本文對基于ARM的可編程控制器進行了研究。本文研制的可編程控制器配置簡單，擴展方便，抗干擾能力強，可靠性高。能夠采集4～20mA/0～5V的模擬量以及12路開關(guān)量；輸出1路-10～+10V、4路0～5V與2路0～20mA的模擬量以及8路開關(guān)量；能夠采集6路溫度信號：可以應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制；能實現(xiàn)簡單的PID控制：并配有RS232串行通信接口以及CAN總線通信接口，能滿足基本工業(yè)控制的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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摘要:"紅外弱小目標檢測"是紅外搜索跟蹤系統(tǒng)、紅外雷達預(yù)警系統(tǒng)、紅外成像跟蹤系統(tǒng)的核心技術(shù),因此紅外小目標的檢測是當前一項重要的研究課題.目前的發(fā)展方向是研究運算量小、性能高、利于硬件實時實現(xiàn)的檢測和跟蹤算法.該文在前人研究的基礎(chǔ)上,著重研究了Marr視覺計算理論在紅外小目標檢測技術(shù)中的應(yīng)用.從Marr算法的理論基礎(chǔ)——高斯平滑濾波器與拉普拉斯算子的相關(guān)知識以及Marr的計算視覺理論基礎(chǔ)開始,進行了 2G(Laplacian of Gaussian,高斯—拉普拉斯)濾波器、LoG(Laplacian ofGaussian,高斯—拉普拉斯)模板以及 2G濾波器在人類視覺、邊緣檢測、邊緣處理的物理意義以及神經(jīng)生理學意義方面的分析討論,提出了易于FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)的基于Marr計算視覺的紅外圖像小目標檢測方法.該方法可根據(jù)目標大小自動設(shè)計檢測模板,在濾除不相關(guān)的噪聲的同時又保留閉合的目標邊緣,從而檢測出目標.將該方法用FPGA實現(xiàn),滿足了檢測過程中的實時性.考慮到工程中的應(yīng)用,該文對該方法在FPGA中的具體實現(xiàn)給出了設(shè)計總體思路和詳細流程.由于FPGA具有對圖像數(shù)據(jù)的實時處理能力,而且該算法在FPGA中的具體實現(xiàn)中對資源的合理使用進行了綜合考慮,因此該算法能夠?qū)崟r、有效地實現(xiàn)目標檢測.并在此基礎(chǔ)上對小目標的檢測研究前景進行展望.
上傳時間： 2013-07-04
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隨著電子技術(shù)和EDA技術(shù)的發(fā)展,大規(guī)模可編程邏輯器件PLD(Programmable Logic Device)、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gates Array)完全可以取代大規(guī)模集成電路芯片,實現(xiàn)計算機可編程接口芯片的功能,并可將若干接口電路的功能集成到一片PLD或FPGA中.基于大規(guī)模PLD或FPGA的計算機接口電路不僅具有集成度高、體積小和功耗低等優(yōu)點,而且還具有獨特的用戶可編程能力,從而實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的功能重構(gòu).該課題以Altera公司FPGA(FLEX10K)系列產(chǎn)品為載體,在MAX+PLUSⅡ開發(fā)環(huán)境下采用VHDL語言,設(shè)計并實現(xiàn)了計算機可編程并行接芯片8255的功能.設(shè)計采用VHDL的結(jié)構(gòu)描述風格,依據(jù)芯片功能將系統(tǒng)劃分為內(nèi)核和外圍邏輯兩大模塊,其中內(nèi)核模塊又分為RORT A、RORT B、OROT C和Control模塊,每個底層模塊采用RTL(Registers Transfer Language)級描述,整體生成采用MAX+PLUSⅡ的圖形輸入法.通過波形仿真、下載芯片的測試,完成了計算機可編程并行接芯片8255的功能.
上傳時間： 2013-06-08
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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(shù)，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(jīng)濟上還是在性能上都具有更大的優(yōu)勢。 本課題在對國內(nèi)外可編程控制器，重點是HardPLC的開發(fā)和應(yīng)用的進展進行概述和分析的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)的兩個創(chuàng)新概念，指出了其優(yōu)越性能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)； 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(chǔ)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(chǔ)； 3.在仿真綜合的基礎(chǔ)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(yīng)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(chǔ)上，確定了應(yīng)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(chǎn)權(quán)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(shù)可以廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域，加大推廣力度和建立更多的IP庫，在許多應(yīng)用場合可以取代傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，為工控領(lǐng)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(jīng)濟效益；所確定的FPGA芯片配置模式可廣泛應(yīng)用于對FPGA芯片配置數(shù)據(jù)的加載，在實踐生產(chǎn)中具有重要的實用價值。
標簽： FPGA 可編程控制器 集成技術(shù) 應(yīng)用研究
上傳時間： 2013-05-30
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DFT(離散傅立葉變換)作為將信號從時域轉(zhuǎn)換到頻域的基本運算,在各種數(shù)字信號處理中起著核心作用
上傳時間： 2013-08-04
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ASIC對產(chǎn)品成本和靈活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有較高的靈活性和較低的成本,然而抗干擾性和可靠性相對較低,運算速度也受到限制.常規(guī)ASIC的硬件具有速度優(yōu)勢和較高的可靠性及抗干擾能力,然而不是靈活性較差,就是成本較高.與傳統(tǒng)硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的場可編程門陣列(FPGA)的出現(xiàn),使建立在可再配置硬件基礎(chǔ)上的進化硬件(EHW)成為智能硬件電路設(shè)計的一種新方法.作為進化算法和可編程器件技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,可重構(gòu)FPGA的研究屬于EHW的研究范疇,是研究EHW的一種具體的實現(xiàn)方法.論文認為面向分類的專用類可重構(gòu)FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重構(gòu)電路粒度劃分的針對性更強、設(shè)計更易實現(xiàn).論文研究的可重構(gòu)FPGA的BCH通訊糾錯碼進化電路是一類ASR-FPGA電路的具體方法,具有一定的實用價值.論文所做的工作主要包括:(1)BCH編譯碼電路的設(shè)計——求取實驗用BCH碼的生成多項式和校驗多項式及其相應(yīng)的矩陣并構(gòu)造實驗用BCH碼;(2)建立基于可重構(gòu)FPGA的基核——構(gòu)造具有可重構(gòu)特性的硬件功能單元,以此作為可重構(gòu)BCH碼電路的設(shè)計基礎(chǔ);(3)構(gòu)造實現(xiàn)可重構(gòu)BCH糾錯碼電路的方法——建立可重構(gòu)糾錯碼硬件電路算法并進行實驗驗證;(4)在可重構(gòu)糾錯碼電路基礎(chǔ)上,構(gòu)造進化硬件控制功能塊的結(jié)構(gòu),完成各進化RLA控制模塊的驗證和實現(xiàn).課題是將可重構(gòu)BCH碼的編譯碼電路的實現(xiàn)作為一類ASR-FPGA的研究目標,主要成果是根據(jù)可編程邏輯電路的特點,選擇一種可編程樹的電路模型,并將它作為可重構(gòu)FPGA電路的基核T;通過對循環(huán)BCH糾錯碼的構(gòu)造原理和電路結(jié)構(gòu)的研究,將基核模型擴展為能滿足糾錯碼電路需要的糾錯碼基本功能單元T;以T作為再劃分的基本單元,對FPGA進行"格式化",使T規(guī)則排列在FPGA上,通過對T的控制端的不同配置來實現(xiàn)糾錯碼的各個功能單元;在可重構(gòu)基核的基礎(chǔ)上提出了糾錯碼重構(gòu)電路的嵌套式GA理論模型,將嵌套式GA的染色體串作為進化硬件描述語言,通過轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的VHDL語言描述以實現(xiàn)硬件電路;采用RLA模型的有限狀態(tài)機FSM方式實現(xiàn)了可重構(gòu)糾錯碼電路的EHW的各個控制功能塊.在實驗方面,利用Xilinx FPGA開發(fā)系統(tǒng)中的VHDL語言和電路圖相結(jié)合的設(shè)計方法建立了循環(huán)糾錯碼基核單元的可重構(gòu)模型,進行循環(huán)糾錯BCH碼的電路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片進行了FPGA實現(xiàn).課題在研究模型上選取的是比較基本的BCH糾錯碼電路,立足于解決基于可重構(gòu)FPGA核的設(shè)計的基本問題.課題的研究成果及其總結(jié)的一套ASR-FPGA進化硬件電路的設(shè)計方法對實際的進化硬件設(shè)計具有一定的實際指導意義,提出的基于專用類基核FPGA電路結(jié)構(gòu)的研究方法為新型進化硬件的器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計也可提供一種借鑒.
上傳時間： 2013-07-01
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現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)具有開發(fā)周期短、成本小、風險低和現(xiàn)場可靈活配置等優(yōu)點,可以在更短的時間實現(xiàn)更復雜的功能,使得基于FPGA的開發(fā)平臺的研究成為工業(yè)界和學術(shù)界日益關(guān)注的問題.基于FPGA的高集成度、高可靠性,可將整個設(shè)計系統(tǒng)下載于同一芯片中,實現(xiàn)片上系統(tǒng),從而大大縮小其體積,因此以FPGA為代表的可編程邏輯器件應(yīng)用日益廣泛.在國外,FPGA技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已達到相當高的程度;而在國內(nèi),FPGA技術(shù)發(fā)展仍處在起步階段,與國外相比還存在較大的差距.本文提出了一種FPGA通用接口開發(fā)平臺的設(shè)計思路,研制了一種FPGA快速實驗開發(fā)裝置,對研制過程中遇到的軟、硬件問題加以歸納總結(jié),提高了系統(tǒng)運行效率.分別研究了基于FPGA器件Altera公司的FLEX6000的字符型LCD、PC機ISA總線,基于FLEX10K的圖像點陣型LCD、PC機PCI總線接口中.最后通過一個通用實驗裝置系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn),綜合上述應(yīng)用,介紹了FPGA實驗系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境,實現(xiàn)了基于FGPA的交通信號燈邏輯控制和電子鐘,研究了FPGA技術(shù)在通用接口控制器設(shè)計中的應(yīng)用.
標簽： FPGA 現(xiàn)場可編程 應(yīng)用研究 邏輯門
上傳時間： 2013-04-24
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隨著技術(shù)的飛速發(fā)展,電力電子裝置如變頻設(shè)備、變流設(shè)備等容量日益擴大,數(shù)量日益增多,使得電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴重,給電力系統(tǒng)和各類用電設(shè)備帶來危害,輕則增加能耗,縮短設(shè)備使用壽命,重則造成用電事故,影響安全生產(chǎn).電力系統(tǒng)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(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已劇增,并將繼續(xù)增長,諧波造成的危害也日趨嚴重.該論文分析比較了傳統(tǒng)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(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應(yīng)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(yīng)用.分析了高速數(shù)字信號系統(tǒng)的信號完整性問題,提出了使用FPGA實現(xiàn)的整合處理器解決高速數(shù)字系統(tǒng)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(yōu)缺點.分析了使用實時操作系統(tǒng)進行復雜嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的優(yōu)缺點,并在該系統(tǒng)軟件開發(fā)中成功移植應(yīng)用了實時操作系統(tǒng)UCOSII,改造了該操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理方式.研究了使用FPGA實現(xiàn)FFT算法的優(yōu)缺點,對比分析了主要硬件實現(xiàn)架構(gòu)的性能和優(yōu)缺點,提出了一種基于浮點數(shù)的FFT算法FPGA實現(xiàn)架構(gòu),詳細設(shè)計了基于浮點數(shù)的硬件乘法器和加法器.該設(shè)計架構(gòu)運行穩(wěn)定,計算速度快捷.并通過實際仿真驗證了該設(shè)計的正確性和優(yōu)越性.最終通過以上工作設(shè)計實現(xiàn)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(shè)計要求.該儀器的FPGA單元通過系統(tǒng)仿真,符合設(shè)計要求.
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(shù)學發(fā)展史上的重要成果。它無論對數(shù)學還是對工程應(yīng)用都產(chǎn)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(chǔ)，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(shù)簡單、易于硬件實現(xiàn)，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(jié)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(shè)計了二維離散小波變換的硬件結(jié)構(gòu)。設(shè)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(shè)計。對于邊界數(shù)據(jù)的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術(shù)，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(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換。本文所提出的結(jié)構(gòu)采用基于行的變換方式，只需要六行中間數(shù)據(jù)即可完成全部行數(shù)據(jù)的小波變換。采用流水線技術(shù)提高了整個設(shè)計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。 在完成硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，使用Verilog硬件描述語言對整個設(shè)計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設(shè)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(xiàn)，結(jié)果表明，本設(shè)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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溫度的測量和控制在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，尤其在石油、化工、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域中，對溫度的測量和監(jiān)控是非常重要的一個環(huán)節(jié)，溫度參數(shù)是工業(yè)控制中的一項重要的指標。 本文主要研究了基于ARM9架構(gòu)的嵌入式Linux系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中各種爐溫控制場合中的應(yīng)用。目前控制方案主要是采用傳統(tǒng)的PLC和單片機進行控制。PLC主要是針對單項工程或者重復數(shù)極少的項目，靈活性相對不足，并且體積大，成本相對較高；而單片機主要用于小型設(shè)備的控制，具有成本低，功耗低，效率高的特點，但可移植性較差。為了適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新技術(shù)革新以及產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化現(xiàn)代化的發(fā)展，本文針對PLC和單片機控制的優(yōu)缺點和應(yīng)用場合提出了采用ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系統(tǒng)相結(jié)合的嵌入式溫度控制系統(tǒng)，具有系統(tǒng)擴展性強、可靠性高、響應(yīng)速度快、體積小等特點，為用戶提供了一種新型的控制方案。 本文首先論述了嵌入式操作系統(tǒng)的組成，接著設(shè)計了溫度控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，主要包括CPU模塊、模擬電路模塊、存儲模塊和通信模塊四個部分：在對溫度控制系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計中，主要是針對Boot-Loader的移植、Linux內(nèi)核移植、根文件系統(tǒng)的定制、驅(qū)動程序的編寫和應(yīng)用程序的編寫五部分進行設(shè)計。 系統(tǒng)功能主要是循環(huán)采集AD通道數(shù)據(jù)，上傳AD數(shù)據(jù)到服務(wù)器，接收服務(wù)器下發(fā)的控制數(shù)據(jù)包，記錄日志等。通過在線運行測試，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，采集和控制效果良好，可有效降低了生產(chǎn)成本和工人的勞動強度，為安全生產(chǎn)提供保證。
標簽： ARM 嵌入式 溫度控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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