隨著計算機技術的迅猛發展，受其影響的儀器行業也發生了巨大的變革，即儀器的手動操作使用改為計算機控制自動測試。隨著自動測試技術和程控儀器的發展，除了要求物理硬件接口標準化外，也要求軟件控制標準化。 硬件方面，從20世紀50代自動測試概念建立起，經過初期專用接口、半專用接口到20世紀80年代中期才普及推廣開放式標準接口總線，如RS232串行通信接口總線、GPIB通用接口總線、PXI計算機外圍儀器系統總線、VXI塊式儀器系統總線等。 軟件方面，1987年6月頒布的IEEE488．2（程控儀器消息交換協議）標準首先解決了數據結構方面的問題，但仍將大量的器件語義留給設計者自由定義。1990年4月，國際上九家儀器公司在IEEE488．2基礎上提出了SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments程控儀器標準命令），才使程控儀器器件數據和命令得到標準化。SCPI的總目標是縮短自動測試系統程序開發時間，保護儀器制造者和使用者雙方的硬、軟件投資，為儀器控制和數據利用提供廣泛兼容的編碼環境。 儀器接收到SCPI消息后進行響應：接收字符串消息、詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優化和目標代碼生成，語法分析模塊的性能直接影響到程控執行效率。為了進一步簡化儀器內語法分析模塊、提高程控執行效率，本課題提出了在接口電路中加入解析模塊的思想，可將控制器發送到儀器的SCPI消息即復雜的ASCII碼字符串轉變為簡單的二進制代碼。采用此解析模塊將大大簡化儀器設計者的軟件工作，既能實現儀器語言標準化又能提高儀器對遠程 控制的響應速度，這在研究實驗室內的自制儀器時將是很有用的。 儀器接口有很多種，本課題主要討論了RS232和GPIB兩種接口。本設計中儀器接口板是獨立于儀器的，與儀器單獨使用微處理器，若要與儀器連接實現通信只需在兩微處理器之間進行通信即可，這樣做的目的是：一方面可以不影響儀器的設計和操作，一方面可以實現接口板的通用性和儀器的可換性。針對于RS232接口為一簡單接口，我先將工作重心放在軟件設計上，主要考慮怎樣把復雜的ASCII碼字符串解析為簡單的二進制代碼。針對于GPIB接口，軟件設計的主要部分已完成，再把工作重心放在硬件設計上，采用性價比更高的CPID實現GPIB接口芯片NAT9914。為了觀察解析結果還加入了LCD顯示。本設計在開發通用的、低價的儀器接口板方面做了一個有益的嘗試，為進一步的自動測試系統研究打下了基礎。 關鍵詞：儀器；SCPI；RS232接口；GPIB接口；CPLD
上傳時間： 2013-04-24
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基于現場總線的網絡技術研究是自動控制領域發展的一個熱點。在各種工業現場總線中，CAN總線以其成本低、速度快、實時性和可靠性較高等特點被廣泛應用于各領域。CIA(CAN in Automation)協會發布了完整的CANopen協議，定義了應用層和通訊子協議，為基于現場總線的分布式控制系統的廣泛應用提供了解決之道。 本文研究國內外現場總線發展現狀后，以改善現場總線網絡通訊系統的運行效率，提高實時性和信息處理能力為前提，淺析CAN總線高層通訊協議CANopen，分析了主、從節點的各個功能，說明了功能的設計和實現方案。 然后，本文將CANopen協議應用于分布式控制系統，詳細論述了基于PIC18控制器的從節點和基于DSP控制器的主節點的實現過程。主、從節點具有基于CANopen協議的總線通信功能。從節點具有數字量和模擬量輸入輸出功能。主節點可以通過鍵盤對各節點運行狀態和各節點參數進行調整，還可以通過液晶屏顯示實時控制量和各節點運行狀態。PC機能在線監測CAN報文數據流。本文對兩種類型節點的設計思想、硬件組成和軟件設計均做了詳盡的闡述，并給出了部分關鍵硬件原理圖和軟件流程圖。 最后，把已開發的從節點和主節點組成一個溫度測控系統和一個電機控制系統。經過實驗室測試，證明系統具有良好的實時性，通訊穩定可靠，解決了傳統CAN總線節點通訊可控性差，無法靈活設置的問題。對目前國內CAN總線應用中大多把精力放在硬件之上的底層軟件開發，少有使用上層軟件協議的習慣，起到了一定的推動意義，提高了應用水平。
上傳時間： 2013-04-24
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H．264/AVC規范是由國際電聯(ITU-T)和國際標準化組織(ISO)聯合制定的新一代視頻編解碼標準。它具有如下四個特點：低碼流，和MPEG2等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG2的1/8；高圖象質量，復雜的算法保證了低碼流條件下圖像仍能保留豐富的細節；容錯能力強，提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的必要工具；網絡適應性強，提供了網絡適應層，數據能在不同網絡上傳輸。但由此帶來的代價是復雜度極高的編碼過程，尤其是在嵌入式系統中實現具有很大的挑戰性。 本文主要介紹了基于H.264標準的開源代碼T264向DM642平臺的移植和優化。優化綜合運用了上層和底層的實現方法實現。上層的方法例如使用CCS提供的條件優化代碼優化功能，使用IMGLIB中高度優化的函數等，其特點是簡便易行，效果良好；底層的實現方法例如使用DM642特有的內聯函數，用線性匯編的方式實現算法等，特點是提高了代碼運行的并行性，但需要對DM642和H.264有很深刻的理解。 目前本設計已成功完成H.264.算法在DM642開發板上的運行，壓縮QCIF格式視頻的速度隨圖像復雜度的不同達到了35-50幀每秒。此后本設計還繼續使用優化后的編碼器實現了監控用視頻服務器的原型，使得攝像頭采集的視頻數據在DM642開發板上壓縮后傳輸至PC機，且能夠在PC端用配套的程序成功解碼并播放。
上傳時間： 2013-06-23
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對一些信號的監測尤其是對電壓、電流、溫度等模擬量的監測有著很廣泛的應用，通過監測到的數據，可以對系統相關設置進行及時調整，為人們的生產生活帶來便利與保證。 系統采用Actel公司先進的模數混合FPGA以及Actel公司的SOPC設計解決方案，單芯片實現以CortexMI處理器為核心的片上監測系統。它可以完成對電壓、電流、溫度等模擬量的監測，系統模擬模塊將采集到的數據ADC后送給處理器Cortex-MI進行處理，通過串行口，以太網口和OLED，實現與PC主機交互，板上實時顯示以及遠程主機檢測功能。借助于Actel的先進的新型fusion模數混合FPGA器件，單芯片實現可直接對外部模擬信號進行處理的數模混合系統，簡化了設計；對電壓，電流，溫度等模擬量的測控在日常生活中有很重要的意義，該系統在智能家電，電源監控以及微控制器等領域有廣泛的應用前景。 本文研究的主要內容包括： 1.對現有嵌入式設計方法進行比較，確定系統設計目標并選擇SOPC方案設計系統； 2.系統硬件平臺設計； 3.系統軟件設計。
上傳時間： 2013-06-14
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擴頻通信技術因為具有較強的抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落能力、較好的保密性、較強的多址能力和高精度測量等優點，在軍事抗干擾和個人通信業務中得到了很大的發展。尤其是基于擴頻理論的CDMA通信技術成為國際電聯規定的第三代移動通信系統的主要標準化建議后，標志著擴頻通信技術在民用通信領域的應用進入了新階段。 近年來，隨著微電子技術和電子設計自動化(EDA)技術的迅速發展，以FPGA和CPLD為代表的可編程邏輯器件憑借其設計方便靈活等特點廣泛應用于數字信號處理領域。 本論文正是采用基于FPGA硬件平臺來實現了一個直接序列擴頻通信基帶系統，該系統的實現涉及擴頻通信和有關FPGA的相關知識，以及實現這些模塊的VHDL硬件描述語言和QuartusⅡ開發平臺，目標是實現一個集成度高、靈活性強、并具有較強的數據處理能力的擴頻通信基帶系統。 本論文中首先對擴頻通信的基礎理論做了探討，著重對直序擴頻的理論進行了分析；其次根據理論分析，設計了全數字直接序列擴頻基帶系統的結構，完成了擴頻序列的產生、信息碼的輸入和擴頻。重點完成了對基帶擴頻信號的相關解擴和幾種同步捕獲電路的設計，將多種專用芯片的功能集成在一片大規模FPGA芯片上。在論文中列出了部分模塊的VHDL程序，并在QuartusⅡ仿真平臺上完成各部分模塊的功能仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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激光打標是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性標刻。激光打標以其“打標速度快、性能穩定、打標質量好”等優勢，獲得了日益廣泛的應用。傳統的激光打標系統一般是基于ISA總線或PCI總線的，運動控制卡必須插在計算機的PCI插槽內，且不支持熱捅拔，影響了控制卡的穩定性；以單片機為主控制器的激光打標控制卡雖然成本低、運行可靠，但由于其運算速度慢、存儲容量有限，限制了它的應用范圍。 運動控制卡是激光打標系統的核心組成部分。本文設計了一種新型的基于USB總線，以FPGA為主控單元的振鏡掃描式激光打標控制卡，它利用了USB總線高速、穩定、易用和FPGA資源豐富、處理能力強、易擴展等優點，將PC機強大的信息處理能力與運動控制卡的運動控制能力相結合，具有信息處理能力強、開放程度高、使用方便的特點。 本文首先介紹了激光打標的原理，激光打標技術的發展現狀以及激光打標系統的組成結構。在對USB總線技術作了簡要介紹后，詳細討論了激光打標控制卡的硬件電路設計，包括USB接口電路，FPGA主控單元電路，D/A單元電路，存儲器電路，I/O接口電路等。接著對USB接口單元的固件程序和FPGA中USB接口功能模塊、D/A寫控制功能模塊和SRAM讀寫控制功能模塊的程序做了詳細設計，通過軟硬件調試，控制卡實現了USB通信，輸出兩路模擬信號，SRAM數據讀寫，數字量輸入輸出等功能。
上傳時間： 2013-04-24
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當今，移動通信正處于向第四代通信系統發展的階段，OFDM技術作為第四代數字移動通信(4G)系統的關鍵技術之一，被包括LTE在內的眾多準4G協議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統中的關鍵功能模塊，其精度對基帶解調性能產生著重大的影響，尤其對LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點化IDFT/DFT達到較好的性能，本文采用數字自動增益控制(DAGC)技術，以解決過大輸入信號動態范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問題。 首先，本文簡單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術，并重點關注近年來為了改善其性能而興起的數字化AGC技術，它們主要用于壓縮ADC輸入動態范圍以防止其飽和。針對基帶處理中具有累加特性的定點化IDFT/DFT技術，進一步分析了AAGC技術和基帶DAGC在實施對象，實現方法等上的異同點，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據LTE協議，搭建了從調制到解調的基帶PUSCH處理鏈路，并針對基于DFT的信道估計方法的缺點，使用簡單的兩點替換實現了優化，通過高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達到理想效果。仿真結果還表明，在不考慮同步問題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進行調制，也能達到在SNR高于17dB時，硬判譯碼結果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎上，通過理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時域和頻域DAGC在內的基帶DAGC具有穩定接收鏈路解調性能的作用。同時，通過對幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實現的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統基帶解調的要求。針對時域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進行基帶DAGC算法的實現。 最后，本文對選定的基帶DAGC算法進行了FPGA設計，仿真、綜合和上板結果說明，時域和頻域DAGC實現方法占用資源較少，容易進行集成，能夠達到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個IQ數據，使之滿足基帶解調性能。
上傳時間： 2013-05-17
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本文著重研究用現場可編程門陣列(FPGA)來開發設計精插補芯片。選用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8芯片設計了逐點比較法，數字積分法和比較積分法三種經典插補算法，并對各種算法模塊進行了仿真驗證。又設計了三個算法選通信號，將三種算法模塊綜合成了一個整電路。 在完成了FPGA內部三種算法的實現后，設計以一個STC單片機為粗插補處理器的FPGA實驗開發系統，并制作了PCB板。實驗開發系統板中設計了單片機程序下載和的FPGA下載配置電路，并且配有FPGA專用配置芯片，能實現FPGA上電自動配置。可用該實驗系統板進行精插補芯片的設計與開發，以及對所完成設計的功能進行驗證。 為驗證所設計芯片的插補功能，編寫了單片機粗插補程序，將產生的粗插補坐標增量發給FPGA進行插補實驗，得到了理想的插補輸出脈沖。又編寫了單片機脈沖處理程序，讀回了FPGA的輸出脈沖，并由串口發送給PC機。最后通過編寫PC機的串口通信程序以及根據插補脈沖繪圖的程序，把FPGA的輸出脈沖繪制成了插補軌跡圖形。 最終繪圖結果顯示，在20M輸入時鐘頻率下，由插補脈沖生成的插補軌跡圖形正確，驗證了本文設計的三種插補算法功能的正確性。本設計插補芯片達到了高速插補功能要求。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發展，人們對高沉浸感的虛擬現實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現實應用系統中，要實現高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統還需要運用幾何數字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統。該系統實現圖像數據的AiD采集、圖像數據在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數據的D/A輸出。系統設計的核心部分在于系統的控制以及數字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統在圖像變化處理時所需參數進行傳遞，并能實時從上位機更新參數。該設計在提高了系統性能的同時也便于系統擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統可再編程及在系統調試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發成本進一步降低、開發時間也大大縮短等優點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數據都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發板的設計與實現。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數據配置電纜USB-Blaster,對其內部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調試,完成測試與驗證,實現了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發環境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發設計的難度。 與傳統的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發板與其同類產品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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