近年來，在鋼鐵材質(zhì)質(zhì)量檢測的研究領(lǐng)域，電磁無損檢測方法以其非破壞性和簡便快速的優(yōu)點取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質(zhì)量檢測還存在許多難題.如用傳統(tǒng)檢測平臺檢測鋼鐵件硬度的檢測精度和速度都不夠理想。 基于上述情況，論文將先進的SOPC技術(shù)應(yīng)用到鋼鐵件的電磁無損檢測中。SOPC技術(shù)將處理器、存儲器、IO接口、各種外圍設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)計需要的部件集成到一個可編程邏輯器件上，構(gòu)建成一個可編程的片上系統(tǒng)。 論文詳細論述了基于FPGA的電磁無損檢測試驗裝置的理論基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上給出了總體設(shè)計方案。全文著重敘述了系統(tǒng)的模擬部分，系統(tǒng)配置以及軟件部分的整個設(shè)計過程。利用QuartusⅡ自定義外設(shè)和Avalon總線多主并行處理的特點，采用Vefilog HDL，語言實現(xiàn)激勵信號發(fā)生器和高速數(shù)據(jù)采集器，使得信號激勵和信號采集在同一片芯片中實現(xiàn)，從而提高了信號及信號處理的精確度。由于電磁檢測對多種參數(shù)的敏感反應(yīng)，必須抑制由此引入的多種因素的干擾，利用FIR數(shù)字濾波和相關(guān)方法從眾多的干擾信號中提取出有效信號的幅度和相位，同時利用NiosⅡC2H功能對濾波模塊進行硬件加速處理，大大提高了信號處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進行無損檢測。最后運用此電磁無損檢測系統(tǒng)對軸承鋼的硬度進行了定性測試，取得了較好的檢測結(jié)果。 試驗結(jié)果表明，將SOPC技術(shù)應(yīng)用到電磁無損檢測系統(tǒng)中，系統(tǒng)的檢測速度和檢測精度都有所提高，并使得整個系統(tǒng)在規(guī)模、可靠性、性能指標、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護及硬件升級等多方面實現(xiàn)了優(yōu)化。
上傳時間： 2013-06-04
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現(xiàn)電壓或電流的控制。數(shù)字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點，數(shù)字控制可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，同時大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。但目前數(shù)字控制基本上限于電力傳動領(lǐng)域，DC/DC變換器由于其開關(guān)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(fā)生等大多采用專用控制芯片實現(xiàn)。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點，近年來在數(shù)字控制領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注?；贔PGA的DC/DC變換器是電力電子領(lǐng)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(shè)計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了Buck變換器的全數(shù)字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據(jù)它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關(guān)電源，提出并分析了混雜模型設(shè)計方案，然后進行了控制器設(shè)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(jié)果。論文還著重論述了開關(guān)電源的數(shù)字控制器部分，數(shù)字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數(shù)字補償器。文中重點研究了DPWM和數(shù)字補償器，闡述了目前高頻數(shù)字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現(xiàn)象，對DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)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(guān)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(tǒng)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(shè)計了兩種數(shù)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(tǒng)性能的目的。 設(shè)計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現(xiàn)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(shè)計，采用32MHz的硬件晶振實現(xiàn)了11-bit的DPWM分辨率，開關(guān)頻率達到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實驗結(jié)果。
上傳時間： 2013-07-23
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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設(shè)計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構(gòu)設(shè)計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構(gòu)建方法；詳細說明了如何運用EDA技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結(jié)果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設(shè)計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術(shù)解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設(shè)計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當(dāng)設(shè)計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設(shè)計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設(shè)計，大大提高了設(shè)計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。
上傳時間： 2013-06-19
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信號發(fā)生器是控制系統(tǒng)的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調(diào)參數(shù)的數(shù)字量信號發(fā)生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業(yè)自動化等領(lǐng)域的發(fā)展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設(shè)計與實現(xiàn)為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結(jié)構(gòu)、載波調(diào)制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現(xiàn)方案。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。論文介紹了FPGA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，包括VHDL語言的基本語法結(jié)構(gòu)和FPGA器件的開發(fā)設(shè)計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎(chǔ)上提出采用直接數(shù)字式頻率合成原理(DDS)實現(xiàn)低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩(wěn)定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統(tǒng)的擴頻碼序列，并選取了符合本系統(tǒng)使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應(yīng)的FPGA硬件實現(xiàn)電路。 對于載波調(diào)制這一關(guān)鍵技術(shù)，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應(yīng)作了硬件實現(xiàn)。最后給出具體設(shè)計實現(xiàn)了的信號發(fā)生器的輸出波形。經(jīng)實驗室測試，設(shè)計的信號發(fā)生器滿足要求，且結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應(yīng)用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信技術(shù)是信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式之一，與常規(guī)的通信技術(shù)相比。具有低截獲率、強抗噪聲、抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前已從軍事領(lǐng)域向民用領(lǐng)域迅速發(fā)展。在民用化之后，它被迅速推廣到各種公用和專用通信網(wǎng)絡(luò)之中，如衛(wèi)星通信、數(shù)據(jù)傳輸、定位、測距等系統(tǒng)中。 擴頻通信技術(shù)中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統(tǒng)，然而目前專用擴頻芯片大部分功能都已固化。缺少產(chǎn)品開發(fā)的靈活性。其次，目前用FPGA與DSP相結(jié)合實現(xiàn)的直接序列擴頻的收發(fā)系統(tǒng)比較多，系統(tǒng)復(fù)雜且成本高。另外，現(xiàn)代擴頻通信系統(tǒng)在接收和發(fā)送端需要完成許多快速復(fù)雜的信號處理，這對電路的可靠性和處理速度提出了更高的要求。因此，設(shè)計一個全部用FPGA技術(shù)實現(xiàn)的擴頻通信收、發(fā)系統(tǒng)具有較強的實際應(yīng)用價值。 根據(jù)FPGA的高速并行處理能力和全硬件實現(xiàn)的特點，采用直接序列擴頻技術(shù)，借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具，完成了系統(tǒng)的軟件仿真和硬件電路設(shè)計。實驗結(jié)果表明，比用傳統(tǒng)的FPGA與DSP相結(jié)合實現(xiàn)方式，提高了處理速度，減少了硬件延時。同時采用了流水線技術(shù)，提高了系統(tǒng)并行處理的能力。并且系統(tǒng)功能可以通過程序來修改和升級，與專用擴頻芯片相比，具有很大的靈活性。所有模塊都集成在一個芯片中，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
上傳時間： 2013-05-18
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激光測距是一種非接觸式的測量技術(shù)，已被廣泛使用于遙感、精密測量、工程建設(shè)、安全監(jiān)測以及智能控制等領(lǐng)域。早期的激光測距系統(tǒng)在激光接收機中通過分立的單元電路處理激光發(fā)、收信號以測量光脈沖往返時間，使得開發(fā)成本高、電路復(fù)雜，調(diào)試困難，精度以及可靠性相對較差，體積和重量也較大，且沒有與其他儀器相匹配的標準接口，上述缺陷阻礙了激光測距系統(tǒng)的普及應(yīng)用。 本文針對激光測距信號處理系統(tǒng)設(shè)計了一套全數(shù)字集成方案，除激光發(fā)射、接收電路以外，將信號發(fā)生、信號采集、綜合控制、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸五個部分集成為一塊專用集成電路。這樣就不再需要DA轉(zhuǎn)換和AD轉(zhuǎn)換電路和濾波處理等模塊，可以直接對信號進行數(shù)字信號處理。與分立的單元電路構(gòu)成的激光測距信號處琿相比，可以大大降低激光測距系統(tǒng)的成本，縮短激光測距的研制周期。并且由于專用集成電路帶有標準的RS232接口，可以直接與通信模塊連接，構(gòu)成激光遙測實時監(jiān)控系統(tǒng)，通過LED實時顯示測距結(jié)果。這樣使得激光測距系統(tǒng)只需由激光器LD、接收PD和一片集成電路組成即可，提出了橋梁的位移監(jiān)測技術(shù)方法，并設(shè)計出一種針對橋梁的位移監(jiān)測的具有既便攜、有效又經(jīng)濟實用的監(jiān)測樣機。 本文基于xil inx公司提供的開發(fā)環(huán)境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的開發(fā)版來設(shè)計的，提出一種基于方波的利用DCM(數(shù)字時鐘管理器)檢相的相位式測距方法；采用三把側(cè)尺頻率分別是30MHz、3MHz、lOkHz，對應(yīng)的測尺長度分別為5米、50米和15000米，對應(yīng)的精度分別為±0.02米、±0.5米和±5米。設(shè)計了一套激光測距全數(shù)字信號處理系統(tǒng)。為了證明本系統(tǒng)的準確性，另外設(shè)計了一套利用延時的方法來模擬激光光路，經(jīng)過測試，證明利用DCM檢相的相位式測距方法對于橋梁的位移監(jiān)測是可行的，測量精度和測量結(jié)果也滿足設(shè)計方案要求。
上傳時間： 2013-06-12
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人臉識別技術(shù)繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術(shù)之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計成為電子自動化設(shè)計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設(shè)計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、微電子技術(shù)的進一步結(jié)合和發(fā)展，可編程邏輯技術(shù)已成為當(dāng)前電子設(shè)計領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的技術(shù)。通過采用FPGA/EDA技術(shù)，對通信卡的PCI接口、E1接口、外部邏輯電路進行集成，并利用目前通用計算機強大的數(shù)字信息處理能力，可大大簡化CTI硬件的設(shè)計，降低制造成本，提高系統(tǒng)可靠性。 據(jù)此，本論文提出了基于FPGA/EDA技術(shù)的PCI-E1接口設(shè)計方法，文中對PCI總線接口、E1接口及兩接口的互連等相關(guān)技術(shù)進行了深入分析，對各功能模塊和系統(tǒng)進行了VHDL建模與仿真。 同時，論文還介紹了基于ALTERACyclone系列FPGA芯片的PCI-E1接口硬件平臺的設(shè)計原理和基于DriverWorks的WDM驅(qū)動程序的設(shè)計方法。 本論文涉及的軟件、硬件系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)、調(diào)試完成。測試結(jié)果表明：1、論文所研究的PCI接口(主/從設(shè)備)在進行配置讀/寫、I/O讀寫、存儲器讀寫及總線的猝發(fā)數(shù)據(jù)傳送等操作中，各項性能符合PCI2.3規(guī)范的要求。 2、論文所研究的E1接口支持成幀和不成幀兩種傳輸方式：在成幀模式下，信息的有效傳送速率為31×64Kbit/s；在不成幀的模式下，信息的有效傳送速率為2.048Mbit/s。E1輸出口各項參數(shù)符合CCITT相關(guān)規(guī)范要求。 3、論文所研究的PCI-E1接口在與現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備、模塊的對接測試中，性能穩(wěn)定?；诒菊撐牡漠a(chǎn)品已經(jīng)正式發(fā)布。國內(nèi)部分廠家已對該產(chǎn)品進行了多方面的綜合測試，并計劃將其應(yīng)用到實際的生產(chǎn)和研究中。 本論文對于CTI硬件的設(shè)計是一項嘗試和革新。測試和應(yīng)用證明該方法行之有效，符合設(shè)計目標，具有較廣闊的應(yīng)用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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眾所周知，信息傳輸?shù)暮诵膯栴}是有效性和可靠性，調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展正是體現(xiàn)了這一思想。從最早的模擬調(diào)幅調(diào)頻技術(shù)的日益完善，到現(xiàn)在數(shù)字調(diào)制技術(shù)的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。QAM調(diào)制作為一種新的調(diào)制技術(shù)，因其具有很高的頻帶利用率而得到了廣泛的應(yīng)用。 本文對基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)進行了討論和研究。首先對16QAM調(diào)制解調(diào)原理進行了闡述，建立了16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后通過分析提出了基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方案。最后編寫Verilog代碼實現(xiàn)了算法仿真。 FPGA芯片采用的是Altera公司的大規(guī)模集成電路芯片Cyclone系列的EPlC20F32417，并通過軟件編程對其進行了相關(guān)調(diào)試。文中詳細介紹了基帶成形濾波器、載波恢復(fù)和定時同步的基本原理及其設(shè)計方法。首先用Matlab對整個16QAM系統(tǒng)進行了軟件仿真；然后用硬件描述語言Verilog HDL在QuartusⅡ環(huán)境下完成了系統(tǒng)關(guān)鍵算法的編寫、行為仿真和綜合，最后詳細闡述了異步串口(UART)的FPGA實現(xiàn)，把我們編寫的Verilog程序下載到EPlC20F32417芯片上效果很好。
標簽： FPGA QAM 調(diào)制解調(diào) 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-06-12
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統(tǒng))系統(tǒng)中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統(tǒng)工作的主要因素。隨著區(qū)域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質(zhì)量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預(yù)處理系統(tǒng)的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預(yù)處理系統(tǒng)是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎(chǔ)上，面向?qū)嶋H應(yīng)用的需求，主要研究VTS雷達信號預(yù)處理算法的設(shè)計方法和實現(xiàn)手段，設(shè)計完成了一個數(shù)字化的雷達原始信號實時采集與處理系統(tǒng)。 本設(shè)計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結(jié)構(gòu)上，本設(shè)計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設(shè)計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現(xiàn)，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統(tǒng)的體積。 在算法研究中，設(shè)計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現(xiàn)有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎(chǔ)上，比較了各種算法的優(yōu)劣，最終選擇了一種適合本次設(shè)計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現(xiàn)。 論文中對設(shè)計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結(jié)果和試驗實際調(diào)試結(jié)果。通過本文所述的設(shè)計和實驗，本文設(shè)計的雷達信號預(yù)處理系統(tǒng)對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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