件雜質時間可以通過程序的改進而減少，甚至可以用數學補償的方法來抵消，從而可以得到比較精確的計數前時間，以此得到較精確的輻射強度值。對于本輻射儀，用戶可以選擇不同的工作模式來進行測量，當輻射場較弱時，通常采用規(guī)定次數測量的方式，在輻射場較強時，應該選用定時測量的方式。因為，當輻射場較弱時，如果用規(guī)定次數測量的方式，會浪費很多時間來采集足夠的脈沖信號。當輻射場較強時，由于輻射粒子很多，產生脈沖的頻率就很高，規(guī)定次數的測量會加大測量誤差，當選用定時測量的方式時，由于時間的相對加長，所以記錄的粒子數就相對的增加，從而提高儀器的測量精度。通過調研國內外先進核輻射測量儀器的發(fā)展現狀，了解到了目前最新的核輻射總量測量技術一Time-To-Count理論及其應用情況。論證了該新技術的理論原理，根據此原理，結合高速處理器ARM7 LPC2132，對以G-計數管為探測元件的Time-To-Count輻射測量儀進行設計。論文以實驗的方法論證了Time-To-Count原理測量核輻射方法的科學性，該輻射儀的量程和精度均優(yōu)于以前以脈沖計數為基礎理論的MCS-51核輻射測量儀。該輻射儀具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等優(yōu)點。用戶可以定期的對儀器的標定，來減小由于電子元件的老化對低儀器性能參數造成的影響，通過Time-To-Count測量方法的使用，可以極大拓寬G-M計數管的量程。就儀器中使用的J33型G-M計數管而言，G-M計數管廠家參考線性測量范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，而用了Time-To-Count測量方法后，結合高速微處理器ARM7 LPC2132，此核輻射測量儀的量程為20 u R/h至1R/h。在允許的誤差范圍內，核輻射儀的量程比以前基于MCS-51的輻射儀提高了近200倍，而且精度也比傳統的脈沖計數方法要高，測量結果的線性程度也比傳統的方法要好。G-M計數管的使用壽命被大大延長。 綜上所述，本文取得了如下成果：對國內外Time-To-Count方法的研究現狀進行分析，指出了Time-To-Count測量方法的基本原理，并對Time-T0-Count方法理論進行了分析，推導出了計數前時間和兩個相鄰輻射粒子時間間隔之間的關系，從數學的角度論證了Time-To-Count方法的科學性。詳細說明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count輻射測量儀的硬件設計、軟件編程的過程，通過高速微處理芯片LPC2132的使用，成功完成了對基于MCS-51單片機的Time-To-Count測量儀的改進。改進后的輻射儀器具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等特點。本論文根據實驗結果總結出了Time-To-Count技術中的幾點關鍵因素，如：處理器的頻率、計數前時間、雜質時間、采樣次數和測量時間等，重點分析了雜質時間的組成以及引入雜質時間的主要因素等，對國內核輻射測量儀的研究具有一定的指導意義。
標簽： TimeToCount ARM 輻射測量儀
上傳時間： 2013-06-24
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隨著我國加入WTO，我國逐漸成為世界縫制設備生產和銷售中心。在縫制設備行業(yè)占據極其重要地位的繡花機行業(yè)也因此而得到迅速發(fā)展，我國繡花機產量已占據全球繡花機產量的70％。但是，我國的繡花機行業(yè)在發(fā)展的過程中仍存在和面臨著很多問題。一方面是產品結構和產品質量，我國的繡花機主要以中低檔為主，在噪聲、刺繡質量、效率、產品壽命以及維護性等方面與國外先進機型存在較大差距；另一方面是技術實力和創(chuàng)新能力，作為繡花機全部技術核心的控制器，國內能開發(fā)的公司屈指可數，缺乏有效的競爭，且技術實力和創(chuàng)新能力無法與國際企業(yè)相抗衡。 針對上述情況，本文分析了繡花機的工作原理和當前主流繡花機的控制方式及特點，在研究室已完成的中低速平繡型工業(yè)繡花機課題的基礎上，設計了一種基于硬實時嵌入式操作系統WinCE5.0，以32位RISC架構ARM9處理器S3C2440A為主控芯片，以MAXII系列CPLDEPM1270為接口芯片的高速繡花機控制器。整個繡花機以高速，高質量為目標，以伺服電機作為主軸驅動，步進電機作為X/Y軸驅動，帶USB接口和Ethernet接口，預留特種繡接口，帶高分辨率彩色觸摸屏，功能豐富，操作方便。 本文分7章，第一章闡述了課題背景，繡花機發(fā)展現狀和關鍵技術；第二章從原理出發(fā)完成了需求分析，硬件和操作系統選型和項目規(guī)劃；第三章完成了總體硬件系統設計并重點介紹了驅動系統，CPLD單元，主控制板的設計和各種資源的分配；第四章在分析WinCE及其項目開發(fā)流程和環(huán)境構建的基礎上，完成了軟件的總體框架設計并介紹了相關設計要點。第五章主要是驅動程序和運動控制模塊并以步進電機驅動的開發(fā)為例介紹了流驅動的開發(fā)過程和相關的技術要點。第六章設計了一種自主的內部花樣格式并完成了相應的測試。最后一章是對本課題的總結和展望。 本文不僅從項目研究與開發(fā)和軟件工程的高度詳細探討了基丁ARM和WinCE5.0的繡花機控制器的整個開發(fā)過程，也具體的從硬件設計，資源配置，軟件編寫，驅動開發(fā)，運動控制和花樣處理等多個方面進行了深入的分析和研究。本課題的工作對于高速高檔繡花機的開發(fā)具有很好的參考價值和實踐意義，對于提升國內繡花機行業(yè)在高端市場與國外企業(yè)的競爭力，提升民族品牌價值，改變國內繡花機控制器被少數公司所壟斷，增加良性有效競爭有積極影響。
上傳時間： 2013-06-29
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根據機械電子工程類專業(yè)測控實驗教學平臺數據采集的需要，在綜合考慮成本和性能基礎上，提出以為主處理芯片的數據采集卡設計方案。 該方案的主要特點是，使用基于ARM7TDMI內核的，工作主頻最高可達44MHz；內置高性能的ADC和DAC模塊，采樣速度最高可達1MSPS，采樣精度為12位；模擬信號輸入通道最多可達16路，模擬信號輸出通道最高可達4路；具有豐富的外設資源可以使用，GPIO口數目最高可達40個。 在設計中采用了模塊化思想，將系統分為四個功能模塊：主模塊的功能是控制ADC進行信號采集和DAC進行模擬信號輸出；模擬信號模塊的作用是對傳感器輸入信號和DAC輸出波形進行簡單的調理；數字信號模塊引出32路數字I/O口，可用于需要采集數字量的場合；JTAG模塊可進行程序的調試和下載，對于數據采集卡的二次開發(fā)有很大的作用。 在本數據采集卡上，嘗試進行了μC/OSⅡ操作系統的移植，成功實現了四個任務的管理。在實際應用中，工作數小時仍可保持正常的運行。 為檢驗數據采集卡的串口通訊能力，利用LabVIEW程序讀取下位機串口發(fā)送的已采集到的數據，進行波形圖繪制。 為檢驗本數據采集卡的ADC和DAC精度，設計實驗利用DAC輸出波形，并利用ADC將采集到的波形通過LabVIEW顯示，測量結果顯示兩者電壓值誤差均在可允許的3LSB（Least Significant Bit）范圍內，表明本數據采集卡已基本實現預期設計指標。
上傳時間： 2013-04-24
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GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，而一體化GPS接收機更是具有全內置、防水、耐寒以及操作方便、適用范圍廣等優(yōu)點，己經廣泛應用于控制測量和大地測量中。隨著全球定位系統的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。 本文介紹了GPS系統的特點、工作原理、課題背景、國內外相關產品的現狀以及發(fā)展趨勢，闡述了GPS接收機的設計原理。文章認為，GPS接收機中的微處理器的性能直接影響整機的性能，相比較其它微處理器，ARM微處理器具有一些獨特的優(yōu)勢。文章了ARM系列微處理器尤其是ARM7微處理器的性能特點，并給出了利用ARM7微處理器LPC2138芯片和xc3s1000型FPGA設計GPS接收機的實際設計和調試方案，并對此方案進行了論證，同時給出了各個功能模塊的軟硬件實現過程，并對樣機進行了性能指標測試。
上傳時間： 2013-04-24
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瑞芯Rknano主要技術參數 ARM + Hardware Accelerator ，最大主頻120M 支持8/16位LCD，支持MCU屏，最大分辨率160x128 支持SD、I2S、I2C接口，內置PWM控制器 8bit ECC NAND FLASH控制器，支持4片選，SLC/MCL
上傳時間： 2013-04-24
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FPGA器件在通信、消費類電子等領域應用越來越廣泛，隨著FPGA規(guī)模的增大、功能的加強對時鐘的要求也越來越高。在FPGA中嵌入時鐘發(fā)生器對解決該問題是一個不錯的選擇。本論文首先，描述并分析了電荷泵鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器的體系結構、組成單元及各單元的非理想特性；然后討論并分析了電荷泵鎖相環(huán)的小信號特性和瞬態(tài)特性；并給出了電荷泵鎖相環(huán)器件參數的計算表達式。其次，研究了環(huán)形振蕩器和鎖相環(huán)的相位噪聲特性。由于噪聲性能是時鐘發(fā)生器設計中的關鍵指標，本工作對此進行了較為詳細的分析。相位噪聲和抖動是衡量時鐘信號的兩個主要指標。文中從理論上推導了一階鎖相環(huán)的噪聲特性，并建立了由噪聲分析抖動和由抖動分析噪聲的解析表達式關系，并討論了環(huán)路低噪聲設計的基本原則。在前面討論和分析的基礎上，利用Hynix0.35umCMOS工藝設計了200MHz電荷泵鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器，并進行了仿真。設計中環(huán)形振蕩器的延遲單元采用replica偏置結構，把延遲單元輸出擺幅限定在確定范圍，尾電流源采用cascode結構，增強電路對電源和襯底噪聲的抑制作用。通過增加限流管，改善電荷泵中的開關的非理想特性。
上傳時間： 2013-04-24
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利用混沌的對初值和參數敏感、偽隨機以及遍歷等特性設計的加密方案,相對傳統加密方案而言,表現出許多優(yōu)越性能,尤其在快速置亂和擴散數據方面.目前,大多數混沌密碼傾向于軟件實現,這些實現方案中數據串行處理且吞吐量有限,因而不適合硬件實現.該論文分別介紹了適合FPGA(現場可編程門陣列)并行實現的序列密碼和分組密碼方案.序列密碼方案,對傳統LFSR(線性反饋移位寄存器)進行改進,采用非線性的混沌方程代替LFSR中的線性反饋方程,進而構造出基于混沌偽隨機數發(fā)生器的加密算法.分組密碼方案,從圖像置亂的快速性考慮,將兩維混沌映射擴展到三維空間;同時,引入另一種混沌映射對圖像數據進行擴散操作,以有效地抵抗統計和差分攻擊.對于這兩種方案,文中給出了VHDL(硬件描述語言)編程、FPGA片內功能模塊設計、加密效果以及硬件性能分析等.其中,序列密碼硬件實現方案,在不考慮通信延時的情況下,可以達到每秒61.622兆字節(jié)的加密速度.實驗結果表明,這兩種加密算法的FPGA實現方案是可行的,并且能夠得到較高的安全性和較快的加密速度.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字信號處理技術應用的不斷深入，數字信號處理系統的實現面臨著很多挑戰(zhàn)，其中面臨的四個主要問題是：速度、設計規(guī)模、功耗和開發(fā)周期。因此許多數字信號處理的實現方法被提出，其中基于FPGA的實現技術就是其中的重要技術之一。 本文以數字信號處理系統的實現為應用背景，著重研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。本文分為兩個主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA為例，總結了FPGA設計的基本方法及設計流程，并在此基礎上介紹了一種用于產品快速開發(fā)的設計方式—基于SystemGenerator的設計方式，這種設計方式向數字信號處理系統的設計者提供了自上而下的FPGA解決方案。 第二部分系統地研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。該部分首先研究了三種適合于FPGA的FIR濾波器實現方法，直接結構、轉置結構及分布式算法。其次，討論了針對直接結構FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術，CSD編碼和系數分解，以及針對轉置結構FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術，簡化加法器圖，并結合實例給出了它們的優(yōu)化效果。再次，介紹了直接結構FIR濾波器中常用多操作數加法實現方法，二叉樹和Wallace樹，并在Wallace樹的基礎上提出了一種適合于FPGA的1比特多操作數加法結構，這種實現結構在實現采樣字長與系數字長均為l比特的FIR濾波器時，使FPGA的資源利用率得到明顯提高。最后還給出了三種FIR濾波器實現方法在FPGA中應用的優(yōu)缺點及其適用性，并給出了一個帶通濾波器的設計實例。 論文的研究成果已應用于“北斗一號”導航定位接收機中。
上傳時間： 2013-08-01
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本文結合工程需要詳細論述了一種數字相位計的實現方法，該方法是基于FPGA(現場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發(fā)，分析了傳統相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現數字相位計核心FFT算法中的優(yōu)勢。在優(yōu)化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數據存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數據的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數據僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-05-16
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合成孔徑雷達的實時信號處理系統,可以分成相對獨立的幾個階段,即A/D變換和緩存、距離向預處理器、方位向預處理器、距離向壓縮處理、轉置存儲器、方位向壓縮處理、逆轉置存儲器.合成孔徑雷達預處理的目的,就是緩解高處理數據率和低傳輸數據率的矛盾,使得在不太影響成像質量的前提下,盡量減少傳輸的數據率,有利于后續(xù)處理的硬件實現,做到實時處理.論文結合電子所合成孔徑雷達實時成像處理系統,設計開發(fā)了基于Xilinx Virtex-E FPGA的星載SAR高速預處理板,該信號處理板處理能力強,結構緊湊,運行效率高;其硬件電路的設計思路和結構形式有很強的通用性和使用價值.論文重點研究了預處理的核心部分—固定系數FIR濾波器的設計問題.而固定系數FIR濾波器的實現問題的重點又是FPGA內部的固定系數FIP濾波器實現問題,針對FPGA內部的查找表資源,我們選擇目前流行的分布式算法來實現FIR濾波器的設計.對比于預處理器中其他濾波器設計方案,基于FPGA分布式算法的FIR濾波器的設計,避免了乘累加運算,提高了系統運行的速度并且節(jié)省了大量的FPGA資源.并且由于FPGA可編程的特性,所以可以靈活的改變?yōu)V波器的系數和階數.所設計的電路簡單高速,工作正常、可靠,完全滿足了預處理器設計的技術要求.隨著超大規(guī)模集成電路技術,高密度存儲器技術,計算機技術的發(fā)展,一個全數字化的機載實時成像處理系統的研制,已經不是非常困難的事情了.而在現有條件下,全數字化的高分辨率星載實時成像處理系統的研制,將是一個非常具有挑戰(zhàn)意義的課題,論文以星載SAR的預處理器設計為例,拋磚引玉,希望對未來全數字化星載實時成像處理系統的研制起到一定參考價值.
上傳時間： 2013-07-03
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