隨著微電子技術和電力電子技術的飛速發展，運動控制系統正朝著通用化、智能化、微型化的方向發展。目前，以數字信號處理器（DSP）和現場可編程門陣列（FPGA）為核心的運動控制卡已成為運動控制器的發展主流。它可方便地以插卡形式嵌入PC機，將PC機強大的信息處理能力和開放式特點與運動控制卡的運動控制能力相結合，具有信息處理能力強、開放程度高、運動控制方便、通用性好的特點。因此，本文通過對運動控制技術的深入研究，開發了一款以DSP和FPGA為主控單元、基于PCI總線的運動控制卡。 首先，設計了運動控制卡硬件電路，對控制卡的DSP和FPGA外圍電路、PCI總線接口電路、模擬量輸出電路、編碼器信號采集電路、通用I/O接口電路等實現方法進行了詳細討論。 為提高控制卡的硬件集成度和可靠性，通過對FPGA的編程設計，在FPGA中實現了PCI總線目標設備接口控制器、雙端口RAM、DDA精插補電路、DAC接口電路、編碼器信號處理電路和數字I/O信號處理電路。 基于改進的數字PID控制器和前饋控制，設計開發了運動控制卡的位置閉環伺服控制器，并整定了控制器參數，獲得良好的伺服控制特性。 最后，采用WinDriver開發了控制卡的驅動程序，并詳細介紹了驅動程序的開發流程。
上傳時間： 2013-08-01
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隨著技術的飛速發展,電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大,數量日益增多,使得電網中的諧波污染日益嚴重,給電力系統和各類用電設備帶來危害,輕則增加能耗,縮短設備使用壽命,重則造成用電事故,影響安全生產.電力系統中的諧波問題早在20世紀20年代就引起了人們的注意.近年來,產生諧波的設備類型及數量均已劇增,并將繼續增長,諧波造成的危害也日趨嚴重.該論文分析比較了傳統測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性.分析了基于FFT的諧波測量方法,綜述了可編程元器件的發展過程、主要工藝發展及目前的應用情況,并介紹了一種主流硬件描述語言Verilog HDL的語法及其具體應用.分析了高速數字信號系統的信號完整性問題,提出了使用FPGA實現的整合處理器解決高速數字系統信號完整性問題的方法,并比較分析了各種主流的整合處理器解決方案的優缺點.分析了使用實時操作系統進行復雜嵌入式系統軟件開發的優缺點,并在該系統軟件開發中成功移植應用了實時操作系統UCOSII,改造了該操作系統中內存管理方式.研究了使用FPGA實現FFT算法的優缺點,對比分析了主要硬件實現架構的性能和優缺點,提出了一種基于浮點數的FFT算法FPGA實現架構,詳細設計了基于浮點數的硬件乘法器和加法器.該設計架構運行穩定,計算速度快捷.并通過實際仿真驗證了該設計的正確性和優越性.最終通過以上工作設計實現了一種新型的基于FPGA的諧波測量儀,該儀器的變送單元和采樣單元通過實際型式試驗檢驗,符合設計要求.該儀器的FPGA單元通過系統仿真,符合設計要求.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-07-28
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隨著信息技術的發展，系統級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優勢正廣泛地應用于嵌入式系統中。通過對8位增強型CPU內核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現，對SoC設計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數據通路的設計規劃。利用有限狀態機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規劃。采用邊沿觸發使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執行效率提高。使用硬件描述語言實現了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發環境完成了各個模塊的編程、調試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現有單片機進行升級和擴展。 本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執行效率指標上均優于傳統的MCS-51內核。本設計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結合開發出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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近些年來，FPGA已經成為現代電子、半導體行業的最重要組成部分之一，針對FPGA的綜合技術的研究是電子設計自動化技術的重要研究方向。邏輯綜合是FPGA綜合的重要步驟，它包括邏輯優化和工藝映射。本文主要研究了針對一種新型ALM(Adaptive Logic Model)結構FPGA的工藝映射算法。 論文首先對已有FPGA邏輯綜合技術進行了全面的總結，從邏輯優化和工藝映射兩個方面分析了傳統算法對ALM結構FPGA的適應性，通過分析我們得出結論，傳統的邏輯優化算法仍然能夠適用于ALM結構FPGA的邏輯綜合，而工藝映射算法則需要進行改進。 在以上分析的基礎上，根據ALM結構的特點，論文提出了一種以面積優化為主，同時考慮延遲的針對ALM結構FPGA的工藝映射算法——ALMmap。該算法包括幾個子算法，遞減迭代裝箱算法能夠很好的適應ALM結構的靈活性；通過ALM裝箱算法并加入共享輸入處理，將多個LUT裝入一個ALM結構中；再匯聚路徑的處理有助于提高效率和減少面積；算法在已有的多級分解算法基礎上考慮了延遲因素，在不降低面積優化效果的同時降低了延遲；通過全局優化從全局范圍對面積進行了進一步的優化。 最后，我們對ALMmap算法與傳統算法進行了測試與比較，通過實驗數據表明，ALMmap能夠很好的發揮ALM結構的靈活性，考慮延遲的多級分解算法能夠很好的降低延遲，與傳統基于K-LUT的工藝映射算法相比，具有更好的面積與延遲綜合性能。
上傳時間： 2013-06-24
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現代IC設計中，隨著設計規模的擴大和復雜度的增長，驗證成為最嚴峻的挑戰之一。在現代ASIC設計中，很難用單一的驗證方法來對復雜芯片進行有效的驗證，為了將設計錯誤減少到可接受的最小量，需要將一系列的驗證方法和工具結合起來。 在64位全定制嵌入式CPU設計過程中，使用了多種驗證技術和方法，并將FPGA驗證作為ASIC驗證的重要補充，加強了設計正確的可靠性。 論文首先介紹了64位CPU的結構，結合選用的Xilinx的Virtex
上傳時間： 2013-04-24
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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定度高等優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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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、高速度等優點。 本文首先介紹了開發硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發語言Veridlog，并介紹了FPGA的設計方法及開發流程；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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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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本論文設計了一種基于FPGA的高速FIR數字濾波器,濾波器實現低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數據為8位二進制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數字濾波器的基本原理和線性FIR數字濾波器的性質、結構,根據濾波器的性能要求選擇窗函數、確定系數,在算法上為了滿足數字濾波器的要求,對系數放大512倍并取整,并用Matlab對數字濾波器原理進行了證明。同時簡述了EDA技術和FPGA設計流程。 其次,論文說明了FIR數字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環境下進行了功能測試。對于數字濾波器系數中的-1,-2,4這些簡單的系數乘法直接進行移位和取反,可以極大的節省資源和優化設計。而對普通系數乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現了乘積的運算；另外,在本設計進行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據設計時已對系數進行了放大,而輸出時又要將結果相應的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進行了FIR數字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進行了比較,并對所產生的誤差進行了分析。仿真結果表明：本16階FIR數字濾波器設計能夠實現截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達150MHz以上。
上傳時間： 2013-07-15
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