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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常用的實時數字信號處理的器件有可編程的數字信號處理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)等。在工程實踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實時性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實現方式則難以同時達到這幾方面的要求。隨著可編程邏輯器件和EDA技術的發展,使用FPGA來實現數字信號處理,既具有實時性,又兼顧了一定的靈活性。FPGA具有的靈活的可編程邏輯可以方便的實現高速數字信號處理,突破了并行處理、流水級數的限制,有效地利用了片上資源,加上反復的可編程能力,越來越受到國內外從事數字信號處理的研究者所青睞。 FIR數字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用,屬于數字信號處理的基本模塊之一。本論文對基于FPGA的FIR數字濾波器實現進行了研究,所做的主要工作如下： 1.介紹了FIR數字濾波器的基本理論和FPGA的基本概況,以及FPGA設計流程、設計指導原則和常用的設計指導思想與技巧。 2.以FIR數字濾波器的基本理論為依據,使用分布式算法為濾波器的硬件實現算法,并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規模過大的缺點,采用優化分布式算法的多塊查找表方式使得硬件規模極大的減小。 3.設計出一個192階的FIR濾波器實例。其系統要求為：定點16位輸入、定點12位系數、定點16位輸出,采樣率為75MHz。設計用Quartus II軟件進行仿真,并將其仿真結果與Matlab仿真結果進行對比分析。 仿真結果表明,本論文設計的濾波器硬件規模較小,采樣率達到了75MHz。同時只要將查找表進行相應的改動,就能分別實現低通、高通、帶通FIR濾波器,體現了設計的靈活性。
上傳時間： 2013-06-06
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對弓網故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數據量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網絡傳輸等領域得到廣泛的應用。和相同圖像質量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 本文旨在研究并實現一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸的方法。通過采用可編程邏輯器件FPGA來實現整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統具有可定制、高速度等優點。 本文首先介紹了開發硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發語言Veridlog，并介紹了FPGA的設計方法及開發流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關知識及設計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；隨后介紹了JPEG標準，并根據故障檢測的特點，設計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數的差分脈沖編碼模塊、交流系數的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設計的JPEG編碼器進行壓縮，再設計一個僅包含發送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸到PC機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現了整個采集壓縮系統，同時也進一步驗證了本文設計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設計都有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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本文介紹了單片機在鍋爐溫度控制上的應用，主要是以87C51 單片機作為控制器核心，結合溫度傳感變送器、A/D 轉換器、LED 顯示器、D/A 轉換器，模擬多路開關等，組成一個八通道的鍋爐溫度控
上傳時間： 2013-04-24
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簡介 探討了在PC機中用Visual Basic下的Microsoft Comm control控件與使用C51編程的MCS\ 51單片機之間的串行通信的方法,以及在VB中怎樣處理二進制碼,并給出了演示程序和通信協議。
上傳時間： 2013-04-24
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基于DSP技術的虛擬式FFT頻譜分析儀：虛擬儀器已經成為儀器發展的一個重要方向,目前已在眾多領域獲得了廣泛應用。FFT 頻譜分析是機械工程、故障診斷等諸多領域所廣泛采用的分析方法。但傳統FFT
上傳時間： 2013-04-24
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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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隨著我國信息化發展進程加快，信息化覆蓋面擴大，信息安全問題也就隨之增多，其影響和后果也更加廣泛和嚴重。同時，信息安全及其對經濟發展、國家安全和社會穩定的重大影響，正日益突出地顯現出來，受到越來越多的關注。在和平年代，通過對信息載體進行大規模的物理破壞，從而達到危害信息安全的目的，在一定程度上是行不通的。然而，在信息安全的角力上，破壞者從來都沒有放棄過，他們把目標對準了信息載體中的數據，由于數據的易失性，計算機數據成為信息安全中的最大隱患，同時也是破壞信息安全的一個突破口。 本文提出研制硬盤加密卡的主要目的是為了防止對計算機數據的竊取，保護硬盤中的數據。破壞者在得到硬盤后，也不能夠得到硬盤中的數據，從而達到保護信息安全的目的。加密卡提供兩個符合ATA-6標準的接口，串接在主板IDE接口和硬盤之間。存儲在硬盤上的數據，是經過加密以后的加密數據；從硬盤上讀出的數據，必須經過該卡的解密才可被正常使用，否則只是一堆亂碼。加密卡采用FPGA技術實現IDE接口和加密算法，以減小加解密帶來的速度上的影響。 論文的工作重點主要有以下幾個方面的內容：FPGA及VHDL語言的研究，ATA協議標準研究及IDE接口的FPGA實現。論文對ATA協議做了細致的研究，分析了硬盤接口的工作機制以及主機與硬盤之間的通信協議，并在此基礎上，重點研究了用FPGA的編程功能來實現一個計算機硬件底層接口協議的方法，詳細介紹了芯片的內部框圖及FPGA的軟件流程圖，提出了在實現過程中應注意的要點，最終用FPGA構建了一個雙向IDE硬盤通道，實現了兩套符合ATA-6規范的IDE接口。
上傳時間： 2013-08-02
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基于微處理器的數字PID控制器改變了傳統模擬PID控制器參數整定不靈活的問題。但是常規微處理器容易在環境惡劣的情況下出現程序跑飛的問題，如果實現PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發技術，實現智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發流程，指出實現結構優化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數運算結果的位擴展處理，進行不同數據類型的整數歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據控制系統的要求，論文設計完成了12位模數AD轉換器、數據顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩定控制要求，為降低FPGA實現PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-05-24
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統來實現，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發，實現了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統中添加了uC/OS Ⅱ操作系統，提高了整個系統的穩定性，并且降低了開發難度，提高了系統升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發的，所以該系統包括了所有FPGA系統的特點，包括并行的DSP處理、在系統可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
上傳時間： 2013-04-24
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