在工業控制領域，多種現場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業以太網技術的迅速發展，國際上已經出現了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業以太網協議。將傳統的商用以太網應用于工業控制系統的現場設備層的最大障礙是以太網的非實時性，而實現現場設備間的高精度時鐘同步是保證以太網高實時性的前提和基礎。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統中實現高精度時鐘同步的協議——精確時間協議(Precision Time Protocol)。PTP協議集成了網絡通訊、局部計算和分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網進行通訊的分布式系統，特別適合于以太網，但不局限于以太網。PTP協議能夠使異質系統中各類不同精確度、分辨率和穩定性的時鐘同步起來，占用最少的網絡和局部計算資源，在最好情況下能達到系統級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協議，由于其實現機理的限制，其同步精度最好只能達到毫秒級；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的驅動層，其同步精度能夠達到微秒級。現場設備間微秒級的同步精度雖然已經能滿足大多數工業控制系統對設備時鐘同步的要求，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中斷響應延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達到亞微秒級的同步精度。 本文設計并實現了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協議，以Ethernet作為底層通訊網絡，以嵌入式軟件形式實現TCP/IP通訊，以數字電路形式實現時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準確捕獲報文時間戳和動態補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以太網上能夠達到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-08-04
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當前我國正處在從模擬電視系統向數字電視系統的轉型期，數字電視用戶數量激增，其趨勢是在未來的幾年內數字電視將迅速普及。在應用逐漸廣泛的數字電視系統中，監控數字電視服務正成為一種越來越迫切的需要。然而，目前對于數字電視并沒有合適的監測儀器，因此無法及時方便地診斷出現問題的信號以及隔離需要維修的數字化設備。通常只有當電視屏幕上的圖像消失時我們才知道數字信號系統出了問題。幾乎沒有任何線索可以用來找到問題的所在或原因，碼流分析儀器在這種情況下應運而生。目前在數字電視系統的前端，通過監控了解數字視頻廣播(DVB)信號和服務的狀況從而采取措施比通過觀眾的反映而采取措施要主動和及時得多。傳輸流(TS)的測試設備可使技術人員分析碼流的內部情況，它們在決定未來服務質量和客戶滿意度方面將扮演更重要的角色。 本文著重研究了在DVB廣播電視系統中，DVB-ASI信號的解碼、MPEG-2TS的實時檢錯原理和基于現場可編輯門陣列(FPGA)的實現方法。文章首先闡述了數字電視系統的一些基本概念，介紹了MPEG-2/DVB標準、ETR101 290標準、異步串行接口(ASI)。然后介紹了FPGA的基本概念與開發FPGA所使用的軟件工具。最后根據DVB-ASI接收系統的解碼規則與MPEG-2TS碼流的結構提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS碼流實時分析與檢測系統設計方案并予以了實現。 在本系統中，FPGA起著核心的作用，主要完成DVB-ASI的解碼、MPEG-2TS碼流檢錯、以及數字電視節目專有信息(PSI)提取等功能。本文實現的系統與傳統的碼流分析儀相比具有集成度較高、易擴展、便于攜帶、穩定性好、性價比高等優點。
上傳時間： 2013-06-04
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交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發展，而實現分布式電源的核心就是模塊的并聯技術。多臺逆變器并聯可以實現大容量供電和冗余供電，可大大提高系統的靈活性，使電源系統的體積重量大為降低，同時其主開關器件的電流應力也可大大減少，從根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆變器并聯技術。 本文首先對電壓、電流雙閉環逆變器控制系統進行了研究。通過對傳遞函數的分析，得到了基于等效輸出阻抗的雙閉環控制的逆變器并聯系統模型。在分析逆變器模型的基礎上設計了各控制器參數，并通過MATLAB仿真進行了驗證。根據上述模型，分析了逆變器并聯的環流特性，以及基于有功和無功功率的并聯控制方案。 隨著電子技術的不斷發展，FPGA技術正在越來越多地用于工程實踐中。本文在研究SPWM控制技術的基礎上，應用FPGA芯片EP1C12Q240C8實現了SPWM數字控制器，用于多模塊逆變器并聯控制系統。文中給出了仿真結果和芯片的測試結果。 基于FPGA的三相逆變器并聯數字控制器的研究具有現實意義，設計具有創新性。仿真和芯片的初步測試結果表明：本文設計的基于FPGA的逆變器并聯數字控制器能夠滿足逆變器并聯系統的要求。
上傳時間： 2013-08-05
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本文對基于FPGA的液晶顯示控制系統的設計與實現進行了研究。設計中從LCD技術參數著手，通過對顯示驅動系統結構與工作原理的研究，設計出顯示控制系統的框圖及各功能模塊的VHDL程序，通過單片機系統配置FPGA芯片，控制LCD顯示相應的漢字和圖形。LCD顯示控制系統由顯示控制電路、顯示驅動電路和相關外圍輔助電路組成。顯示控制電路從電路中各個功能模塊所需要的控制時序信號出發，通過對其工作過程的研究，設計出控制器、RAM控制器等各功能模塊。顯示驅動電路從LCD工作所需要的掃描時序信號出發，設計出時序發生電路等各功能模塊。所有的VHDL程序通過了MAX+PLUS—II軟件實現編譯及仿真后，在實際的硬件中調試通過。
上傳時間： 2013-04-24
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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本文的主要研究內容是利用FPGA平臺實現以太網絡接口。 首先，對論文的大致內容和組織結構做了簡要介紹，并且比較分析了目前比較流行的網絡接口實現的三種方法，并以此為基礎提出了本文中重點介紹的基于FPGA 的網絡接口實現方法。 其次，介紹采用以FPGA 做為主控芯片控制8019AS 網絡控制芯片來實現從網絡上接收數據幀的功能。FPGA 需要在上電時完成對于8019AS的初始化設置。在接收和發送數據報文時，對相應的寄存器進行控制和操作以完成網絡數據幀的接收。對FPGA 與8019AS 之間的接口實現進行了詳細的描述。 最后，介紹了在FPGA 內部對于接收到的網絡數據幀進行TCP/IP協議分析的具體過程和實現方法。分別詳細介紹了接收模塊、發送模塊以及其中子模塊具體功能和實現方法。說明了模塊之間相互觸發的具體關系。現有的網絡接口一般是采用MCU 或者ARM 等專用控制芯片來實現的，而此次課題以FPGA 作為主控芯片來實現網絡接口以及部分TCP/IP 協議分析是一個創意。而且由于FPGA 多管腳可以靈活配置，也使得系統的可擴展性有了很大的提高。
上傳時間： 2013-06-09
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本課題完成了基于FPGA的數據采集器以及IIC總線的模數轉換器部分、通訊部分的電路設計。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位軟處理器MicroBlaze;ⅡC總線的模數轉換采用Microchip公司的MCP3221芯片，通訊部分則在FPGA片內用VHDL語言實現。通過上述設計實現了“準單片化”的模擬量和數字量的數據采集和處理。 所設計的數據采集器可以和結構類似的上位機通訊，本課題完成了在上位機中用VHDL語言實現的通信電路模塊。通過上述兩部分工作，將微處理器、數據存儲器、程序存儲器等數字邏輯電路均集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統。FPGA片外僅為模擬器件和開關量驅動芯片。FPGA內部的硬件電路采用VHDL語言編寫；MCU軟核工作所需要的程序采用C語言編寫。多臺數據采集器與服務器構成數據采集系統。服務器端軟件用VB開發，既可以將實時采集的數據以數字方式顯示，也可以用更加直觀的曲線方式顯示。 由于數據采集器是所有自控類系統所必需的電路模塊，所以一個通用的片上系統設計可以解決各類系統的應用問題，達到“設計復用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC設計的更加突出的優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。
上傳時間： 2013-07-12
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本文將電路接口技術與硬件可編程技術相結合，提出了用可編程芯片來控制IDE硬盤進行高速數據記錄，能夠滿足機載數據記錄設備重量輕、容量大、速度快的要求。 論文對硬盤ATA接口標準進行了研究，對VHDL語言、現場可編程門陣列器件(FPGA)實現硬件電路的原理和方法進行了深入分析，在此基礎上完成了基于FPGA的數據記錄控制器的設計。文中選擇了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型號為CycloneEP1C3T144C8)，將各功能模塊級聯成系統在該芯片上完成了控制器系統級的設計與仿真驗證，驗證結果表明了用FPGA實現高速數據記錄控制器的可行性。所設計的VHDL代碼經QuartusⅡ綜合、布局布線、管腳分配后，在FPGA內部可以達到104.46Mhz的電路工作速度，FPGA與硬盤之間采用ATA接口的UltraDMA模式2傳輸方式，可以達到33.3MByte/s的突發數據傳輸率。文中對所用到的FPGA設計技術給予了詳細說明，對各功能模塊的設計給予了詳細闡述，對關鍵設計給出了VHDL源代碼，還討論了FPGA設計中時序約束的作用，給出了本文所做時序約束的方法。 本文中所論述的工作對以后機載數據記錄系統的設計具有重要的鋪墊作用。文中在總結所做工作的同時，還對下一步工作提出了有益的建議。
上傳時間： 2013-08-05
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本文著重研究了多路數字節目復用器中的對多路預處理TS流復用的原理和基于FPGA的實現方法。首先論述了關于數字電視系統的一些基本概念，介紹了MPEG-2/DVB標準以及數字電視節目專用信息(PSI)，并結合多路數字節目復用的基本原理提出了一套基于FPGA的設計方案。通過對復用器輸入部分、復用控制邏輯和PCR校正等一系列模塊的設計及仿真驗證，達到了設計的要求，取得了一定的研究成果。
上傳時間： 2013-06-09
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本文主要研究基于FPGA的高速流水線工作方式的FFT實現。圍繞這個目標利用Xilinx公司VIRTEX_Ⅱ系列FPGA，及其提供的ISE設計工具、modelsim仿真工具、Synplify綜合工具及MATLAB，完成了流水線工作方式的FFT中基于每一階運算單元的高效復數乘法器的設計、各階控制單元的設計、數據存儲器的設計，從而完成1024點流水線工作方式的FFT，達到工作在50MHZ時鐘頻率的設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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