PWM(脈沖寬度調(diào)制)是一種利用數(shù)字信號來控制模擬電路的控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電源、電機(jī)、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設(shè)備。PWM技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，也是變頻技術(shù)的核心，同時在機(jī)床，液壓位置控制系統(tǒng)等機(jī)械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術(shù)已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一個熱點，因此研究PWM發(fā)生器對于基礎(chǔ)理論的發(fā)展和技術(shù)的改進(jìn)都有十分重要的意義。 論文研究的主要內(nèi)容是用任意波形作為調(diào)制信號通過特定的方法來產(chǎn)生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務(wù)。任意波形的合成是課題設(shè)計的一個難點，也是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)來實現(xiàn)。DDS技術(shù)以相位為地址，通過查找離散幅度數(shù)據(jù)進(jìn)行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速率快的優(yōu)點，而且通過設(shè)置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現(xiàn)PWM發(fā)生器的設(shè)計方法有多種。在綜合比較了單片機(jī)、DSP、ARM等常用開發(fā)工具特點的基礎(chǔ)上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機(jī)輔助配合的設(shè)計方法。隨著計算機(jī)技術(shù)和微電了技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設(shè)計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統(tǒng)設(shè)計的一個熱點。整個系統(tǒng)分為模擬波形產(chǎn)生、單片機(jī)控制電路、FPGA內(nèi)部功能模塊三大部分。FPGA部分的設(shè)計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發(fā)平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內(nèi)部各功能模塊的設(shè)計輸入、編譯、仿真等調(diào)試工作，目標(biāo)載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機(jī)控制電路主要負(fù)責(zé)控制字的設(shè)置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務(wù)。 論文共分五章，詳細(xì)介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應(yīng)用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內(nèi)部功能模塊的設(shè)計方法進(jìn)行了具體說明，并對仿真結(jié)果、系統(tǒng)的性能、存在的問題和改進(jìn)方法等進(jìn)行了分析和闡述。整個設(shè)計滿足PWM發(fā)生器的任務(wù)和功能要求，設(shè)計方法可行。
上傳時間： 2013-06-03
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隨著圖像處理技術(shù)和投影技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)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(shè)計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當(dāng)圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)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(shù)。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機(jī)、投影屏幕、圖像融合機(jī)等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關(guān)鍵設(shè)備在于圖像融合機(jī)，它實時采集圖形服務(wù)器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進(jìn)行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設(shè)備。 本課題提出了一種基于FPGA技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內(nèi)部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設(shè)計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)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(nèi)部設(shè)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(tǒng)中設(shè)計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進(jìn)行傳遞，并能實時從上位機(jī)更新參數(shù)。該設(shè)計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴(kuò)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(tǒng)的設(shè)計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設(shè)計介紹了SDRAM控制器的設(shè)計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設(shè)計。
上傳時間： 2013-04-24
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DS5250是Maxim安全微控制器系列中的一款高度安全、4時鐘每機(jī)器周期、100%兼容8051指令集的微控制器。DS5250設(shè)計用作加密引擎，應(yīng)用于密碼鍵盤、金融終端及其它數(shù)據(jù)安全性較高的應(yīng)用。該器
上傳時間： 2013-06-02
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隨著紅外焦平面陣列的不斷發(fā)展，紅外技術(shù)的應(yīng)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(shù)的發(fā)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(chǎn)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(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑢t外圖像處理技術(shù)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(jìn)行非均勻性校正和圖像增強(qiáng)。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(qiáng)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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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統(tǒng)具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優(yōu)異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復(fù)雜度大，導(dǎo)致其譯碼延時大，故而在工程中的應(yīng)用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現(xiàn)一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現(xiàn)了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數(shù)和最大迭代次數(shù)均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設(shè)計了系統(tǒng)開發(fā)板。該開發(fā)板可提供高速以太網(wǎng)MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統(tǒng)需求。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，本文所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設(shè)計與實現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設(shè)計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設(shè)計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構(gòu)，使用SOC架構(gòu)處理系統(tǒng)和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統(tǒng)的架構(gòu)。第四章介紹了FPGA系統(tǒng)開發(fā)板設(shè)計與調(diào)試的一些工作。最后一章為本文總結(jié)及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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8051處理器自誕生起近30年來，一直都是嵌入式應(yīng)用的主流處理器，不同規(guī)模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產(chǎn)品。該處理器極具靈活性，可讓開發(fā)者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設(shè)接口，而且有標(biāo)準(zhǔn)版和經(jīng)濟(jì)版等多種版本可供選擇，可讓設(shè)計人員各取所需，實現(xiàn)更高性價比的結(jié)構(gòu)。如此多的優(yōu)越性使得8051處理器牢固地占據(jù)著龐大的應(yīng)用市場，因此研究和發(fā)展8051及與其兼容的接口具有極大的應(yīng)用前景。在眾多8051的外設(shè)接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅(qū)動器等，越來越多地應(yīng)用于計算機(jī)及自動控制系統(tǒng)中。因此，本論文的根本目的就是針對如何在8051內(nèi)核上擴(kuò)展I2C外設(shè)接口進(jìn)行較深入的研究。 本課題項目采用可編程技術(shù)來開發(fā)805l核以及12C接口。由于8051內(nèi)核指令集相容，我們能借助在現(xiàn)有架構(gòu)方面的經(jīng)驗，發(fā)揮現(xiàn)有的大量代碼和工具的優(yōu)勢，較快地完成設(shè)計。在8051核模塊里，我們主要實現(xiàn)中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時／計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等七大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標(biāo)準(zhǔn)8051核所具有的模塊。在其之上我們再嵌入12C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實現(xiàn)一位的收發(fā)、一個字節(jié)的收發(fā)、一個命令的收發(fā)，直至實現(xiàn)I2C的整個通信協(xié)議。 8051核及I2C總線的研究通過可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設(shè)備TMPl01來驗證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實現(xiàn)的8051核成功并高效地控制擴(kuò)展的12C接口與從設(shè)備TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片開發(fā)的12C接口，數(shù)據(jù)的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時鐘頻率決定。經(jīng)測試其傳輸速率可達(dá)普通速率和快速速率。 目前集成了該12C接口的8051核已經(jīng)在工作中投入使用，主要用于POS設(shè)備的用戶數(shù)據(jù)加密及對設(shè)備溫度的實時控制。雖然該設(shè)備尚未大批量投產(chǎn)，但它已成功通過PCI(PaymentCardIndustry)協(xié)會認(rèn)證。
標(biāo)簽： FPGA 8051 I2C 內(nèi)核
上傳時間： 2013-06-18
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STM32系列ARMCortexM3微控制器原理與實踐
標(biāo)簽： ARMCortexM3 STM 32 微控制器
上傳時間： 2013-07-22
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在工業(yè)控制領(lǐng)域，多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局面從客觀上促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，國際上已經(jīng)出現(xiàn)了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。將傳統(tǒng)的商用以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實時性，而實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備間的高精度時鐘同步是保證以太網(wǎng)高實時性的前提和基礎(chǔ)。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度時鐘同步的協(xié)議——精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)通訊、局部計算和分布式對象等多項技術(shù)，適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進(jìn)行通訊的分布式系統(tǒng)，特別適合于以太網(wǎng)，但不局限于以太網(wǎng)。PTP協(xié)議能夠使異質(zhì)系統(tǒng)中各類不同精確度、分辨率和穩(wěn)定性的時鐘同步起來，占用最少的網(wǎng)絡(luò)和局部計算資源，在最好情況下能達(dá)到系統(tǒng)級的亞微級的同步精度。 基于PC機(jī)軟件的時鐘同步方法，如NTP協(xié)議，由于其實現(xiàn)機(jī)理的限制，其同步精度最好只能達(dá)到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅(qū)動層，其同步精度能夠達(dá)到微秒級。現(xiàn)場設(shè)備間微秒級的同步精度雖然已經(jīng)能滿足大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)對設(shè)備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統(tǒng)來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應(yīng)延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達(dá)到亞微秒級的同步精度。 本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協(xié)議，以Ethernet作為底層通訊網(wǎng)絡(luò)，以嵌入式軟件形式實現(xiàn)TCP/IP通訊，以數(shù)字電路形式實現(xiàn)時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準(zhǔn)確捕獲報文時間戳和動態(tài)補(bǔ)償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現(xiàn)了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網(wǎng)上能夠達(dá)到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-07-28
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現(xiàn)的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機(jī)預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨立實現(xiàn)。架構(gòu)為計算模塊實現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進(jìn)行調(diào)試和運行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實現(xiàn)了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達(dá)到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進(jìn)，提高了算法的可用性，同時為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設(shè)計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-05-30
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遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強(qiáng)的解決問題方法。遺傳算法已經(jīng)成功地應(yīng)用于許多難優(yōu)化問題，現(xiàn)已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應(yīng)用。利用硬件實現(xiàn)遺傳算法能夠充分發(fā)揮硬件的并行性和流水線的特點，從而在很大程度上提高算法的運行速度。 本文對遺傳算法進(jìn)行了理論介紹和分析，結(jié)合硬件自身的特點，選用了適合硬件化的遺傳算子，設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法硬件框架；為了進(jìn)一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現(xiàn)有的一些遺傳算法的并行模型進(jìn)行了研究，討論了其各自的優(yōu)缺點及研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上提出一種適合硬件實現(xiàn)的粗粒度并行遺傳算法。 我們構(gòu)建的基于FPGA構(gòu)架的標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應(yīng)度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細(xì)分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語言編寫源代碼實現(xiàn)各模塊功能。經(jīng)過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實現(xiàn)在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數(shù)的優(yōu)化問題，給出了實驗結(jié)果。這些硬件模塊可以被進(jìn)一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調(diào)用。 最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數(shù)優(yōu)化中的一些尚待解決的問題進(jìn)行了討論，并對本課題未來的研究進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： FPGA 算法 硬件 實現(xiàn)研究
上傳時間： 2013-07-22
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