如今電力電子電路的控制旨在實現高頻開關的計算機控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數字化的方向發(fā)展。現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，FPGA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場可編程門陣列(FPGA)器件實現數字化通用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、可現場編程等特點，可應用于PWM的全數字化控制。文中對方案的實現進行了比較詳細的論述，包括A/D采樣控制、PI算法的實現、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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隨著數字信號處理技術應用的不斷深入，數字信號處理系統(tǒng)的實現面臨著很多挑戰(zhàn)，其中面臨的四個主要問題是：速度、設計規(guī)模、功耗和開發(fā)周期。因此許多數字信號處理的實現方法被提出，其中基于FPGA的實現技術就是其中的重要技術之一。 本文以數字信號處理系統(tǒng)的實現為應用背景，著重研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。本文分為兩個主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA為例，總結了FPGA設計的基本方法及設計流程，并在此基礎上介紹了一種用于產品快速開發(fā)的設計方式—基于SystemGenerator的設計方式，這種設計方式向數字信號處理系統(tǒng)的設計者提供了自上而下的FPGA解決方案。 第二部分系統(tǒng)地研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。該部分首先研究了三種適合于FPGA的FIR濾波器實現方法，直接結構、轉置結構及分布式算法。其次，討論了針對直接結構FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術，CSD編碼和系數分解，以及針對轉置結構FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術，簡化加法器圖，并結合實例給出了它們的優(yōu)化效果。再次，介紹了直接結構FIR濾波器中常用多操作數加法實現方法，二叉樹和Wallace樹，并在Wallace樹的基礎上提出了一種適合于FPGA的1比特多操作數加法結構，這種實現結構在實現采樣字長與系數字長均為l比特的FIR濾波器時，使FPGA的資源利用率得到明顯提高。最后還給出了三種FIR濾波器實現方法在FPGA中應用的優(yōu)缺點及其適用性，并給出了一個帶通濾波器的設計實例。 論文的研究成果已應用于“北斗一號”導航定位接收機中。
上傳時間： 2013-08-01
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激光測距技術被廣泛應用于現代工業(yè)測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領域。本文從已獲得廣泛應用的脈沖激光測距技術入手，重點分析了近年提出的自觸發(fā)脈沖激光測距技術(STPLR)特別是其中的雙自觸發(fā)脈沖激光測距技術(BSTPLR)，通過分析發(fā)現其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數器或專用集成電路(ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發(fā)、系統(tǒng)的改造升級和自主知識產權保護等諸多方面受到制約，同時在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現場可編程門陣列(FPGA)來實現脈沖激光測距中的高精度高速計數及其他相關功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對雙自觸發(fā)脈沖激光測距的主要技術要求和技術指標進行分析，對其中的信號處理單元采用了FPGA+單片機的設計形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個測距系統(tǒng)中是信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內部時鐘頻率，設計了專用于BSTPLR的高速高精度計數芯片，負責對測距信號產生電路中的時刻鑒別電路輸出信號進行計數。數據處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現。系統(tǒng)可以通過鍵盤預置門控信號的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結果采用7位LED數碼管顯示。本設計在近距離(大尺寸)范圍內實驗測試時基本滿足設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電是二十世紀九十年代提出的一種實現無線通信的體系結構，被認為是繼模擬通信、數字通信之后的第三代無線電通信技術。它的中心思想是：構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，并使寬帶模數和數模轉換器盡可能靠近天線，從而將各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結構形式，綜述了軟件無線電的幾項關鍵技術及其最新研究進展。其中調制解調模塊是軟件無線電系統(tǒng)中的重要部分，集中體現了軟件無線電最顯著的優(yōu)點——靈活性。目前這一部分的技術實現手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發(fā)展，可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構能力，成為實現軟件無線電技術的重要手段。 本論文調制解調系統(tǒng)的設計，選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對象，采用SystemView軟件作為系統(tǒng)級開發(fā)工具進行集成化設計。在實現系統(tǒng)仿真和FPGA整體規(guī)劃后，著重分析用VHDL實現其中關鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調制解調方式轉換的方法。同時，在設計中成功地調用了Xilinx公司的IP核，實現了設計復用。由于FPGA內部邏輯可以根據需要進行重構，因而硬件的調試和升級變得很容易，而內嵌CPU使信號處理過程可以用軟件進行控制，充分體現了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究，初步驗證了在FPGA內實現數字調制解調過程及控制的技術可行性和應用的靈活性，并對將來的擴展問題進行了研究和討論，為實現完整的軟件無線電系統(tǒng)奠定了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以某型號接收機的應用為背景，主要論述了如何實現基于FPGA的參數化的Viterbi譯碼器的知識產權(IP)核。文中詳細論述了譯碼器的內部結構、VerilogHDL(硬件描述語言)實現、仿真測試等。這些可變的參數包括：碼型、ACS(加比選)單元的數目、軟判決比特數、回溯深度等。用戶可以根據自己的需要設置不同的參數由開發(fā)工具生成不同的譯碼器用于不同的系統(tǒng)。 本文的創(chuàng)新之處在于,針對FPGA的內部結構提出了一種新的累加度量RAM的組織形式，大大節(jié)省了嵌入式RAM塊；提出了一種新的累加度量值的歸一化辦法；此外還給出了用Matlab建模得到軟判決信息輔助仿真工具進行電路仿真的方法，大大提高了仿真的速度。 所設計的(2，1，7)連續(xù)型5比特軟判決譯碼器已經應用于某型號接收機，經受了實際應用的考驗產生了巨大的經濟效益。
上傳時間： 2013-04-24
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小波變換是一種新興的理論，是數學發(fā)展史上的重要成果。它無論對數學還是對工程應用都產生了深遠的影響。最新的靜態(tài)圖像壓縮標準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。 本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎，對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個新的LS97小波。該小波系數簡單、易于硬件實現，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設計了二維離散小波變換的硬件結構。設計過程中對標準二維小波變換做了優(yōu)化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優(yōu)化設計。對于邊界數據的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術，不需要額外的緩存，節(jié)約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統(tǒng)一起來，只要一個控制信號就可實現兩者之間的轉換。本文所提出的結構采用基于行的變換方式，只需要六行中間數據即可完成全部行數據的小波變換。采用流水線技術提高了整個設計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現結構。 在完成硬件結構設計的基礎上，使用Verilog硬件描述語言對整個設計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設計，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發(fā)軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現，結果表明，本設計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實時性要求。
上傳時間： 2013-07-25
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本課題是江蘇省“十一五”工業(yè)攻關項目“總線化智能多參數高精度檢測及控制儀表開發(fā)與產業(yè)化(BE2006090)”。本項目要求多環(huán)境參數測控、多總線接口，選擇具有豐富接口的高速處理器作為本項目的核心。為滿足多參數測控精度和多網絡接口通訊可靠性，嵌入式設計是應用系統(tǒng)的理想選擇。本文所研究的多參數測控裝置是以三星公司生產的32位ARM微處理器S3C2410為核心的嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實時地獲取水環(huán)境參數，為水環(huán)境和多總線接口提供基本的數據和控制信息。 本文詳細地介紹了MODBUS和CAN-BUS總線協(xié)議和通訊原理，闡述了水產養(yǎng)殖幾個重要環(huán)境參數一溶解氧、溫度、PH值的檢測算法原理、以及傳感器調理電路和溫度、溶解氧的控制策略，進行了測控系統(tǒng)的硬件架構和各個模塊的原理設計，實現了操作系統(tǒng)的移植，編寫了驅動程序。在基于QT/E環(huán)境下實現了系統(tǒng)的測控和總線通訊部分上層軟件設計。提出并實施了系統(tǒng)測試方案，成功地完成了測控系統(tǒng)的硬件、軟件測試、以及通信功能測試和現場在線測試。 本論文的研究開發(fā)工作是在實踐的基礎上完成的，實驗結果證明該系統(tǒng)充分利用了S3C2410芯片提供的資源，具有高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點，在各個方面的性能比傳統(tǒng)的水環(huán)境參數測控系統(tǒng)有很大提高，通過測試實現了預期的各種功能，完全達到預期要求。
上傳時間： 2013-06-28
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嵌入式系統(tǒng)是一種將底層硬件、實時操作系統(tǒng)和應用軟件相結合的專用計算機系統(tǒng)，在經濟社會和人們的日常生活中得到了越來越廣泛的應用。嵌入式系統(tǒng)的研究與開發(fā)已成為現代電子領域的重要研究方向之一。嵌入式實時操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)應用軟件開發(fā)的支撐平臺，網絡化是主要趨勢之一。 μC/OS-Ⅱ作為一種新興的嵌入式實時操作系統(tǒng)，以其免費公開源碼、面向中小型應用、可搶占、多任務以及較好的移植性等突出特點，在各類嵌入式設備中得到廣泛應用。然而，μC/OS-Ⅱ內核中不支持TCP/IP協(xié)議棧，因而無法適應嵌入式設備網絡化的需要。本文的主要目標是：在計算資源嚴重受限的條件下，研究使嵌入式系統(tǒng)支持TCP/IP協(xié)議的策略及其實現方法。 本課題以實驗室現有的Samsung S3C44BOX芯片為核心的ARM開發(fā)板作為硬件平臺，分析了ARM7TDM[內核的特點及S3C44BOX的結構。在詳細分析實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ及其內核原理的基礎上對其進行適當的改進并成功移植到ARM硬件平臺上。針對μC/OS-Ⅱ內核不支持TCP/IP協(xié)議棧的問題，引進了嵌入式TCP/IP協(xié)議uIP，將其應用到μC/OS-Ⅱ上，成為μC/OS-Ⅱ的網絡服務模塊，實現了對μC/OS-Ⅱ的網絡功能的擴充，并在uIP基礎上編寫了相關的網絡驅動程序。最后，本課題設計了基于HTTP協(xié)議的嵌入式Web服務器和基于TFTP協(xié)議的遠程文件傳輸，從而使網絡遠程監(jiān)控測量和在線程序的更新下載成為現實。 本課題經過數月的軟硬件的設計和調試，已實現了最初的設計目標。測試結果表明：移植到ARM處理器上的μC/OS-Ⅱ內核可以成功實現對任務的調度；對μC/OS-Ⅱ內核擴充的TCP/IP協(xié)議——uIP可正常運行：嵌入式Web服務器和遠、程文件傳輸在實驗室局域網中的穩(wěn)定運行，更加證明了本課題的成功性。
上傳時間： 2013-05-17
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LDPC(低密度奇偶校驗碼)編碼是提高通信質量和數據傳輸速率的關鍵技術。LDPC碼應用于實際通信系統(tǒng)是本課題的研究重點。實際通信要求在LDPC碼長盡量短、碼率盡量高及硬件可實現的前提下，結合連續(xù)相位MSK調制，滿足歸一化信噪比SNR=2dB時，系統(tǒng)誤碼率低于10-4。根據課題背景，本文主要研究基于FPGA的LDPC編碼器設計與實現。 LDPC碼的編碼復雜度往往與其幀長的平方成正比，編碼復雜度大，成為編碼硬件實現的一個障礙；論文針對實際系統(tǒng)的預期指標，通過對多種矩陣構造算法的預選方案及影響LDPC碼性能參數仿真分析，基于1/2碼率，1024和2048兩種幀長，設計了三種編碼器的備選方案，分別為直接下三角編碼器，串行準循環(huán)編碼器和二階準循環(huán)編碼器。 對于每種編碼器，分別設計了其整體結構，并對每種編碼器的功能模塊進行深入研究，設計完成后利用第3方軟件MODELSIM對編碼器進行了時序仿真；根據時序仿真結果和綜合報告對三種編碼方案進行比較，最終選擇串行準循環(huán)編碼器作為硬件實現的編碼方案。 最后，在FPGA中硬件實現了串行準循環(huán)編碼器并對其進行測試，利用MATLAB仿真程序和串口通信工具最終驗證了這種編碼器的正確性和硬件可實現性。
上傳時間： 2013-08-02
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LDPC碼以其接近Shannon極限的優(yōu)異性能在編碼界引起了轟動，成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入和技術的發(fā)展，目前，LDPC碼已經被多個通信系統(tǒng)定為信道編碼方案，并被應用到第二代數字視頻廣播衛(wèi)星(DVB—S2)通信系統(tǒng)中。由于LDPC碼譯碼過程中所涉及的數據量龐大，譯碼時序控制復雜，如何實現LDPC碼譯碼器成為了人們研究的重點。 論文以基于FPGA實現LDPC碼譯碼器為研究目標，主要對譯碼算法選擇、譯碼數據量化、定點數據表示方式、譯碼算法關鍵運算單元的FPGA設計和譯碼的時序控制進行了深入研究。首先分析了LDPC碼的基本譯碼原理和常用譯碼算法。然后重點分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和歸一化最小和算法，并對四種譯碼算法的糾錯性能和譯碼復雜度進行比較論證，選出適合硬件實現的譯碼方案。結合通信系統(tǒng)，對譯碼算法進行仿真分析，確定了譯碼算法的各個參數值和譯碼量化方案。 在系統(tǒng)仿真分析論證的基礎之上，以歸一化最小和譯碼算法為理論方案，利用硬件描述語言編寫譯碼功能模塊，并基于FPGA實現了固定譯碼長度的LDPC碼譯碼器，利用MATLAB和Modelsim分別對譯碼器進行了功能驗證和時序驗證，最后模擬通信系統(tǒng)完成了譯碼器的硬件測試。
上傳時間： 2013-04-24
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