感應電機由于具有可靠性好、結構簡單、價格低廉和體積小等優(yōu)點，成為生產(chǎn)實踐中應用最廣泛的一種電動機。然而，感應電機是一個多變量、強耦合、非線性的時變系統(tǒng)，這使得感應電機的控制十分復雜，尤其是在對控制精度要求比較高的場合，設計出高精度的感應電機控制系統(tǒng)變得非常困難。 針對高精度感應電機控制較困難的問題，本文分析了感應電機的數(shù)學建模方法及電機控制策略問題。在對感應電機的數(shù)學模型進行了數(shù)學推導的基礎上，在Matlab/Simulink平臺上建立了感應電機的電機模型，提出了一種感應電機控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。對常用的數(shù)字脈寬調(diào)制方法進行了數(shù)學推導及仿真研究，并將模糊控制理論應用于感應電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，改善了傳統(tǒng)PI控制器超調(diào)較大、響應較慢、魯棒性差的缺點。仿真結果驗證模糊PI控制方案的優(yōu)越性。 在感應電機建模仿真的基礎上，根據(jù)高精度感應電機控制器的需求及FPGA的特點，本文提出感應電機控制器的的設計方案。按照FPGA模塊化設計思想，將整個系統(tǒng)進行了合理的劃分，對SVPWM、Park變換、模糊PI控制器、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現(xiàn)算法進行了深入的研究。并在一些模塊算法的設計上提出了自己的思路。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發(fā)板上完成硬件驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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本文針對目前國內(nèi)外基于FPGA實現(xiàn)模糊控制器的理論、EDA軟件工具的使用以及FPGA 技術的發(fā)展，對模糊控制器的設計作了有益的探索，并達到了預期的實驗效果。文章綜述了模糊控制理論的產(chǎn)生、發(fā)展、應用現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展方向；介紹了模糊邏輯、模糊控制的基本原理和模糊控制器的結構；闡述了常規(guī)模糊控制器的設計過程。文章介紹了運用 VHDL語言進行模糊控制器的設計過程。對模糊控制過程中隸屬度函數(shù)的存儲采用了分段存儲法，其設計方法簡單，提高了運算速度和運算精度。采用了“最大－最小”函數(shù)法簡化了模糊控制規(guī)則的推理過程。運用“倒數(shù)相乘法”實現(xiàn)除法器的設計，能夠?qū)崿F(xiàn)任意數(shù)的除法運算，且精度較高。并以模糊空調(diào)溫度控制器為例進行了理論說明和模糊設計，并給出了相應的VHDL代碼。整體設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平臺上進行了邏輯綜合及功能時序仿真，綜合與仿真的結果表明，基于FPGA的模糊控制器芯片消耗較少的硬件資源，達到了較高的設計性能，在速度和資源利用率方面均達到了較優(yōu)的狀態(tài)，通過在 FPGA開發(fā)板上的驗證與測試，測試結果表明，所設計的模糊控制器可滿足實時模糊控制的要求。關鍵詞：模糊邏輯 模糊控制器 VHDL FPGA
上傳時間： 2013-04-24
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當今的船用導航雷達具有數(shù)字化、多功能、高性能、多接口、網(wǎng)絡化。同時要求具有高可靠性、高集成度、低成本，信號處理單元的小型化，產(chǎn)品更新周期短。要同時滿足上述需求，高集成度的器件應用是必須的。同時開發(fā)周期要短，需求軟件的可移植性要強，并且是模塊化設計，現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)已經(jīng)成為設計首選。 現(xiàn)場可編程門陣列是基于通過可編程互聯(lián)連接的可配置邏輯塊(CLB)矩陣的可編程半導體器件。與為特殊設計而定制的專用集成電路(ASIC)相對，F(xiàn)PGA可以針對所需的應用或功能要求進行編程。雖然具有一次性可編程(OTP)FPGA，但是主要是基于SRAM的，其可隨著設計的演化進行重編程。CLB是FPGA內(nèi)的基本邏輯單元。實際數(shù)量和特性會依器件的不同而不同，但是每個CLB都包含一個由4或6個輸入、一些選型電路(多路復用器等)和觸發(fā)器組成的可配置開關矩陣。開關矩陣是高度靈活的，可以進行配置以便處理組合邏輯、移位寄存器或RAM。當今的FPGA已經(jīng)遠遠超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能(如RAM、時鐘管理和：DSP)的硬(ASIC型)塊。由于具有可編程特性，所以FPGA是眾多市場的理想之選。它高集成度，以及用于設計的強大軟件平臺、IP核、在線升級可滿足需求。 本文介紹了基于FPGA實現(xiàn)船用導航雷達數(shù)字信號處理的設計，這是一個具體的、已經(jīng)完成并進行小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，對指導實踐具有一定意義。
標簽： 導航雷達 數(shù)字信號處理
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字時代的到來，信息化程度的不斷提高，人們相互之間的信息和數(shù)據(jù)交換日益增加。正交幅度調(diào)制器(QAM Modulator)作為一種高頻譜利用率的數(shù)字調(diào)制方式，在數(shù)字電視廣播、固定寬帶無線接入、衛(wèi)星通信、數(shù)字微波傳輸?shù)葘拵ㄐ蓬I域得到了廣泛應用。 近年來，集成電路和數(shù)字通信技術飛速發(fā)展，F(xiàn)PGA作為集成度高、使用方便、代碼可移植性等優(yōu)點的通用邏輯開發(fā)芯片，在電子設計行業(yè)深受歡迎，市場占有率不斷攀升。本文研究基于FPGA與AD9857實現(xiàn)四路QAM調(diào)制的全過程。FPGA實現(xiàn)信源處理、信道編碼輸出四路基帶I/Q信號，AD9857實現(xiàn)對四路I/Q信號的調(diào)制，輸出中頻信號。本文具體內(nèi)容總結如下: 1.介紹國內(nèi)數(shù)字電視發(fā)展狀況、國內(nèi)國際的數(shù)字電視標準，并詳細介紹國內(nèi)有線電視的系統(tǒng)組成及QAM調(diào)制器的發(fā)展過程。 2.研究了QAM調(diào)制原理，其中包括信源編碼、TS流標準格式轉換、信道編碼的原理及AD9857的工作原理等。并著重研究了信道編碼過程，包括能量擴散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼等。 3.深入研究了基于FPAG與AD9857電路設計，其中包括詳細研究了FPGA與AD9857的電路設計、在allegro下的PCB設計及光繪文件的制作，并做成成品。 4.簡單介紹了FPGA的開發(fā)流程。 5.深入研究了基于FPAG代碼開發(fā)，其中主要包括I2C接口實現(xiàn)，ASI到SPI的轉換，信道編碼中的TS流包處理、能量擴散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼的實現(xiàn)及AD9857的FPGA控制使其實現(xiàn)四路QAM的調(diào)制。 6.介紹代碼測試、電路測試及系統(tǒng)指標測試。 最終系統(tǒng)指標測試表明基于FPGA與AD9857的四路DVB-C調(diào)制器基本達到了國標的要求。
上傳時間： 2013-07-05
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區(qū)截裝置測速法是現(xiàn)代靶場中彈丸測速的普遍方法，測時儀作為區(qū)截裝置測速系統(tǒng)的主要組成部分，其性能直接影響彈丸測速的可靠性和精度。本文根據(jù)測時儀的發(fā)展現(xiàn)狀，按照設計要求，設計了一種基于單片機和FPGA的高精度智能測時儀，系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作方便、測時精度可達25ns。 本文詳細給出了系統(tǒng)的設計方案。該方案提出了一種在后端用單片機處理干擾信號的新方法，簡化了系統(tǒng)硬件電路的設計，提高了測時精度；提出了一種基于系統(tǒng)基準時間的測時方案，相對于傳統(tǒng)的測時方法，該方案為分析試驗過程提供了有效數(shù)據(jù)，進一步提高了系統(tǒng)工作的可靠性；給出了一種輸入信息處理的有效方法，保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。 本文設計了系統(tǒng)FPGA邏輯電路，包括輸入信號的整形濾波、輸入信號的捕捉、時基模塊、異步時鐘域間數(shù)據(jù)傳遞、與單片機通信、單片機I/O總線擴展等；實現(xiàn)了系統(tǒng)單片機程序，包括單片機和。FPGA的數(shù)據(jù)交換、干擾信號排除和彈丸測速測頻算法的實現(xiàn)、LCD液晶菜單的設計和打印機的控制、FLASH的讀寫、上電后對FPGA的配置、與上位機的通信等；分析了系統(tǒng)的誤差因素，給出了系統(tǒng)的誤差和相對誤差的計算公式；通過實驗室模擬測試以及靶場現(xiàn)場測試，結果表明系統(tǒng)工作可靠、精度滿足設計要求、人機界面友好。
上傳時間： 2013-07-25
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在超深亞微米技術工藝下，布局成為超大規(guī)模集成電路物理設計中至關重要的一步。由于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programable Gate Array，F(xiàn)PGA)布線資源的預先確定性，使得FPGA的布局更為重要。本文以建立高性能、低擁擠的布局為目標，從FPGA芯片結構和布局算法兩方面進行了深入研究。論文提出了一種通用的層次式FPGA(HFPGA)結構模型及布局模型，并且給出了該模型的數(shù)學計算公式；提出將元件之間的層次距離轉化為線長的方法，實現(xiàn)了基于線網(wǎng)模型的高精度布局算法：提出利用矩形的對角線元件之間層次來代替線長，從而達到優(yōu)化線長的同時提高布通率的快速布局算法。實驗結果表明，兩種算法均在北卡羅來納微電子中心(MCNC)學術芯片測試案例上取得了較理想的布局實驗效果，為下一步的布線工作建立了良好的基礎接口，并且完成了初始布線的工作。本FPGA結構模型的提出和布局算法的實現(xiàn)也都為工業(yè)界提供了借鑒價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著Internet的不斷發(fā)展，人們希望日常生活中所用到的嵌入式設備都能夠很方便地實現(xiàn)Intemet接入，這對嵌入式系統(tǒng)設計提出了新的挑戰(zhàn)，要求低成本、多功能、高性能。這些是目前嵌入式系統(tǒng)設計的熱點。 可編程邏輯器件FPGA在過去的幾十年中取得了飛速發(fā)展，從最初的幾千門到現(xiàn)在的幾百萬門，可靠性與集成度不斷提高，而功耗和成本卻在不斷降低，具有很高的性價比。再加上開發(fā)周期短、對開發(fā)人員的要求相對較低的優(yōu)點，因此被大量應用于嵌入式系統(tǒng)設計中。 本文是基于FPGA高性價比、可靈活配置的特點，也是當前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系統(tǒng)設計方式，所以我們提出了基于FPGA的實現(xiàn)方案。本文通過在FPGA中硬件實現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議(包括UDP、IP、ARP、TCP等網(wǎng)絡協(xié)議)以及以太網(wǎng)MAC協(xié)議，并提供標準MII接口，通過外接PHY實現(xiàn)網(wǎng)絡連接。最終成功地通過了驗證。 基于FPGA的實現(xiàn)可以有效地降低成本，同時可以在其中集成其他功能模塊，提高整個系統(tǒng)的集成度，減小PCB版圖面積和布線復雜度，有利于提高系統(tǒng)可靠性。因此，本研究課題對嵌入式系統(tǒng)設計有很大的實用價值。
上傳時間： 2013-07-08
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隨著GPS(Global Positioning System)技術的不斷發(fā)展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數(shù)量大幅度增加，應用領域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現(xiàn)精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節(jié)約成本，而且便于系統(tǒng)融合，是應用于GPS定位的系統(tǒng)中更有前景的方法。但由于在系統(tǒng)中實現(xiàn)定位濾波算法需要時間，傳統(tǒng)CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據(jù)“先時序后電路”的設計思想，由同步?jīng)]計方法以及自頂向下和自下而上的混合設計方法實現(xiàn)系統(tǒng)的總體設計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現(xiàn)實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統(tǒng)，為GPS定位數(shù)據(jù)的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎。具體工作如下： 基于FPGA設計了GPS定位數(shù)據(jù)的正確接收和顯示，以及經(jīng)緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現(xiàn)串口數(shù)掘的接收和經(jīng)緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數(shù)據(jù)格式由ASCⅡ碼轉變?yōu)槭M制整數(shù)型，實現(xiàn)利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉換過程中，利用查找表的方法查找轉化時需要的各個參數(shù)值，并將該參數(shù)先轉為雙精度浮點小數(shù)，再進行坐標轉換。根據(jù)高斯轉化公式的規(guī)律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節(jié)省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現(xiàn)。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統(tǒng)狀態(tài)方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設計，并通過Matlab進行仿真。結果表明，本文設計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎上，實現(xiàn)基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結構節(jié)省資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)卡爾曼濾波，達到提高數(shù)據(jù)精度的效果。 設計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現(xiàn)，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優(yōu)。Modelsim仿真驗證了該設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術的快速發(fā)展，計算機的性能得到了極大的提高，使得利用計算機實現(xiàn)人類的視覺功能成為目前計算機領域中最熱門的課題之一。基于視頻的目標檢測與跟蹤技術是計算機視覺領域中最主要的研究方向之一，它是智能監(jiān)控、人機交互、移動機器人視覺導航、工業(yè)機器人手眼系統(tǒng)等應用的基礎和關鍵技術。在科學研究和工程應用上都有十分誘人的前景。 論文提出了以FPGA為核心的思想，設計出一套應用于背景靜止視頻序列的動態(tài)目標檢測與跟蹤系統(tǒng)。通過位置固定的攝像頭監(jiān)控某一區(qū)域，分析攝像頭采集到的動態(tài)視頻序列，計算出目標的運動參數(shù)。與傳統(tǒng)的基于PC機的視頻動態(tài)目標跟蹤系統(tǒng)相比，適應了目標跟蹤系統(tǒng)對圖像處理速度的實時性與數(shù)據(jù)帶寬越來越高的要求，同時成本較低、設計更靈活，而且硬件重構性好、處理速度快、系統(tǒng)易于升級。 論文的主要工作包括：構建目運動標跟蹤系統(tǒng)軟件平臺和硬件平臺。應用MATLAB對目標檢測算法進行仿真分析比較。采用Synplifty Pro、ModelSim和TimingDesigner等各種EDA軟件工具對系統(tǒng)中各個層次的模塊進行時序設計、代碼編寫、仿真驗證等。最后使用QuartusⅡ?qū)⒄麄€系統(tǒng)工程文件綜合、布局布線。在察看時序報告無誤后，將系統(tǒng)配置文件下載至FPGA開發(fā)板中。 實現(xiàn)結果表明：所設計的系統(tǒng)能很好地工作在FPGA中，實現(xiàn)了設計要求，為視覺智能監(jiān)控打下基礎。
標簽： FPGA 目標跟蹤 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-08-05
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在嵌入式實時圖像處理應用中，圖像旋轉廣泛地應用于社會生產(chǎn)生活的各個領域，它是很多圖像預處理、檢測的重要前提。在當今工業(yè)應用中，人們要求圖像處理系統(tǒng)趨向小型化的同時，對系統(tǒng)的實時性也提出了更高的要求。近年來，隨著...
上傳時間： 2013-07-10
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