頻率特性測試儀(簡稱掃頻儀)是一種測試電路頻率特性的儀器，它廣泛應用于無線電、電視、雷達及通信等領域，為分析和改善電路的性能提供了便利的手段。而傳統(tǒng)的掃頻儀由多個模塊構成，電路復雜，體積龐大，而且在高頻測量中，大量的分立元件易受溫度變化和電磁干擾的影響。為此，本文提出了集成化設計的方法，針對可編程邏輯器件的特點，對硬件實現(xiàn)方法進行了探索。 本文對三大關鍵技術進行了深入研究： 第一，由掃頻信號發(fā)生器的設計出發(fā)，對直接數(shù)字頻率合成技術(DDS)進行了系統(tǒng)的理論研究，并改進了ROM壓縮方法，在提高壓縮比的同時，改進了DDS系統(tǒng)的雜散度，并且利用該方法實現(xiàn)了幅度和相位可調(diào)制的DDS系統(tǒng)-掃頻信號發(fā)生器。 第二，為了提高系統(tǒng)時鐘的工作頻率，對流水線算法進行了深入的研究，并針對累加器的特點，進行了一系列的改進，使系統(tǒng)能在100MHz的頻率下正常工作。 第三，從系統(tǒng)頻率特性測試的理論出發(fā)，研究如何在FPGA中提高多位數(shù)學運算的速度，從而提出了一種實現(xiàn)多位BCD碼除法運算的方法—高速串行BCD碼除法；隨后，又將流水線技術應用于該算法，對該方法進行改進，完成了基于流水線技術的BCD碼除法運算的設計，并用此方法實現(xiàn)了頻率特性的測試。 在研究以上理論方法的基礎上，以大規(guī)模可編程邏輯器件EP1K100QC208和微處理器89C52為實現(xiàn)載體，提出了基于單片機和FPGA體系結構的集成化設計方案；以VerilogHDL為設計語言，實現(xiàn)了頻率特性測試儀主要部分的設計。該頻率特性測試儀完成掃頻信號的輸出和頻率特性的測試兩大主要任務，而掃頻信號源和頻率特性測試這兩大主要模塊可集成在一片可編程邏輯器件中，充分體現(xiàn)了可編程邏輯器件的優(yōu)勢。 本文首先對相關的概念理論進行了介紹，包括DDS原理、流水線技術等，進而提出了系統(tǒng)的總體設計方案，包括設計工具、語言和實現(xiàn)載體的選擇，而后，簡要介紹了微處理器電路和外圍電路，最后，較為詳細地闡述了兩個主要模塊的設計，并給出了實現(xiàn)方式。
上傳時間： 2013-06-08
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逆變控制器的發(fā)展經(jīng)歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統(tǒng)，并從數(shù)模混合電路過渡到純數(shù)字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現(xiàn)技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發(fā)展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現(xiàn)技術，依次對專用芯片的系統(tǒng)功能劃分，硬件算法，全系統(tǒng)的硬件設計及優(yōu)化，流水線操作和并行化，芯片運行穩(wěn)定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續(xù)時間和離散時間的數(shù)學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統(tǒng)具有很好的動、靜態(tài)性能，并且具有自動限流功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規(guī)格，完成了器件選型及相關的開發(fā)環(huán)境和工具的選取。然后系統(tǒng)闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發(fā)流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發(fā)流程。在此基礎上，進行了芯片系統(tǒng)功能劃分，針對：DDS標準正弦波發(fā)生器，電壓電流雙環(huán)控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產(chǎn)生器，三角波發(fā)生器，死區(qū)控制器，數(shù)據(jù)流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數(shù)字鎖相環(huán)的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統(tǒng)鎖相系統(tǒng)中的環(huán)路濾波，用相位累加器實現(xiàn)數(shù)控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優(yōu)化問題，并針對逆變器控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)算法呈多層結構，且層與層之間還有數(shù)據(jù)流聯(lián)系，其執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統(tǒng)的流水線優(yōu)化設計問題。本文最后對芯片運行穩(wěn)定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩(wěn)態(tài)”問題，分析了產(chǎn)生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
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超聲波電機(Ultrasonic motors，簡稱USM)是一種全新原理的直接驅(qū)動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發(fā)的超聲振動作為驅(qū)動力，通過定轉(zhuǎn)子間的摩擦力來驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。與傳統(tǒng)的電磁電機相比，它具有低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾、動作響應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續(xù)運動領域、精密控制領域比傳統(tǒng)的電磁電機性能優(yōu)越得多。超聲波電機在工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業(yè)界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要以行波型超聲波電機的驅(qū)動控制技術為研究對象，引入嵌入式系統(tǒng)理念，設計并制作了超聲波電機的驅(qū)動控制系統(tǒng)，并對超聲波電機的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究內(nèi)容及成果如下： 介紹了超聲波電機的工作原理、特點及其應用前景，總結了國內(nèi)外超聲波電機驅(qū)動控制技術的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，以及今后我國超聲波電機驅(qū)動控制技術的發(fā)展方向，明確了本文的研究內(nèi)容。 結合嵌入式系統(tǒng)特點及其開發(fā)方法，詳細介紹了超聲波電機嵌入式驅(qū)動控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計過程，并總結了硬件、軟件的調(diào)試過程。最后，對所設計系統(tǒng)性能進行了實驗測試和數(shù)據(jù)分析。 采用DDS技術解決超聲波電機所需要的高頻驅(qū)動電源和數(shù)字控制的問題。本文設計的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調(diào)的雙通道信號發(fā)生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設計并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系統(tǒng)。速度控制采用增量式PID調(diào)節(jié)，其控制策略簡單、易行，通過實驗選擇合適的參數(shù)能適應一般的控制精度要求。定位控制則采用模糊PID控制策略，該策略將模糊控制不需要精確的數(shù)學模型、收斂速度快的特點與PID簡單易行、能消除穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點相結合，改善了模糊控制器穩(wěn)態(tài)性能，使電機定位控制精度達到0.0880。
上傳時間： 2013-07-16
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針對現(xiàn)代中低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測及諧波治理的需要，論文綜合運用嵌入式技術、現(xiàn)代信號處理技術、虛擬儀器技術設計了一種新型低功耗、集成化的電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測儀。此系統(tǒng)實現(xiàn)了對三相電網(wǎng)相/線電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)以及三相電壓、電流的31次以內(nèi)諧波的實時監(jiān)測。 論文分析了基于微處理器的電力系統(tǒng)基本參數(shù)的測量原理；對被測信號的交流參量通過抽樣方法獲得，由多點的抽樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的結果可以減小隨機誤差的影響；基于DFT和FFT的諧波測量原理，將FFT應用于諧波分析獲得信號的頻域參數(shù)；針對諧波測量中的混疊誤差設計了二階抗混疊濾波器；分析了非同步采樣和對非時限信號的截斷造成的頻譜泄露和柵欄效應及其對諧波測量精度的影響。討論了常用的幾種窗函數(shù)對頻譜泄漏的抑制作用，在此基礎上選擇加海明窗對采樣信號進行處理；針對DDS具有高精度頻率合成的特點，將其應用到電網(wǎng)信號的采樣上，提高了采樣的同步性，使得測量精度滿足了系統(tǒng)的要求。上述方法需要大量快速的迭代運算，系統(tǒng)微處理器選用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力和實時性。系統(tǒng)供電電源采用了開關電源、減小了體積，提高了效率；完成了下位機數(shù)據(jù)采集部分、二階抗混疊濾波器、測頻電路及通信模塊電路的設計；最后介紹了軟件設計部分，主要包含了數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)過程，F(xiàn)FT程序的設計，給出了各部分程序的流程圖；系統(tǒng)上位機軟件設計了電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理程序，該軟件以LabWindows/CVI6.0為開發(fā)平臺，利用CVI豐富的庫函數(shù)，完成對數(shù)據(jù)的處理、顯示和記錄等工作，并采用雙線程運行模式，在數(shù)據(jù)采集和處理的同時完成了顯示、命令的發(fā)送和運行曲線等功能。 按上述方案設計的樣機經(jīng)過三次電路制作與軟件調(diào)試，主要技術參數(shù)達到了設計要求，通過了實驗室測試，目前正在電力系統(tǒng)諧波治理系統(tǒng)中進行工業(yè)實驗。
標簽： ARM 電網(wǎng)參數(shù) 儀的研制 監(jiān)測
上傳時間： 2013-04-24
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地鐵信號設備中輸入輸出設備是信號邏輯和現(xiàn)場設備之間的接口，有著四高（高安全，高可靠，高可維護，高可用）要求，目前信號系統(tǒng)廠家的傳統(tǒng)做法是整個信號系統(tǒng)產(chǎn)品由一家公司來完成，可是隨著技算機技術的快速發(fā)展，邏輯部份目前已可以采用通用COTS產(chǎn)品，而輸入輸出部分還是需要各個信號廠家自己設計和生產(chǎn)，因此設計出一款通用型的輸入輸出控制器已成地鐵行業(yè)的發(fā)展方向。 為了滿足以上要求，本文從實際應用角度出發(fā)，使信號系統(tǒng)的產(chǎn)品更加的開放透明，設計出基于ARM的地鐵用安全型的智能I/O，從而使信號系統(tǒng)設計可以方便地和現(xiàn)場信號設備接口。 在硬件上采用冗余設計，以ARM為主處理器，整個系統(tǒng)無單點硬件故障，采集部分采用動態(tài)異或輸入設計，驅(qū)動部分采用安全驅(qū)動設計。 基于ARM的地鐵用安全智能I/O嚴格遵循歐洲鐵路信號產(chǎn)品的標準，使系統(tǒng)的安全性，可靠性，可用性和可維護性有了充分的保障。 本文主要介紹了地鐵用安全型智能I/O控制器的設計和實現(xiàn)，包括設計思想，具體實施，硬件和軟件的設計等。
上傳時間： 2013-06-12
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視頻監(jiān)控以其直觀方便、準確、信息內(nèi)容豐富而廣泛應用于許多場合，已經(jīng)滲透到交通、城市治安、國防等多種領域，甚至家庭安防，在人們的日常生活中扮演著越來越重要的作用。 由于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在著結構復雜、穩(wěn)定性可靠性不高、價格昂貴而且傳輸距離明顯受限的缺點。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡、電子與通信、圖像處理等技術的飛速發(fā)展，嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術應用而生。 本文針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，結合嵌入式技術、圖像處理技術和網(wǎng)絡技術，設計并實現(xiàn)了一種實時性好、可靠性高、成本低的嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ARM9微處理器作為硬件平臺，以具有開發(fā)資源豐富、免費等優(yōu)勢的Linux操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)平臺。該系統(tǒng)采用以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)，并使用TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議。視頻數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議選擇了支持組播技術的RTP/RTCP傳輸協(xié)議，客戶端在Linux下實現(xiàn)了基于SDL庫視頻顯示。 論文首先描述了嵌入式系統(tǒng)與視頻監(jiān)控技術的發(fā)展及相關技術，分析了國內(nèi)外視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究的背景和意義進行了闡述，并討論了幾種常見的視頻監(jiān)控解決方案，對幾種目前流行的視頻壓縮算法進行了對比；然后，提出了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件總體架構，并逐步對硬件平臺和軟件模塊設計進行了選擇和細化。其中，硬件平臺根據(jù)視頻數(shù)據(jù)采集以及處理需要選擇了攝像頭和存儲器；軟件設計中，首先完成了嵌入式系統(tǒng)的交叉開發(fā)環(huán)境搭建，針對ARM-Linux特性，完成了在開發(fā)板上操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)等移植，最后完成了Linux下V4L視頻采集、JPEG圖像壓縮、RTP/RTCP網(wǎng)絡傳輸、SDL庫視頻顯示以及avi格式視頻文件保存等。 此外，對系統(tǒng)構建過程中所用到的某些關鍵技木進行了較為詳盡的探討和研究，這對于從事相關科研工作的同仁們具有一定的參考價值。
標簽： ARM 嵌入式 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-04-24
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隨著海洋勘測技術的發(fā)展，研制高性能的海洋測流儀器越來越重要。多普勒聲學海流剖面儀就是一種非常重要的用來測量海流速度的儀器。在調(diào)試多普勒聲學海流剖面儀的過程中，多普勒聲學海流剖面儀信號模擬器是很重要的設備，它是數(shù)字模擬技術與多普勒聲學技術相結合的產(chǎn)物，它通過模擬的方法產(chǎn)生聲學海流剖面儀回波信號，以便在不具備實際海洋情況的條件下，可以在實驗室環(huán)境中對聲學海流剖面儀的樣機進行系統(tǒng)調(diào)試。在此情況下，本文研制了一種聲學海流剖面儀信號模擬器，并對聲學海流剖面儀回波信號接收過程中使用的算法進行了研究。 本文首先比較了多普勒聲學海流剖面儀的發(fā)射信號與接收信號之間的關系，分析了產(chǎn)生多普勒頻移的原因。選用直接數(shù)字頻率合成技術(DDS)生成多普勒聲學海流剖面儀調(diào)試所需要的回波信號o DDS技術克服了傳統(tǒng)信號源的頻率精度不高和頻率不穩(wěn)等問題。本文選用專用DDS芯片AD9833來實現(xiàn)回波信號的產(chǎn)生，利用ARM嵌入式技術對輸出信號進行控制。 信號模擬器以S3C2410處理器為核心構建了硬件平臺，采用核心板與擴展板相結合的硬件結構。核心板主要包括了存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡接口和各種通訊接口。其主要功能是存儲大量數(shù)據(jù)信號和通訊功能；擴展電路包括了16路DDS信號輸出及信號調(diào)理電路，可以通過軟件來配置16路信號相應的工作狀態(tài)及選擇信號輸出形式。硬件設計預留了一定數(shù)量的I/O接口以備將來擴展之用。 建立嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境；并分析BootLoader啟動機制，移植VIVI；通過配置內(nèi)核相關文件，移植Linux2.4.18內(nèi)核到模擬器系統(tǒng)；編寫16路DDS的驅(qū)動程序；設計了模擬器的上位機通訊程序及用應程序；對系統(tǒng)進行了軟硬件調(diào)試，調(diào)試結果表明模擬器完全能夠模擬聲學海流剖面儀的回波信號。 最后，結合回波信號形式，采用基帶解調(diào)、復相關等技術對接收回波信號所使用的算法進行了研究，估算出多普勒頻移，配合了調(diào)試海流剖面儀樣機工作的進行。該模擬器不但可以模擬回波信號，還可以作為發(fā)射信號來用，大大提高了模擬器的實用性。關鍵詞：聲學海流剖面儀；S3C2410； AD9833；嵌入式Linux；回波信號
上傳時間： 2013-04-24
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音頻管理組件(Audio Management Unit，AMU)是先進客艙娛樂與服務系統(tǒng)(Advanced Cabin Entertainment Service System，ACESS)的組成部分，應用于飛機上音頻資源的管理與控制。飛機運營對航空機載電子系統(tǒng)準確性、復雜性和安全性的高要求，使得其維修維護工作極大地依賴于自動測試設備(Automatic Testing Equipment，ATE)。本課題來源于實際工程項目， FPGA技術具備多種優(yōu)點，將其與民航測試設備結合研制一個用于檢測AMU故障的自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)將對AMU自動完成部件維修手冊(Comvonent Maintenance Manual，CMM)所規(guī)定的全部功能、性能方面的綜合測試。 本文首先概述音頻管理組件、自動測試系統(tǒng)及其在民航領域的應用，并闡述了課題的背景、研究目標和相關技術要求；文章對可編程邏輯器件CPLD/FPGA的結構原理、硬件描述語言VHDL的特點以及MAXL+plusⅡ軟件的設計流程進行了說明，重點闡述了基于FPGA的DDS信號發(fā)生器以及數(shù)據(jù)采集卡的設計實現(xiàn)、并著重闡述了ARINC429總線的傳輸規(guī)范，和基于FPGA的ARINC429總線接口的設計與實現(xiàn)。在ARINC429接口設計中采用自頂向下，多層次系統(tǒng)設計的方法，用VHDL語言進行描述。在發(fā)送器中利用了FPGA內(nèi)部的分布式RAM創(chuàng)建異步FIFO，節(jié)約了FPGA的內(nèi)部資源和提高了數(shù)據(jù)傳輸速度；在接收器中采用了提高抗干擾性的優(yōu)化設計。測試結果表明基于FPGA的設計實現(xiàn)ARINC429總線數(shù)據(jù)通信的要求，使用方便，可靠性好，能夠克服HS-3282芯片中的數(shù)據(jù)格式固定，使用不夠靈活方便，價格昂貴的缺點。
標簽： FPGA 飛機 音頻 測試系統(tǒng)
上傳時間： 2013-08-06
上傳用戶：gzming
遙測系統(tǒng)由發(fā)射機、發(fā)射天線、接收天線、接收機組成.就遙測發(fā)射系統(tǒng)而言,傳統(tǒng)的模擬調(diào)制已經(jīng)很成熟,模擬發(fā)射機是利用調(diào)制信號的變化來控制變?nèi)荻O管的結電容容值的變化,從而改變壓控振蕩器的震蕩頻率來實現(xiàn)調(diào)頻;模擬調(diào)制碼速率、調(diào)制頻偏都受變?nèi)荻O管特性的限制,模擬調(diào)制功能單一、調(diào)制方式不可重組、單個系統(tǒng)調(diào)制頻率不可改變,無法滿足頻率多變的需求;隨著高速器件和軟件無線電技術的發(fā)展,數(shù)字調(diào)制發(fā)射機具有調(diào)制中心頻率可調(diào)、頻偏可編程、調(diào)制方式可重組、調(diào)制碼速率高、可實現(xiàn)較高的頻響、可以與編碼器合并擴展功能很強等優(yōu)點,成為今后發(fā)射機的發(fā)展主流.本論文討論了如何利用現(xiàn)場可編程器件FPGA結合Max+plusⅡ及VHDL語言,在遙測系統(tǒng)中實現(xiàn)了DDS+PLL+SSB模式的數(shù)字調(diào)制發(fā)射機.數(shù)字發(fā)射機設計主要包括方案選擇、系統(tǒng)設計、硬件電路實現(xiàn)及VHDL設計四個部分.論文中首先分析了目前遙測系統(tǒng)中使用的模擬調(diào)制發(fā)射機的不足及數(shù)字調(diào)制發(fā)射機的優(yōu)點,確定了發(fā)射機的設計方案;第二章介紹了電子設計自動化工具及數(shù)字電路設計方法;第三章詳細討論了組成發(fā)射機的各個部分的原理設計;第四章著重討論了各個部分的硬件電路實現(xiàn)、VHDL實現(xiàn)部分及設計的測試結果;最后總結了設計中需要進一步研究的問題.
標簽： FPGA 數(shù)字調(diào)頻 發(fā)射機 技術研究
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：程嬰sky
本文首先介紹了直接數(shù)字頻率合成技術(DDS)的基本原理、體系結構及工作過程，然后針對其關鍵部分進行了優(yōu)化，即采用函數(shù)近似法對存儲表結構（LUT）進行了優(yōu)化，使存貯位數(shù)大大縮小，并提出了一種雜散抑制技術的運用，即相位抖動技術。在對直接數(shù)字頻率合成（DDS）方法產(chǎn)生的信號進行理論分析的過程中，用matlab進行編程仿真作出了詳細的頻譜分析驗證。本文詳細的介紹了本次設計的具體實現(xiàn)過程和方法，將現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA）和 DDS技術相結合，具體的體現(xiàn)了基于VHDL語言的靈活設計和修改方式是對傳統(tǒng)頻率合成實現(xiàn)方法的一次重要改進。文章最后給出了實現(xiàn)代碼、仿真結果，經(jīng)過驗證，本設計能夠達到其預期性能指標。
標簽： FPGA 數(shù)字頻率合成
上傳時間： 2013-04-24
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