文章開篇提出了開發(fā)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(fā)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(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字化方向發(fā)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(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(fā)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(jié)器的基礎上，提出了一種新的數字化調節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節(jié)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(yè)時代發(fā)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(fā)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(jié)，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(jié)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(jié)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(jié)器和電壓調節(jié)器的反相輸入端，用來實現閉環(huán)控制。同時用來保證系統的穩(wěn)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(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字低通濾波。由于整個系統是閉環(huán)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(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穩(wěn)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(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，數字化開關電源有著廣闊的發(fā)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。
上傳時間： 2013-06-21
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本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統的基本原理，介紹了GPS系統的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結構。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據前面的分析，提出了系統的實現方案，利用MATLAB對該系統進行仿真，仿真的結果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環(huán)節(jié)中的核心部分—FFT處理器，設計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設計實現了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數據在MATLAB中運算得到結果和FPGA輸出結果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統已經能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結，并指出以后繼續(xù)研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛(wèi)星導航事業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。
上傳時間： 2013-05-29
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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頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數字化的DDS技術由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點而成為現代頻率合成技術中的佼佼者。隨著數字集成電路、微電子技術和EDA技術的深入研究，DDS技術得到了飛速的發(fā)展。 DDS是把一系列數字量化形式的信號通過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轉換產生已經用數字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個典型的DDS系統應包括以下三個部分：相位累加器可以時鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉換電路一般由ROM實現；D/A轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現一個DDS系統，該DDS系統的硬件結構是以FPGA為核心實現的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發(fā)展，闡述了基于FPGA實現DDS技術的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎知識如結構特點、開發(fā)流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現直接數字頻率合成(DDS)的原理、電路結構、優(yōu)化方法等。重點介紹DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設計的DDS系統可以很容易地嵌入到其他系統中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價比，電路結構簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進行了詳細的討論，由此得出了改善系統性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-04-24
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直接數字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術，其數字結構滿足了現代電子系統的許多要求，因而得到了迅速的發(fā)展?，F場可編程門陣列器件(FPGA)的出現，改變了現代電子數字系統的設計方法，提供了一種全新的設計模式。本論文結合這兩項技術，并利用單片機控制靈活的特點，開發(fā)了一種雙通道波形發(fā)生器。在實現過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產生波形數據的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機作為控制芯片。本設計中，FPGA芯片的設計和與控制芯片的接口設計是一個難點，本文利用Altera的設計工具Quartus Ⅱ并結合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。 本文首先介紹了波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用EP1C6Q240C8完成DDS模塊的設計過程，這是設計的基礎。接著分析了整個設計中應處理的問題，根據設計原理就功能上進行了劃分，將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現。然后就這三個部分分別詳細地進行了闡述。并且通過系列實驗，詳細地分析了該波形發(fā)生器的功能、性能、實現和實驗結果。最后，結合在設計中的一些心得體會，提出了本設計中的一些不足和改進意見。通過實驗說明，本設計達到了預定的要求，并證明了采用軟硬件結合，利用FPGA實現基于DDS架構的雙路波形發(fā)生器是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科技的發(fā)展和社會的進步，數字電視已逐漸成為現代電視的主流。利用今年是奧運年的契機，研究和推廣數字電視廣播具有重大的意義。2006年8月底我國出臺的數字多媒體/電視廣播(DMB-T)標準，確立了中國自己的技術標準。以此來發(fā)展擁有自主知識產權的數字電視事業(yè)，不僅可以滿足廣大人民群眾日益增長的物質、文化要求，還可以帶動相關產業(yè)快速發(fā)展。 本課題在深入研究DMB-T國家標準的基礎上，首先對系統的調制系統進行了設計規(guī)劃，然后對信道調制的星座映射、系統信息插入、幀體數據處理、PN序列插入的幀形成模塊和成形濾波模塊進行了設計和仿真，并驗證了其正確性。 3780個子載波的時域同步正交多載波技術(TDS-OFDM)是DMB-T調制系統的關鍵技術之一。由于載波數不是2的整數次冪，考慮到實現的有效性，不能采用現已成熟的基-2或基-4的快速傅立葉變換(FFT)算法。針對調制系統中特有的3780點IFFT，課題深入分析和比較了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三種離散快速傅立葉變換算法的特點和性能，綜合利用了三種算法優(yōu)勢，考慮了算法的復雜度、運算的速度、資源的消耗，設計出一種新的算法，進行了Matlab驗證和基于FPGA(現場可編程門陣列)的仿真。分析表明，該算法所需的加法、乘法次數已很逼近4096點FFT算法。 DMB-T發(fā)射端的基帶成形濾波采用了平方根升余弦滾降濾波，由于其0.05的滾降系數在實現中比較苛刻，所以是設計的難點之一。本課題利用Matlab工具采用了等紋波最優(yōu)濾波的方法設計了169階數字濾波器，其阻帶衰減達到了46.9dB，完全符合標準的要求；利用四倍插值的方法實現了I、Q合路的該濾波器的FPGA設計，并進行了設計優(yōu)化，顯著降低了濾波器的運算量，大大節(jié)約了實現該濾波器所需的乘法器資源。
上傳時間： 2013-06-28
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現場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,它結合了微電子技術、電路技術和EDA(Electronics Design Automation)技術。隨著它的廣泛應用和快速發(fā)展,使設計電路的規(guī)模和集成度不斷提高,同時也帶來了電子系統設計方法和設計思想的不斷推陳出新。 隨著數字電子技術的發(fā)展,數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。離散傅立葉變換(DFT)作為數字信號處理中的基本運算,發(fā)揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運算量減小了幾個數量級,使得數字信號處理的實現變得更加容易。FFT已經成為現代數字信號處理的核心技術之一,因此對FFT算法及其實現方法的研究具有很強的理論和現實意義。 本文主要研究如何利用FPGA實現FFT算法,研制具有自主知識產權的FFT信號處理器。該設計采用高效基-16算法實現了一種4096點FFT復數浮點運算處理器,其蝶形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯實現,僅用8個實數乘法器就可實現基-16蝶形單元所需的8次復數乘法運算,在保持處理速度的優(yōu)勢下,比傳統的基-16算法節(jié)省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點研究處理器蝶形單元設計的基礎上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優(yōu)化,并完成了處理器體系結構的設計；在此基礎上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點研究了具體的實現方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發(fā)環(huán)境中實現了處理器各個模塊的RTL設計：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設計實現。 經過仿真驗證,本文所設計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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當前，片上系統(SOC)已成為系統實現的主流技術。流片風險與費用增加、上市時間壓力加大、產品功能愈加復雜等因素使得SOC產業(yè)逐漸劃分為IP提供者、SOC設計服務者和芯片集成者三個層次。SOC設計已走向基于IP集成的平臺設計階段，經過嚴格驗證質量可靠的IP核成為SOC產業(yè)中的重要一環(huán)。 GPIB控制器芯片是組建自動測試系統的核心，在測試領域應用廣泛。本人通過查閱大量的技術資料，分析了集成電路在國內外發(fā)展的最新動態(tài)，提出了基于FPGA的自主知識產權的GPIB控制器IP核的設計和實現。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發(fā)所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據芯片設計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現IEEE-488.2協議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態(tài)機的IP核實現。同時，對數據通路也進行了較為細致的說明。在設計的時候采用基于模塊化設計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統芯片的lP軟核設計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態(tài)進行了軟件仿真，給出仿真結果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設計過程進行了總結，展望了當前GPIB控制器設計的發(fā)展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-04-24
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對弓網故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數據量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網絡傳輸等領域得到廣泛的應用。和相同圖像質量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 本文旨在研究并實現一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸的方法。通過采用可編程邏輯器件FPGA來實現整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統具有可定制、高速度等優(yōu)點。 本文首先介紹了開發(fā)硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發(fā)語言Veridlog，并介紹了FPGA的設計方法及開發(fā)流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關知識及設計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；隨后介紹了JPEG標準，并根據故障檢測的特點，設計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數的差分脈沖編碼模塊、交流系數的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設計的JPEG編碼器進行壓縮，再設計一個僅包含發(fā)送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸到PC機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現了整個采集壓縮系統，同時也進一步驗證了本文設計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設計都有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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為了滿足外圍設備之間、外圍設備與主機之間高速數據傳輸，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)總線的概念，即周邊器件互連。因為PCI總線具有極高的數據傳輸率，所以在數字圖形、圖像和語音處理以及高速數據采集和處理等方面得到了廣泛的應用。 本論文首先對PCI總線協議做了比較深刻的分析，從設計要求和PCI總線規(guī)范入手，采用TOP-DOWN設計方法完成了PCI總線接口從設備控制器FPGA設計的功能定義：包括功能規(guī)范、性能要求、系統環(huán)境、接口定義和功能描述。其次從簡化設計、方便布局的角度考慮，完成了系統的模塊劃分。并結合設計利用SDRAM控制器來驗證PCI接口電路的性能。 然后通過PCI總線接口控制器的仿真、綜合及硬件驗證的描述介紹了用于FPGA功能驗證的硬件電路系統的設計，驗證系統方案的選擇，并描述了PCI總線接口控制器的布局布線結果以及硬件驗證的電路設計和調試方法。通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真，以及布局布線后的時序仿真，并設計了PCB實驗板進行測試，證明所實現的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介紹了利用驅動程序開發(fā)工具DDK軟件進行軟件設計與開發(fā)的過程。完成系統設計及模塊劃分后，使用硬件描述語言(VHDL)描述系統，并驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-07-15
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隨著電力電子變流技術的不斷發(fā)展，各種先進的控制技術層出不窮?？刂破饕矎倪^去的模擬電路時代逐漸進入到全數字控制時代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在實現復雜算法時往往難以滿足系統要求的快速性與實時性的要求，FPGA的出現為解決這個問題提供了一個新的方向。 本文首先對三相PWM整流器系統進行了研究。在查閱大量國內外文獻資料的基礎上，對整流器及其控制器的國內外發(fā)展現狀及研究趨勢做了詳細的研究，并對課題研究的意義有了更深入的認識。接下來對三相電壓型整流器的拓撲結構、數學模型、整流器的控制技術進行了分析。文中所采用的滯環(huán)電流控制算法具有結構簡單，電流響應速度快，不依賴系統參數，系統魯棒性好的特點。運用matlab仿真軟件，對該控制方法進行了仿真。然后對FPGA的發(fā)展歷程、應用、分類、開發(fā)工具、語言等內容進行了介紹。最后對滯環(huán)控制算法進行了模塊劃分，將其劃分為PI算法模塊，限幅與指令電流生成模塊，滯環(huán)比較模塊，PWM脈沖生成及死區(qū)保護模塊，AD控制及數據儲存模塊，并在Quartus II軟件環(huán)境下，使用VHDL語言通過編程實現模塊化設計。實踐證明，采用FPGA來實現PWM整流器控制算法是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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