在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著嵌入式控制在工業領域的不斷滲入，進入21世紀之后，基于ARM體系Linux操作系統的嵌入式一體化工業控制系統成為了工業控制的主要發展方向，ARM芯片不僅體積小，功耗低，而且功能強；Linux由于其開源，穩定以及成本低的優點，在嵌入式系統中得到了廣泛的應用。 本文研究的主要內容是基于Linux操作系統ARM體系的嵌入式工控一體機設計與實現。該嵌入式工控一體機是基于Motorola公司研發的ARM9嵌入式系統和Linux操作系統的設備，整個系統體積小，結構精簡，并有很高的執行效率。它根據特定的工業控制對象定制特定的模型與控制算法。另外，該設備自身還具備各種數字PID控制算法，實現PID閉環控制。可以應用于工業控制領域中的各類被控設備，以及為高校自動化控制實驗和工業應用研究提供解決方案。它的軟件編程由Qt集成開發環境實現，Qt是基于C++的針對構造圖形用戶界面（程序）所使用的GUI工具包，它速度塊，易于使用，并具有很好的可移植性。 本文首先對嵌入式系統進行選型，然后提出了系統的軟硬件整體架構和系統的啟動流程。接著介紹了系統開發環境的搭建，包括啟動加載器的設計和實現，Linux內核的移植，設備驅動程序的編寫以及圖形用戶界面的實現。最后，詳細介紹了一個具有創新性的案例作為該嵌入式Linux工控一體機作為通訊和控制終端的典型應用。 該嵌入式Linux工控一體機具有極好的實用性和應用前景，并且其設計和實現過程對于其它嵌入式平臺也具有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-07-27
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如今IC設計進入了SOC(System-on-chip)設計時代。SOC是指在單一芯片上集成了微控制器、數字信號處理器、存儲器、I/O接口等，可以實現信號采集、轉換、存儲、處理等功能的芯片。SOC設計是基于IP可重用性的設計過程。現在已有不少公司成功地開發了各種SOC總線規范，以便于IP核的可復用性設計。其中，ARM公司開發的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Arehitecture)規范已經成為嵌入式應用的行業標準。嵌入式SOC芯片廣泛應用于消費電子產品中，近年來隨著彩屏手機、PDA等移動終端的普及，液晶電視等平板顯示器件的推廣，液晶顯示器已經逐漸取代CRT成為主流的顯示器件。LCD Driver IC作為液晶顯示器的重要部件，需求量也日益增大。嵌入式液晶顯示系統的設計是當今SOC設計中不可缺少的部分，而基于AMBA總線規范的LCD顯示系統更是具備良好的性能和較大的潛力。 本文提出了一種基于AMBA總線規范的彩色TFT-LCD數字圖像顯示解決方案，硬件設計上包括APB存儲接口模塊、LCD控制模塊，并用VHDL硬件描述語言進行了功能仿真，采用Mentor公司Modelsim5.8完成了系統功能驗證；軟件設計上完成了基于SAMSUNG公司S6D0110 TFT-LCD驅動芯片的測試程序的編寫和系統測試。本設計不需要掌握TFT-LCD內部構造，復雜的內部驅動原理，只需要掌握AMBA總線規范和LCD的MPU并行接口時序，采用本課題設計出的LCD顯示控制模塊簡單實用，便于推廣應用。 本課題基于Xilinx公司的VirtexⅡ FF1152 PROTO開發平臺完成了軟件調試，實現了TFT-LCD圖像顯示。調試結果表明硬件和軟件設計正確且取得了較為滿意的結果。
上傳時間： 2013-06-02
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從制成世界上第一臺激光器開始，激光優異的單色性、方向性和高亮度特點引起了各界的關注。激光測距技術是目前應用較為廣泛的一種激光技術，它與一般測距方法相比，具有操作方便，精度高和晝夜可用的優點。目前激光測距技術分成脈沖式和連續式兩種類型，連續式測距系統隨著近年來激光技術的發展逐漸引起人們的關注，在民用領域，尤其是在一些對數據的實時性要求不很高的系統中得到普遍應用。 小型化、智能化、高精度、對人眼安全是激光測距的發展方向，但是目前的測距儀普遍存在元器件較多、功耗相對較高、靈活性不夠、適應能力不強、抗干擾能力不強等缺點，不利于整機的一體化和小型化設計。 基于上述局限性，本文提出一種新的思想，將數字信號處理技術應用到連續式相位激光測距技術中，具體是利用DDS(直接數字頻率合成)技術產生用于調制激光器的正弦信號，利用FPGA與DSP技術實現高速數字化處理。該方法不僅克服了上面所述的缺點，而且還具有以下的優點：可以通過軟件的方法改變調制頻率，大大簡化了測相電路，提高了使用的方便性：解決了激光連續測距中頻率輸出不穩定和相位抖動的問題，使測距儀的穩定性更高；采用DSP處理芯片對信號進行處理，處理速度更快，提高了實時性；采用FFT技術測相，不僅精度高，而且隨著微電子技術的不斷發展，精度還有上升的空間。 本文從理論和實驗上驗證了該測距方案的可行性。在采用實時取樣補償技術的情況下，該測距方案的測距精度可達到毫米量級，該測距方案設計新穎，系統受環境因素影響較小，可在惡劣環境下進行短距離(一般小于15米)的測量。實驗結果表明，該設計方案基本上達到預期的指標要求。
上傳時間： 2013-06-08
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波前處理機是自適應光學系統中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統得發展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數據處理能力以保證系統的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數據進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內外圖像處理技術的應用和發展狀況，接著介紹了傳統的專用和通用圖像處理系統的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統。該系統不同于傳統基于PC機模式的圖像處理系統，發揮了DSP和FPGA兩者的優勢，能更好地提高圖像處理系統實時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據圖像處理系統的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統硬件設計，并分析了包括各種參數指標選擇、連接方式在內的具體設計方法以及應該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統中可編程器件內部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。 論文最后描述了硬件系統的測試及調試流程，并給出了部分的調試結果。 該系統主要優點有：實時性、高速性。硬件設計的執行速度，在高速DSP和FPGA中實現信號處理算法程序，保證了系統實時性的實現；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。
上傳時間： 2013-04-24
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本文的設計采用FPGA來實現π/4DQPSK調制解調。采用π/4DQPSK的調制解調方式是基于頻帶利用率、誤比特率(即抗噪性)和實現復雜性等綜合因素的考慮；采用FPGA進行實現是考慮到高速的數據處理以及AD和DA的高速采樣。 本課題主要包含以下幾個方面的研究： 首先對π/4DQPSK技術的應用發展情況做簡單介紹，并對其調制解調原理進行了詳細的闡述。在理解原理的基礎上，將調制解調進行模塊化劃分，提出了實現的思路和方法。其中包括串并轉換，差分相位編碼，內插，成形濾波器，正交調制，帶通濾波器及希爾伯特變換，解調，位同步，載波同步，差分相位解碼。 其次在FPGA上實現了π/4DQPSK的大部分模塊。其中調制端的各個模塊的功能都已經實現，并綜合在一起，下載到開發板上進行了在線仿真。其中成形濾波器的設計大大降低了FPGA的資源開銷，是本次設計的創新；解調端對載波同步和位同步提出了設計思路，具體的實現還需要進一步的研究；接口電路的測試和在線仿真已經完成。 最后提出了硬件實現的方案以及三種芯片的選型與設計，給出了簡要的電路圖和時序圖。
上傳時間： 2013-08-03
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本文介紹了一種采用單片FPGA 芯片進行出租車計費器的設計方法，主要闡述如何使用新興的EDA 器件取代傳統的電子設計方法，利用FPGA 的可編程性，簡潔而又多變的設計方法，縮短了研發周期，同時使出租車計費器體積更小功能更強大。本設計不僅實現了出租車計費器所需的一些基本功能，同時考慮到出租車行業的一些特殊性，更注重了把一些新的思路加入到設計中。主要包括采用了FPGA 芯片，使用VHDL 語言進行編程，使其具有了更強的移植性，更加利于產品升級；利用LCD 液晶顯示取代了傳統的LED顯示，使其在顯示時更靈活多變，可以按需要改變顯示內容而不拘泥于硬件； 靈活的計價標準設定使得油價波動等成本因數和出租車價格聯動成為可能； 同時也增加了統計功能、密碼設定、超速警報、路橋費等新的功能使得本設計更加具有實用價值。
上傳時間： 2013-08-02
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圖像采集是數字化圖像處理的第一步，開發圖像采集平臺是視覺系統開發的基礎。視覺檢測的速度是視覺檢測要解決的關鍵技術之一，也是專用圖像處理系統設計所要完成的首要目標
標簽： 高速圖像采集
上傳時間： 2013-04-24
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隨著紅外焦平面陣列的不斷發展，紅外技術的應用范圍將越來越廣泛。焦平面面陣探測器的一個最大的缺點是固有的非均勻性。本文首先介紹了紅外熱成像技術的發展，討論了紅外焦平面陣列的基本原理和工作方式，分析了紅外非均勻性產生的原因。其次研究了幾種主要的非均勻校正方法以及焦平面陣列元的盲元檢測和補償的方法，對紅外圖像處理技術做了研究。 本文研究的探測器是法國ULIS公司的320×240非制冷微測輻射熱計焦平面陣列探測器。主要研究對其輸出信號進行非均勻性校正和圖像增強。最后針對這一課題編寫了基于FPGA的兩點校正、兩點加一點校正、全局非均勻校正算法和紅外圖像直方圖均衡化增強程序，并對三種校正方法做了比較。
上傳時間： 2013-08-03
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現場可編程門陣列(FPGA)是一種現場可編程專用集成電路，它將門陣列的通用結構與現場可編程的特性結合于一體，如今，FPGA系列器件已成為最受歡迎的器件之一。隨著FPGA器件的廣泛應用，它在數字系統中的作用日益變得重要，它所要求的準確性也變得更高。因此，對FPGA器件的故障測試和故障診斷方法進行更全面的研究具有重要意義。隨著FPGA器件的迅速發展，FPGA的密度和復雜程度也越來越高，使大量的故障難以使用傳統方法進行測試，所以人們把視線轉向了可測性設計(DFT)問題。可測性設計的提出為解決測試問題開辟了新的有效途徑，而邊界掃描測試方法是其中一個重要的技術。 本文對FPGA的故障模型及其測試技術和邊界掃描測試的相關理論與方法進行了詳細的探討，給出了利用布爾矩陣理論建立的邊界掃描測試過程的數學描述和數學模型。論文中首先討論邊界掃描測試中的測試優化問題，總結解決兩類優化問題的現有算法，分別對它們的優缺點進行了對比，進而提出對兩種現有算法的改進思想，并且比較了改進前后優化算法的性能。另外，本文還對FPGA連線資源中基于邊界掃描測試技術的自適應完備診斷算法進行了深入研究。在研究過程中，本文基于自適應完備診斷的思想對原有自適應診斷算法的性能進行了分析，并將獨立測試集和測試矩陣的概念引入原有自適應診斷算法中，使改進后的優化算法能夠簡化原算法的實現過程，并實現完備診斷的目標。最后利用測試仿真模型證明了優化算法能夠更有效地實現完備診斷的目標，在緊湊性指標與測試復雜性方面比現在算法均有所改進，實現了算法的優化。
上傳時間： 2013-06-30
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