傳統(tǒng)PLC使用時會出現(xiàn)一些問題，如程序死循環(huán)、程序跑飛、需要龐大的編譯系統(tǒng)作支持和不能實現(xiàn)精確位置控制等等；而發(fā)展到OPENPLC后，這些問題依然存在。為了更好地解決這些問題，本文提出一種全新的可編程控制器現(xiàn)場集成技術，用FPGA來實現(xiàn)PLC的功能，拋棄傳統(tǒng)PLC“程序”的概念，以“硬件線路”來實現(xiàn)控制功能，不論在經濟上還是在性能上都具有更大的優(yōu)勢。 本課題在對國內外可編程控制器，重點是HardPLC的開發(fā)和應用的進展進行概述和分析的基礎上，系統(tǒng)開展了HardPLC組成模塊原理及其仿真模擬的研究。本研究的主要貢獻為： 1.對比分析了CPLD和FPGA的性能特點，闡明了Xilinx公司FPGA芯片結構的兩個創(chuàng)新概念，指出了其優(yōu)越性能的結構基礎； 2.系統(tǒng)分析了用HardPLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)時的一些通用模塊，對每個模塊的工作原理進行了深入的探討，用VHDL語言建立了每個模塊的模型，在此基礎上進行了仿真、綜合，為進一步研究可編程控制器的現(xiàn)場集成奠定了基礎； 3.在仿真綜合的基礎上，用所建立的模型完成了特定邏輯控制系統(tǒng)的控制要求，充分展示了其實際應用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基礎上，確定了應用于實際的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本課題研究建立的模型對于開發(fā)具有我國自主知識產權的HardPLC組成IP庫具有一定的理論意義；對特定系統(tǒng)的控制實現(xiàn)，充分展示了基于FPGA的可編程控制器現(xiàn)場集成技術可以廣泛應用于工控領域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應用場合可以取代傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，為工控領域提供高可靠、低價格、簡單易操作的解決方案，這將帶來巨大的社會經濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應用于對FPGA芯片配置數(shù)據(jù)的加載，在實踐生產中具有重要的實用價值。
上傳時間： 2013-05-30
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該論文首先對脈沖及其參數(shù)進行了分析,然后介紹了雷達脈沖參數(shù)測量的原理,并針對現(xiàn)代復雜電磁環(huán)境的特點,對脈沖參數(shù)測量的方案進行了設計.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20萬門FPGA芯片實現(xiàn)了對高密度視頻脈沖流的脈沖到達時間(TOA)、脈沖寬度(PW)和脈沖幅度(PA)等參數(shù)的實時高精度測量,并對測量誤差進行了分析,同時給出了功能仿真的波形.該測量方法是基于FPGA的硬件實現(xiàn)方法,其系統(tǒng)結構簡單,測量速度快、精度高,滿足對脈沖參數(shù)測量高精度、實時性的要求.
上傳時間： 2013-07-05
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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)的模擬調制已經很成熟,模擬發(fā)射機是利用調制信號的變化來控制變容二極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)調頻;模擬調制碼速率、調制頻偏都受變容二極管特性的限制,模擬調制功能單一、調制方式不可重組、單個系統(tǒng)調制頻率不可改變,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)字調制發(fā)射機具有調制中心頻率可調、頻偏可編程、調制方式可重組、調制碼速率高、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)中使用的模擬調制發(fā)射機的不足及數(shù)字調制發(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)字調頻 發(fā)射機 技術研究
上傳時間： 2013-04-24
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如今電力電子電路的控制旨在實現(xiàn)高頻開關的計算機控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數(shù)字化的方向發(fā)展。現(xiàn)場可編程門陣列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡潔、經濟、高速度、低功耗等優(yōu)勢，又具有全集成化、適用性強，便于開發(fā)和維護(升級)等顯著優(yōu)點。與單片機和DSP相比，F(xiàn)PGA的頻率更高、速度更快，這些特點順應了電力電子電路的日趨高頻化和復雜化發(fā)展的需要。因此，在越來越多的領域中FPGA得到了日益廣泛的發(fā)展和應用。 本文提出了一種采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件實現(xiàn)數(shù)字化通用PWM控制器的方案。該控制器能產生多路PWM脈沖，具有開關頻率可調、各路脈沖間的相位可調、接口簡單、響應速度快、易修改、可現(xiàn)場編程等特點，可應用于PWM的全數(shù)字化控制。文中對方案的實現(xiàn)進行了比較詳細的論述，包括A/D采樣控制、PI算法的實現(xiàn)、PWM波形的產生、各模塊的工作原理等。 本文還提出一種新型ZCT-PWMBoost變換器，詳細的分析了該變換器的工作過程，并采用基于FPGA的數(shù)字化通用PWM控制器對這種軟開關Boost變換器進行控制，給出了比較完滿的實驗結果。實驗結果驗證了該控制器以及該ZCTBoost變換器的可行性和有效性，
上傳時間： 2013-07-10
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本文結合工程需要詳細論述了一種數(shù)字相位計的實現(xiàn)方法，該方法是基于FPGA(現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)數(shù)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(shù)據(jù)存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數(shù)據(jù)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(tǒng)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(xiàn)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(shù)據(jù)僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-05-16
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隨著計算機和集成電路技術的不斷發(fā)展,基于EDA技術的芯片設計正在成為電子系統(tǒng)設計的主流.現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)作為一種可編程專用集成電路(ASIC)已經廣泛應用于計算機、通信、航空航天等各個領域.一般來講,FPGA多用于高速通信和高速信號處理領域,以發(fā)揮其處理速度快的特點,本文將其應用于一低速低功耗系統(tǒng)——某水下遠程遙控接收系統(tǒng),主要用其在頻域來實現(xiàn)水下遠程遙控的解碼,取得了令人滿意的效果.該文主要做了以下幾方面的工作.首先,深入研究和分析了在頻域實現(xiàn)水下遠程遙控解碼的原理并進行了遙控指令編碼設計;其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下遠程遙控FPGA解碼芯片的設計工作,包括硬件描述語言(VHDL)編碼、電路前后仿真、綜合和布局布線工作,并對設計的FPGA解碼芯片進行了初步的功耗估算:最后設計制作了一塊FPGA解碼芯片電路驗證測試板,并完成了電路調試和測試.實驗測試結果表明,用FPGA實現(xiàn)水下遠程遙控解碼電路的方案是可行的,可以有效地縮小系統(tǒng)體積、提高系統(tǒng)可靠性,在保證系統(tǒng)性能情況下做到更低的功耗,還可以實現(xiàn)在系統(tǒng)配置和編程,使得系統(tǒng)的調試、升級和維護更加靈活方便.
上傳時間： 2013-06-03
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隨著無線通信的應用日益廣泛，無線通信系統(tǒng)的種類也越來越繁雜，但是由于不同通信系統(tǒng)的工作頻段、調制方式、通信協(xié)議等原理結構上存在差異而極大限制了不同系統(tǒng)之間的互通。軟件無線電擺脫了硬件體系結構的束縛，成為解決不同通信體制之間互操作問題和開展多種通信業(yè)務的最佳途徑，具有巨大的商業(yè)和軍事價值，被喻為無線電通信領域一次新的技術革命。 本文首先回顧了軟件無線電的提出和發(fā)展現(xiàn)狀，然后論述了軟件無線電的基本理論和數(shù)學模型。在此理論和模型的基礎上，設計了軟件無線電接收機的硬件平臺。該平臺包括射頻部分、中頻處理部分和基帶處理部分。射頻部分由天線和無線接收機組成；中頻部分先將接收機輸出的模擬信號數(shù)字化，然后再通過FPGA實現(xiàn)下變頻；基帶部分主要由DSP和嵌入式系統(tǒng)組成，完成解調、同步等處理并可以進行一些其他的應用。其中的嵌入式系統(tǒng)的主處理器是基于ARM7-TDMI內核的LPC2200芯片，為了實現(xiàn)開發(fā)的方便在此芯片上移植了uC/OS-Ⅱ嵌入式時實內核。 軟件無線電接收機是一個很龐大的體系，其中的數(shù)字下變頻器DDC是一個非常關鍵的組成部分，在這部分中可方便的對接收頻段、濾波器特性等進行編程控制，極大的提高了通信設備的性能和靈活性，因此本文的重點在于數(shù)字下變頻器的設計與實現(xiàn)。實現(xiàn)下變頻的方法有很多種，由于FPGA在速度和靈活性上的優(yōu)勢，其應用也越來越廣泛，因此主要采用了居于領導地位的XILINX公司的SPATAN-Ⅱ芯片來實現(xiàn)數(shù)字下變頻的功能。
上傳時間： 2013-04-24
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激光測距是激光技術在軍事上最早和最成熟的應用，自1961．年美國休斯飛機公司研制成功世界上第一臺激光測距機之后，激光測距技術發(fā)展迅速。如今，它已經被廣泛運用于軍用領域和民用領域。為了進一步提高我國激光測距水平，研制更高性能激光測距機依然是我國國防科技研究中的重要課題之一。其中，測距精度是激光測距機的一個重要參數(shù)。而激光測距機能否準確的檢測激光回波信號將直接影響測距精度。 脈沖激光測距系統(tǒng)主要包括激光發(fā)射子系統(tǒng)、激光回波探測子系統(tǒng)、回波檢測與主控子系統(tǒng)、終端顯示子系統(tǒng)等組成。其中設計高精度激光回波檢測與主控子系統(tǒng)是實現(xiàn)高精度激光測距的核心問題。傳統(tǒng)激光回波檢測與主控子系統(tǒng)通常采用分立元件和小規(guī)模集成電路設計，電路復雜且精度較低。隨著數(shù)字電路設計技術的發(fā)展，已出現(xiàn)大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)。采用FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分立元件和小規(guī)模集成電路來設計激光回波檢測與主控子系統(tǒng)，不僅提高了回波檢測精度，同時簡化了整個測距系統(tǒng)的設計。 本文研究了將激光回波信號直接送入FPGA進行檢測的方案。同時，采用這種方案設計了一種激光回波檢測系統(tǒng)，并把它成功運用在一引信項目中。這種方案電路設計簡單，易于實現(xiàn)。在實際應用中，由于激光回波探測子系統(tǒng)只是完成由光信號到電信號的轉換及簡單放大，理論分析和試驗結果均表明，采用該方案進行回波檢測的精度較低，這種回波檢測方法也只能應用在測距精度要求低的項目中。 為了滿足另一高精度測距項目的需要，在FPGA直接進行激光回波檢測方案的基礎上，設計了一種高精度激光回波檢測系統(tǒng)。文中介紹了其實現(xiàn)原理，理論上分析了該系統(tǒng)所能達到的回波檢測精度及整機測距系統(tǒng)的測距精度。與第一種方案相比，該方案引入了超高速數(shù)據(jù)采集電路。由于采樣速率高達lGsps，該方案實現(xiàn)的難點在于如何保證數(shù)據(jù)采集電路的穩(wěn)定工作。文中從總體方案的設計，到器件的選型，硬件電路板的實現(xiàn)等方面做了詳細的闡述，最終完成了系統(tǒng)硬件電路設計。接著介紹了系統(tǒng)程序設計。后面給出了試驗測試結果，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性能良好。系統(tǒng)設計中引入的超高速數(shù)據(jù)采集電路有著廣泛的應用，為其他相關設計提供了參考。最后，對全文做了工作總結，并給出了接下來的后續(xù)工作與展望。 本文在高速FPGA對激光回波信號檢測方向取得了一定的成果，為進一步研究提供了參考價值。
上傳時間： 2013-06-13
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本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規(guī)模的可編程邏輯器件實現(xiàn)CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合器件）數(shù)字圖像的實時采集及預處理。基于對實時圖像處理系統(tǒng)的研究與設計，本文主要研究工作及成果如下： 1.本論文詳細的介紹了圖像采集卡的結構和基本工作原理。同時，針對高分辨率的CCD攝像機，探討了有關點目標與CCD像元一一對應的圖像采集及其硬件和軟件設計方法。 2.本文分析了星圖中弱小目標、噪聲以及背景的特點，給出了點目標的場景圖像的數(shù)學模型及復雜背景下點目標檢測的預處理方法。針對星圖灰度分布的特點，采用高斯低通濾波算法和高通濾波算法對星圖進行預處理，同時還對圖像掃描聚類算法進行了研究與分析。 3.數(shù)字信號處理器常常因為在復雜性、運算速度等方面的限制，難以實時的實現(xiàn)復雜的檢測算法。本文采用FPGA技術，實現(xiàn)了復雜背景下弱點目標的預處理算法，解決了計算、數(shù)據(jù)緩沖和存儲操作協(xié)調一致的問題，同時采用并行高密度加法器和流水線的工作方式，使整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和處理速度得以很大的提高，合理的解決了資源和速度之間的相互制約問題，并在實際中取得滿意的結果。
上傳時間： 2013-07-03
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數(shù)字濾波作為數(shù)字信號處理技術的重要組成部分，廣泛應用于諸如信號分離、恢復、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴格的線性相位特性而得到廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實現(xiàn)方法則難以同時達到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據(jù)需要而自行構造邏輯功能的數(shù)字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現(xiàn)電子系統(tǒng)的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據(jù)，研究適應工程實際的數(shù)字濾波器的設計方法： (2)對分布式算法進行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎上，分析了利用FPGA特有的查找表結構完成這一運算的方法，從而解決了常系數(shù)乘法運算硬件實現(xiàn)的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數(shù)字濾波器的具體實現(xiàn)方法，采用層次化、模塊化、參數(shù)化的設計思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設計； (4)設計參數(shù)可調的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉換電路、D/A轉換電路以及在系統(tǒng)配置電路等。以話音作為輸入信號，進行了實際濾波效果的測試。 實驗系統(tǒng)的測試結果表明，和傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器相比較具有更好的實時性、準確性、靈活性和實用性。
標簽： FPGA 沖激響應 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-07-19
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