風(fēng)能作為一種清潔可再生能源，發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界新能源最主要的發(fā)展方向之一。本文以863計(jì)劃項(xiàng)目"MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)研制"為研究背景，介紹了1.2MW永磁同步電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，研究了變流系統(tǒng)中逆變器的控制方法。 本文首先對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行了概述，介紹了我國和世界風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r以及技術(shù)發(fā)展趨勢。當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，大功率直驅(qū)化和雙饋是兩個(gè)發(fā)展方向，本課題1.2MW風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)就是采用了永磁同步電機(jī)加交直交變流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式，中間省去了齒輪箱，減少了維護(hù)，具有較好的發(fā)展前景。 論文第二章首先對風(fēng)輪機(jī)葉片的空氣動力特性進(jìn)行了分析，介紹了不同風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略。就直驅(qū)技術(shù)與變速箱/感應(yīng)電機(jī)技術(shù)--目前風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域變速恒頻技術(shù)的兩大發(fā)展方向作了較為詳細(xì)的介紹分析。 在變流系統(tǒng)中，逆變并網(wǎng)是重要的環(huán)節(jié)，起到了將電能傳輸?shù)诫娋W(wǎng)的作用。文章中重點(diǎn)分析了三相并網(wǎng)逆變器的主電路結(jié)構(gòu)、原理和工作方法，并進(jìn)行了理論推導(dǎo)和公式說明。 本文對1.2MW永磁同步電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主電路參數(shù)的選擇作了理論推導(dǎo)和計(jì)算，包括主電路直流側(cè)電容，網(wǎng)側(cè)電感，三重化升壓電感，網(wǎng)側(cè)濾波電容等，還確定了斬波和逆變部分所采用的開關(guān)管和六相整流所采用的二極管，并在額定正常工作情況下，分別計(jì)算斬波和逆變部分開關(guān)管的損耗和開關(guān)管的結(jié)溫。 本課題采用瞬時(shí)電流法對并網(wǎng)逆變器進(jìn)行控制。在實(shí)驗(yàn)中上確定了電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的PI參數(shù)，順利完成了閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根據(jù)控制流程圖對其控制進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了控制板上的信號采集、運(yùn)算、故障檢測、電路驅(qū)動等功能。并進(jìn)行了小功率試驗(yàn)，得到了較好的電壓電流波形，并對波形進(jìn)行了詳細(xì)分析，驗(yàn)證了本文采用方法的正確性。
標(biāo)簽： DSP 風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)逆變器
上傳時(shí)間： 2013-07-06
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隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的嵌入式電子產(chǎn)品走進(jìn)了千家萬戶。電腦的形態(tài)也不再局限于以前的PC機(jī)，各式各樣的嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)在了眾多的行業(yè)和應(yīng)用中，其中ARM和Linux結(jié)合的產(chǎn)品在市場上最受青睞。ARM由于其低功耗、高性能、小體積、低成本受到了越來越廣泛的重視，成為眾多公司產(chǎn)品開發(fā)的主流硬件。而Linux則因其開放的源代碼，可裁剪的內(nèi)核，便利的開發(fā)環(huán)境，各硬件平臺的通用性，逐漸成為嵌入式開發(fā)的主流操作系統(tǒng)。本課題的嵌入式MP3設(shè)計(jì)就是基于ARM和linux平臺的。 @@ 本課題實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)，選用zq2410開發(fā)板為目標(biāo)平臺，linux作為目標(biāo)操作系統(tǒng)，在這樣的軟硬件環(huán)境下研究實(shí)現(xiàn)MP3播放器。 @@ 文章首先綜述了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法，介紹了ARM處理器及其特點(diǎn)，Linux操作系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式以及如何搭建交叉開發(fā)環(huán)境，然后介紹了所選硬件平臺zq2410目標(biāo)板的各種資源，在系統(tǒng)軟件開發(fā)中，介紹Uboot、Linux的裁剪和移植，根文件系統(tǒng)的制作以及核心驅(qū)動程序的開發(fā)，應(yīng)用程序開發(fā)中，介紹了MP3的原理，移植Madplay MP3播放器，最后成功對Madplay播放器實(shí)現(xiàn)了綜合控制。 @@關(guān)鍵詞：嵌入式；ARM； Linux；驅(qū)動程序；MP3；
上傳時(shí)間： 2013-05-26
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矩陣運(yùn)算是描述許多工程問題中不可缺少的數(shù)學(xué)關(guān)系，矩陣運(yùn)算具有執(zhí)行效率好、速度快、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著動態(tài)可配置技術(shù)的發(fā)展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)楦咚龠\(yùn)算應(yīng)用提供技術(shù)支持。 為了提高研究成果的實(shí)用性與商用性，本文主要針對某種體積小、運(yùn)算速度和性能要求很高的特殊場合設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于FPGA的矩陣運(yùn)算功能。通過系統(tǒng)地研究FPGA功能結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、DSP接口、IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，深入學(xué)習(xí)浮點(diǎn)數(shù)及矩陣的基礎(chǔ)運(yùn)算以及硬件編程語言等內(nèi)容，根據(jù)矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，討論了硬件設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)對具體核心器件結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及有關(guān)FPGA的設(shè)計(jì)流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內(nèi)容，確定了基于FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算及矩陣運(yùn)算單元的Verilog HDL設(shè)計(jì)方法，在Quartus II平臺上對其仿真、記錄運(yùn)算結(jié)果，并對采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了深入分析與總結(jié)。 本設(shè)計(jì)通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)測試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，證明了本設(shè)計(jì)中矩陣運(yùn)算速率的實(shí)用性與高效性，提高了系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的發(fā)展已經(jīng)有二十多年，從最初的1200門發(fā)展到了目前數(shù)百萬門至上千萬門的單片F(xiàn)PGA芯片?，F(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子和車用電子類等領(lǐng)域，但國內(nèi)市場基本上是國外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時(shí)鐘分布質(zhì)量變的越來越重要，時(shí)鐘延遲和時(shí)鐘偏差已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內(nèi)的時(shí)鐘延遲，減小時(shí)鐘偏差，主要有利用延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)和鎖相環(huán)(PLL)兩種方法，而其各自又分為數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)。雖然用模擬的方法實(shí)現(xiàn)的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時(shí)鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時(shí)間、設(shè)計(jì)難易程度以及可復(fù)用性等多方面考慮，我們更愿意采用數(shù)字的方法來實(shí)現(xiàn)。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎(chǔ)，對全數(shù)字延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)電路進(jìn)行分析研究和設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模塊電路。 本文作者在一年多的時(shí)間里，從對電路整體功能分析、邏輯電路設(shè)計(jì)、晶體管級電路設(shè)計(jì)和仿真以及最后對設(shè)計(jì)好的電路仿真分析、電路的優(yōu)化等做了大量的工作，通過比較DLL與PLL、數(shù)字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數(shù)字DLL模塊電路組成結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)出了符合指標(biāo)要求的全數(shù)字DLL模塊電路，為開發(fā)自我知識產(chǎn)權(quán)的FPGA奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本文先簡要介紹FPGA及其時(shí)鐘管理技術(shù)的發(fā)展，然后深入分析對比了DLL和PLL兩種時(shí)鐘管理方法的優(yōu)劣。接著詳細(xì)論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設(shè)計(jì)考慮，給出了全數(shù)字DLL整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對DLL整體電路進(jìn)行整體仿真分析，驗(yàn)證電路功能，得出應(yīng)用參數(shù)。在設(shè)計(jì)中，用Verilog-XL對部分電路進(jìn)行數(shù)字仿真，Spectre對進(jìn)行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設(shè)計(jì)采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫建模，設(shè)計(jì)出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動時(shí)間為28ps，在輸入100MHz時(shí)鐘時(shí)的功耗為200MW，達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的相應(yīng)指標(biāo)。最后完成了輸出電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘占空比調(diào)節(jié)，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時(shí)鐘分頻等時(shí)鐘頻率合成功能。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 延時(shí)
上傳時(shí)間： 2013-06-10
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焊有元件的印制電路板在線測試是印制電路板生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，關(guān)系著整個(gè)電子產(chǎn)品的質(zhì)量。本文在深入研究國內(nèi)外印制電路板自動測試技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的電子技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套高性能，低價(jià)位，小體積，便于攜帶和操作的印制電路板在線測試儀。 本文設(shè)計(jì)的在線測試儀系統(tǒng)包括控制器電路、信號發(fā)生電路、信號采集電路、元件測試電路、USB通信電路和開關(guān)矩陣電路等，其中控制器電路是以FPGA可編程控制芯片為核心，負(fù)責(zé)控制下位機(jī)其它所有電路的正常工作，并實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)間的通信。 針對模擬元件的測試，本文首先探討了對印制電路板上模擬元件測試時(shí)的隔離原理，繼而詳細(xì)闡述了電阻、電容（電感）、二極管、三極管、運(yùn)算放大器等的測試方法，并分別設(shè)計(jì)了硬件測試電路。因?yàn)闇y試時(shí)需向被測元件施加測試激勵信號，本文設(shè)計(jì)并完成了一信號發(fā)生電路，可輸出幅值可調(diào)的直流恒壓源信號和直流恒流源信號、幅值和頻率都可調(diào)的交流信號。 針對數(shù)字器件的測試，本文將數(shù)字器件分為兩種，一種為具有邊界掃描功能單元的器件，另一類為非邊界掃描器件，并分別對兩種類型的數(shù)字器件的測試原理和方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述，在文中給出了相關(guān)的硬件測試電路圖。 本設(shè)計(jì)中，所有測試激勵信號經(jīng)測試電路后輸出的測試結(jié)果都是直流電壓信號，所以本文設(shè)計(jì)了一通用信號采集電路來完成對測試結(jié)果的取樣。本文還設(shè)計(jì)了開關(guān)矩陣電路，用于將被測印制電路板上的元件接入到測試電路中。對通信電路的設(shè)計(jì)，本文采用USB通信方式與上位機(jī)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換，并通過USB接口芯片完成了硬件電路的設(shè)計(jì)。 在軟件方面，本文采用NiosⅡ C語言完成所有軟件設(shè)計(jì)，以協(xié)助硬件部分來完成對印制電路板的測試工作。 本文已完成各部分電路試驗(yàn)及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，試驗(yàn)證明設(shè)計(jì)達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)定要求。
上傳時(shí)間： 2013-08-02
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近年來，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術(shù)取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設(shè)計(jì)方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統(tǒng)的通用信號處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構(gòu)型不強(qiáng)，F(xiàn)PGA解決了這一問題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結(jié)合FPGA較強(qiáng)的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號處理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可實(shí)施性。 @@ 基于上述要求，作者設(shè)計(jì)和完成了一個(gè)基于多FPGA的通用實(shí)時(shí)信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。作者通過全面的分析，設(shè)計(jì)了核心板、底板和應(yīng)用板分離系統(tǒng)架構(gòu)。該平臺能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進(jìn)行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)范疇，因此必須重視信號完整性的設(shè)計(jì)與分析問題，作者根據(jù)高速電路的設(shè)計(jì)慣例和軟件輔助設(shè)計(jì)的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎(chǔ)上，順利地完成了PCB繪制與調(diào)試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲器接口設(shè)計(jì)決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和驗(yàn)證。并結(jié)合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應(yīng)用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設(shè)計(jì)工作，對其中的部分接口進(jìn)行了邏輯驗(yàn)證。 @@ 經(jīng)過測試，該通用的信號處理平臺具有實(shí)時(shí)性好、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展和可重構(gòu)等特點(diǎn)，能夠滿足當(dāng)前一些信號處理系統(tǒng)對高速、實(shí)時(shí)處理的要求，可以廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)信號處理領(lǐng)域。通過本平臺的研究和開發(fā)工作，為進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)通用、實(shí)時(shí)信號處理系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞：通用實(shí)時(shí)信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時(shí)信號 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-27
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隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息的爆炸式增長，人類獲得的視覺信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對顯示器件的要求也越來越高。在這些因素的驅(qū)動下，顯示技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展。使用FPGA/CPLD設(shè)計(jì)的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據(jù)不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業(yè)產(chǎn)品，做一些特殊的設(shè)計(jì)，以最小的代價(jià)滿足系統(tǒng)的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點(diǎn)。 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)采用FPGA設(shè)計(jì)的液晶顯示控制器，主要解決以下內(nèi)容：采用Cyclone芯片設(shè)計(jì)的液晶控制器；采用硬件描述語言進(jìn)行的液晶顯示控制器設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了如何通過特殊設(shè)計(jì)控制器與CPU協(xié)調(diào)的工作，驅(qū)動系統(tǒng)所需時(shí)序信號的產(chǎn)生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時(shí)間抖動算法和幀率控制原理及實(shí)現(xiàn)，顯示數(shù)據(jù)的緩沖、轉(zhuǎn)化方法，使用FPGA設(shè)計(jì)的用于本系統(tǒng)的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過該SDRAM控制器進(jìn)行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點(diǎn)是各個(gè)模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實(shí)際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個(gè)非?？尚械模哂袕V泛的通用性。 關(guān)鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時(shí)序信號發(fā)生器、灰度顯示、時(shí)間抖動算法
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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LED顯示屏是LED點(diǎn)陣模塊或者像素單元組成的平面顯示屏幕。自從誕生以來，以其亮度高、視角廣、壽命長、性價(jià)比高的特點(diǎn)，在交通、廣告、新聞發(fā)布、體育比賽、電子景觀等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 LED顯示屏控制器作為控制LED屏顯示圖像、數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，是整個(gè)LED視頻顯示系統(tǒng)的核心。本文研究的是對全彩色同步LED屏的控制，控制LED屏同步顯示在上位機(jī)顯示系統(tǒng)中某固定位置處的圖像。根據(jù)已有的LED顯示屏及其驅(qū)動器的特點(diǎn)，提出了一種可行的方案并進(jìn)行了設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分：視頻信號的獲取，視頻信號的處理。 經(jīng)過分析比較，決定從顯卡的DVI接口獲得視頻源，視頻源經(jīng)過DVI解碼芯片TFP401A的解碼后，可以獲得圖像的數(shù)字信息，這些信息包括紅、綠、藍(lán)三基色的數(shù)據(jù)以及行同步、場同步、使能等控制信號。這些信號將在視頻信號處理模塊中被使用。 信號處理模塊在接收視頻信號源后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后輸出數(shù)據(jù)給驅(qū)動電路。在信號處理模塊中，采用了可編程邏輯器件FPGA來完成?？删幊踢壿嬈骷哂懈呒啥取⒏咚俣?、高可靠性、在線可編程（ISP）等特點(diǎn)，所以特別適合于本設(shè)計(jì)。利用FPGA的可編程性，在FPGA內(nèi)部劃分了各個(gè)小模塊，各小模塊中通過少量的信號進(jìn)行聯(lián)系，這樣就將比較大的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成許多小的系統(tǒng)，使得設(shè)計(jì)更加簡單，容易驗(yàn)證。本文分析了驅(qū)動電路所需要的數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，全彩色灰度級的實(shí)現(xiàn)方式，決定把系統(tǒng)劃分為視頻源截取、RGB格式轉(zhuǎn)化、位平面分離、讀SRAM地址發(fā)生器、寫SRAM地址發(fā)生器、讀寫SRAM選擇控制器、灰度實(shí)現(xiàn)等模塊。 最后利用示波器和SignalTap II邏輯分析儀等工具，對系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試。改進(jìn)了時(shí)序、優(yōu)化了布局布線，使得系統(tǒng)性能得到了良好的改善。 在分析了所需要的資源的基礎(chǔ)上，課題決定采用Altera的Cyclone EP1C12 FPGA設(shè)計(jì)視頻信號處理模塊，在Quartus II和modelsim平臺下，用Verilog HDL語言開發(fā)。
上傳時(shí)間： 2013-05-19
上傳用戶：玉簫飛燕
信號與信息處理是信息科學(xué)中近幾年來發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時(shí)代的到來,FPGA正處于革命性數(shù)字信號處理的前沿。基于FPGA的設(shè)計(jì)可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權(quán)復(fù)制、元器件和開發(fā)成本進(jìn)一步降低、開發(fā)時(shí)間也大大縮短等優(yōu)點(diǎn)。然而,FPGA器件是基于SRAM結(jié)構(gòu)的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時(shí),配置數(shù)據(jù)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(tǒng)設(shè)計(jì)中具有極其重要的價(jià)值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實(shí)驗(yàn)開發(fā)設(shè)備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)和USB2.0技術(shù),完成了FPGA配置接口電路及實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)和USB技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,針對Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對其內(nèi)部工作原理及工作時(shí)序進(jìn)行測試與詳細(xì)分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發(fā)實(shí)驗(yàn)電路的完整軟硬件設(shè)計(jì)及功能時(shí)序仿真。作者最后進(jìn)行了軟硬件調(diào)試,完成測試與驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了對Altera系列PLD的配置功能及實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗(yàn)證能在Altera的QuartusII開發(fā)環(huán)境下直接使用,無須在主機(jī)端另行設(shè)計(jì)通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設(shè)計(jì)有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產(chǎn)權(quán)嚴(yán)格保密,使得基于USB接口的配置電路應(yīng)用受到很大限制,同時(shí)也加大了自行對其進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的難度。 與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設(shè)計(jì)的基于USB下載接口電路及FPGA實(shí)驗(yàn)開發(fā)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(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢。從成本來看,本設(shè)計(jì)的USB配置接口電路及FPGA實(shí)驗(yàn)開發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強(qiáng)的競爭力。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：lingduhanya
文章開篇提出了開發(fā)背景。認(rèn)為現(xiàn)在所廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點(diǎn)是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產(chǎn)品，同時(shí)幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源已經(jīng)很難跟上時(shí)代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測成為了可能，同時(shí)由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應(yīng)對不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號處理新技術(shù)，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個(gè)沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關(guān)電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)開關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進(jìn)行了較為具體的設(shè)計(jì)，并通過測試取得了預(yù)期結(jié)果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時(shí)代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡單，精度更高，通用性更強(qiáng)。同時(shí)該方案也可用于相關(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)框圖和實(shí)現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細(xì)的比較。本論文的設(shè)計(jì)方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強(qiáng)。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電流電壓反饋信號做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)制芯片實(shí)現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個(gè)信號分別送至電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入端，用來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。同時(shí)用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護(hù)、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機(jī)或電位器提供。再次，文章對各個(gè)模塊從理論和實(shí)際的上都做了仔細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，并給出了具體的電路圖，同時(shí)寫出了軟件流程圖以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方。整個(gè)系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運(yùn)算、環(huán)境開關(guān)量檢測、環(huán)境開關(guān)量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負(fù)載電壓信號采集、負(fù)載電流信號采集、以及對信號的一階數(shù)字低通濾波。由于整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來控制逆變橋的開關(guān)速率，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。 最后，對數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對比測試，得出了預(yù)期結(jié)論。同時(shí)也提出了一些需要改進(jìn)的地方，認(rèn)為該方案在其他相關(guān)行業(yè)中可以廣泛地應(yīng)用。模擬控制電路因?yàn)槭褂迷S多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會隨著使用時(shí)間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動并對系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時(shí)數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復(fù)使用、加快上市時(shí)間以及減少開發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前對產(chǎn)品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計(jì)要求。但對于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進(jìn)的地方，比如改進(jìn)主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測控等技術(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
上傳時(shí)間： 2013-06-29
上傳用戶：dreamboy36
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