汽車工業在國民經濟增長中發揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業已經得到了飛速的發展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設計制造一直無法實現國產化，嚴重制約了汽車工業的發展。針對這個現狀，本課題對于ECU的設計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術的ECU系統設計，并利用dSPACE實時仿真發動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統都是基于專用單片機的。本文首先對現有的汽車發動機控制器結構進行了分析比較，總結出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術方案。 之后，進行了汽車發動機模型搭建和控制算法的設計。發動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎，參考mathworks公司的發動機建模方案進行設計。并在該模型基礎上，參考Fekete提出的針對多缸發動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統設計總體方案，完成了ECU硬件電路設計，并在該系統中完成了上述算法的移植和優化。最后，利用dSPACE實時仿真發動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設計的ECU系統進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發動機模型和系統軟硬件設計，使得系統結構和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術的ECU設計具有一定創新性，對于其他ECU系統的開發和設計具有一定指導意義。
上傳時間： 2013-07-11
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隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，視頻圖像處理技術近年來得到極大的重視和長足的發展，其應用范圍主要包括數字廣播、消費類電子、視頻監控、醫學成像及文檔影像處理等領域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數據量很大時，處理速度慢，執行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統的構成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統總體框圖；其次選擇視頻轉換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設計，主要分三步完成：1)配置視頻轉換芯片的工作模式，完成視頻轉化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數據流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數據的開始和結束信號三種控制信號，并根據控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現圖像數據的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數據的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環境進行程序測試與運行，并分析仿真結果，驗證了數據采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構建方式，搭建視頻算法平臺，實現圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創新點是采用新的開發環境System Generator for DSP實現視頻圖像算法。這種開發視頻圖像算法的方式靈活性強、設計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發展的必然趨勢。
上傳時間： 2013-07-28
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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點，成為生產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，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學建模方法及電機控制策略問題。在對感應電機的數學模型進行了數學推導的基礎上，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仿真建模的新方法。對常用的數字脈寬調制方法進行了數學推導及仿真研究，并將模糊控制理論應用于感應電機的變頻調速系統中，改善了傳統PI控制器超調較大、響應較慢、魯棒性差的缺點。仿真結果驗證模糊PI控制方案的優越性。 在感應電機建模仿真的基礎上，根據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開發板上完成硬件驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數的Mobius反演公式解決了一系列重要的物理學中的逆問題，開創了應用、推廣數論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年當時就得到了世界著名的《NATURE》雜志的高度評價。 華僑大學蘇武潯教授等則把Mobius變換的方法應用于幾種常用波形(包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等)的傅立葉級數的逆變換運算，得到正、余弦函數及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數族相正交的函數族，以用于各展開系數的計算與信息的解調；而后把它們應用到通信系統中，提出了一種新的通信系統，即新型Chen-Mobius通信系統。 本文主要完成了兩個方面的工作,Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件設計實現和基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信系統的實現。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder軟件對Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系統進行仿真分析，對該系統在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler將Chen-Mobius多路通信系統的主體模塊(函數及積分器的產生等)轉化成HDL硬件語言，后在QuartusⅡ軟件平臺上，結合利用VHDL編程的硬件程序模塊(分頻、延時、控制模塊等)構架完整的Chen-Mobius通信系統，并對此系統設計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，實現硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius多路通信系統的FPGA硬件實現。 另外，利用Chen-Mobius單路通信系統的調制、解調系統分別對語音信號進行加密與解密，在兩塊DE2的FPGA開發板上成功實現了基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信。完成本設計意義重大，它為今后Chen-Mobius通信系統應用于通信領域的各個方面，邁開堅實的一步。
標簽： ChenMobius FPGA 通信系統 硬件實現
上傳時間： 2013-07-24
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近幾年來，OFDM技術引起了人們的廣泛注意，根據這項新技術，很多相關協議被提出來。其中WiMax代表空中接口滿足IEEE802.16標準的寬帶無線通信系統，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協議。該協議規定數據傳輸采用突發模式，調制方式采用OFDM技術，傳輸速率較高且實現方便、成本低廉，已經成為首先推廣應用的商業化標準。本文對IEEE802.16d OFDM系統物理層進行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現了基帶算法。 ⑴探討了OFDM基本原理及其關鍵技術。根據IEEE802.16d OFDM系統的物理層發送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統在有無循環前綴(CP)、多徑數目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結合計算量的大小提出了一種新的聯合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統的結論。 ⑵完成了基帶發射機和接收機的FPGA硬件電路實現。為了使系統的時鐘頻率更高，采用了流水線的結構。設計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結合的辦法，實現了新的聯合同步算法，并且通過簡化結構，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設計、綜合和仿真，并將仿真結果和MATLAB軟件計算結果相對比。結果表明，采用16位數據總線可達到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式對基帶系統進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統確實可行。
上傳時間： 2013-04-24
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PCI（Peripheral Component Interconnect）局部總線是微型計算機中處理器、存儲器與外圍控制部件、擴展卡之間的互連接口，由于其速度快、可靠性高、成本低、兼容性好等特點，在各種計算機總線標準占有重要地位，基于PCI標準的接口設計已經成為相關項目開發中的一個重要的選擇。 目前，現場可編程門陣列FPGA（Field Programmable Gates）得到了廣泛應用。由于其具有規模大，開發過程投資小，可反復編程，且支持軟硬件協同設計等特點，因此已逐步成為復雜數字硬件電路設計的首選。 PCI接口的開發有多種方法，主要有兩種：一是使用專用接口芯片，二是使用可編程邏輯器件，如FPGA。本論文基于成本和實際需要的考慮，采用第二種方法進行設計。 本論文采用自上而下（Top-To-Down）和模塊化的設計方法，使用FPGA和硬件描述語言（VHDL和Verilog HDL）設計了一個PCI接口核，并通過自行設計的試驗板對其進行驗證。為使設計準確可靠，在具體模塊的設計中廣泛采用流水線技術和狀態機的方法。 論文最終設計完成了一個33M32位的PCI主從接口，并把它作為以NIOSⅡ為核心的SOPC片內外設，與通用計算機成功進行了通訊。 論文對PCI接口進行了功能仿真，仿真結果和PCI協議的要求一致，表明本論文設計正確。把設計下載進FPGA芯片EP2C8Q208C7之后，論文給出了使用SIGNALTAPⅡ觀察到的信號實際波形，波形顯示PCI接口能夠滿足本設計中系統的需要。本文最后還給出試驗板的具體設計步驟及驅動程序的安裝。
上傳時間： 2013-07-28
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由于各種非線性電力電子裝置的和功率開關器件的廣泛應用產生了諧波。隨著對電能質量要求的不斷提高，各種治理諧波的電力電子裝置就產生了。諧波治理的方法主要有無源濾波技術和有源電力濾波器技術。傳統的方法采用LC 無源濾波器，與無源濾波器相比有源電力濾波器具有很大的優越性，因此越來越多的應用到治理諧波污染中。隨著以DSP 和FPGA 的高速發展，以全數字化控制技術實現的有源電力濾波器必將更多的應用到諧波裝置中去。本文深入分析了諧波治理的研究背景意義和有源濾波器的研究現狀和發展趨勢。介紹了有源濾波器的基本的工作原理；分類；諧波的檢測方法和控制策略，在各個方法的比較上選用基于瞬時無功功率理論的諧波檢測法對諧波電流進行了檢測。并提出了一種基于 DSP 及FPGA 控制的有源電力濾波器的設計方案，重點研究了三相并聯型有源濾波器的控制系統及硬件設計。本文還對系統的功率器件進行了分析并選用IGBT 作為其開關器件。設計了IGBT 驅動及保護電路，利用理論分析和仿真結果設定了系統直流側電容和輸出電感的參數。對整個系統進行了Simulink 仿真實驗，選用DSP 和和FPGA 作為核心處理芯片，DSP 用來采集數據并檢測諧波，FPGA 用來實現PWM 脈沖的輸出。設計并調試出非線性負載，傳感器采集，電流電壓調理電路，主電路，過零檢測電路，IGBT 的驅動及吸收緩沖電路。并在此基礎上搭建出了試驗平臺。給出了DSP 及FPGA 的軟件設計思想和流程。
上傳時間： 2013-04-24
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· 摘要： 隨著數字技術的發展,數字濾波器的功能越來越受到人們的注意和廣泛應用,它有精度高、靈活性大等突出特點.FIR數字濾波具有穩定性高,嚴格的線性相位,能用FFT算法實現等特點.通過FPGA實現FIR數字濾波具有實時性高、處理速度快、精度高的特點.文章先通過MatIab DSP Builder設計出FIR濾波器模型,然后利用Simulink進行模型仿真.再用ModelSim
上傳時間： 2013-07-14
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隨著經濟的發展，科學技術的進步，永磁電機的研發和控制技術都有了快速的發展。永磁電機的發展也帶來了永磁電機控制器的發展，電機控制器已經由傳統的模擬元件控制器，逐漸轉向數模混合控制器、全數字控制器。基于現場可編程門陣列(FPGA——Field Programmable Gate Array)的新一代數字電機控制技術得到越來越多的關注。現在的FPGA不僅實現了軟件需求和硬件設計的完美集合，還實現了高速與靈活性的完美結合，使其已超越了ASIC器件的性能和規模。在工業控制領域，FPGA雖然起步較晚，但是發展勢頭迅猛。 本文在介紹了傳統無刷直流電機控制技術的基礎上，分析了采用FPGA實現電機控制的優點。詳細介紹了使用硬件編程語言，在FPGA中編程實現永磁無刷直流電機速度閉環控制的各個關鍵環節，如：PI調節器、數字PWM等等。在實現永磁無刷直流電機速度閉環控制的同時，將速度檢測環節采用FPGA實現，減小了系統硬件開銷。在實現單臺永磁無刷直流電機速度閉環控制的基礎上，本文在一片FPGA芯片上實現了多臺永磁無刷直流電機的速度閉環獨立控制系統。介紹了采用FPGA進行多臺電機控制具有獨特的優勢，這些優勢使得FPGA在實現多臺電機控制時非常方便，具有單片機(MCU)和數字信號處理器(DSP)無法比擬的優點。文中對基于FPGA的單臺和多臺永磁無刷直流電機控制系統分別進行了實驗驗證。 FPGA編程靈活，設計方便，本文在FPGA中實現了各種不同的PWM調制方式。從電路方面詳細分析了采用不同的PWM調制，換相時無刷直流電機母線的反向電流問題。借助FPGA平臺，對各種PWM調制方式進行了實驗，對理論分析進行了驗證。 另外，本文介紹了目前非常流行的一種FPGA圖形化設計方法，即基于XSG(Xilinx System Generator)的FPGA設計。這種設計方法具有圖形化、模塊化的優點，大大方便了用戶的FPGA開發設計。在XSG中建立的仿真系統，區別于傳統的Simulink仿真，可以直接生成相應的硬件編程語言代碼下載到FPGA中運行。本文借助XSG軟件設計在XSG/Simulink中實現了永磁同步電機矢量控制系統的混合建模算法，并進行了仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現場可編程門陣列(FPGA)在工業中的廣泛應用，使得基于FPGA數字信號處理的實現在雷達信號處理中有著重要地位。模型化設計是一種自頂向下的面向FPGA的快速原型驗證法，它不僅降低了FPGA設計門檻，而且縮短了開發周期，提高了設計效率。這使得FPGA模型化設計成為了FPGA系統設計的發展趨勢。本文針對常見雷達信號處理模塊的FPGA模型化實現，在以下幾個方面展開研究：首先對基于FPGA的模型化設計方法進行了研究，給出了模型化設計方法的發展現狀和趨勢，并對本文中使用的模型化設計方法的軟件工具System Generator和AccelDSP進行了介紹。其次使用這兩種軟件工具對FIR濾波器進行了模型化設計并同RTL(寄存器傳輸級)設計方法進行對比，全面分析了模型化設計方法和RTL設計方法的優缺點。然后在簡明闡述雷達信號處理原理的基礎上，使用System Generator對數字下變頻(DDC)、脈沖壓縮、動目標顯示(MTI)及恒虛警(CFAR)處理等雷達信號處理模塊進行了自頂向下的模型化設計。在Simulink中進行了功能仿真驗證，生成了HDL代碼，并在Xilinx FPGA中進行了RTL的時序仿真分析。關鍵詞：雷達信號處理 FPGA 模型化設計 System Generator AccelDSP
上傳時間： 2013-07-25
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