研究如何將當前流行的嵌入式技術應用于工業領域中的數據采集與記錄方面，是當今工業過程測量控制領域發展的一個必然方向。 本論文所設計完成的嵌入式工業過程數據采集與記錄系統，是以32位ARM7微處理器S3C44B0X為核心，取代了傳統的單片機，并且引入了μClinux多任務實時操作系統。采集到的工業現場的實時數據，經A/D轉換等步驟處理后，顯示在高分辨率的彩色LCD上。在MiniGUI的支持下，通過豐富的圖形界面功能，以曲線或表格的形式顯示工業現場實時數據的變化趨勢，具有良好的人機界面。輸入功能通過點擊觸摸屏來實現，可以像使用Windows操作系統一樣，點擊菜單、滾動條、列表框、按鈕等控件以完成相應的操作。數據的記錄完全脫離PC機，顯示在LCD上的數據，可以實時的以文件的形式存儲在Nand Flash中，必要的時候通過USB接口用U盤導出。μClinux操作系統中移植了BOA網絡服務器和CGI腳本程序，因此具有動態Web監控功能，用戶可以在PC機上的瀏覽器中通過網絡隨時監測工業現場的實時數據。 經過測試，該系統可以穩定可靠的運行，完全實現了工業現場數據的實時采集、人性化顯示、規范化操作、脫機化記錄和網絡化監測等一系列功能，取代了傳統的底層智能儀表搭配PC機的構架，將其功能合二為一，對工業企業的技術進步和生產過程的現代化有著重要的作用。
上傳時間： 2013-07-18
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隨著信息技術的發展和數字化產品的普及以及Intemet廣泛深入的應用，從消費電器到工業設備，從民用產品到軍用器材，嵌入式系統己被廣泛的應用到網絡、手持通信設備、消費電子和自動化控制等各個領域。嵌入式系統的廣泛應用和發展潛力使其成為21世紀的應用熱點之一。為了學習、研究和使用嵌入式技術，國內許多高校都在開展或計劃開展嵌入式系統教學。因此，研制基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統已迫在眉睫。 本文在分析了各種嵌入式教學實驗系統功能的基礎上，提出并研究設計了一款基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統。本文概括地闡述了嵌入式系統的概念、設計流程、發展趨勢，分析了嵌入式系統教學開展的必要性。根據實驗系統的需求分析、功能規劃和教學內容安排，設計了一個基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統的硬件平臺，詳細論述了硬件平臺的設計及實現過程，同時給出了電路原理圖。研究了嵌入式操作系統的啟動和移植，包括嵌入式操作系統的選型、系統引導程序Bootloader的設計與實現、嵌入式操作系統uCLinux內核的移植。以嵌入式網絡為應用背景，分析了嵌入式Boa服務器的程序結構，修改并實現了嵌入式Boa服務器。在Boa服務器的基礎上，設計并實現了遠程控制嵌入式系統I/O端口的應用程序，實現了通過瀏覽器控制A/D轉換器進行模擬信號采集并獲得采樣數據的功能。 實驗結果表明，所設計的基于ARM的嵌入式系統教學實驗系統達到了預期的設計目標，能夠滿足嵌入式系統教學實驗的要求。
上傳時間： 2013-05-23
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根據機械電子工程類專業測控實驗教學平臺數據采集的需要，在綜合考慮成本和性能基礎上，提出以為主處理芯片的數據采集卡設計方案。 該方案的主要特點是，使用基于ARM7TDMI內核的，工作主頻最高可達44MHz；內置高性能的ADC和DAC模塊，采樣速度最高可達1MSPS，采樣精度為12位；模擬信號輸入通道最多可達16路，模擬信號輸出通道最高可達4路；具有豐富的外設資源可以使用，GPIO口數目最高可達40個。 在設計中采用了模塊化思想，將系統分為四個功能模塊：主模塊的功能是控制ADC進行信號采集和DAC進行模擬信號輸出；模擬信號模塊的作用是對傳感器輸入信號和DAC輸出波形進行簡單的調理；數字信號模塊引出32路數字I/O口，可用于需要采集數字量的場合；JTAG模塊可進行程序的調試和下載，對于數據采集卡的二次開發有很大的作用。 在本數據采集卡上，嘗試進行了μC/OSⅡ操作系統的移植，成功實現了四個任務的管理。在實際應用中，工作數小時仍可保持正常的運行。 為檢驗數據采集卡的串口通訊能力，利用LabVIEW程序讀取下位機串口發送的已采集到的數據，進行波形圖繪制。 為檢驗本數據采集卡的ADC和DAC精度，設計實驗利用DAC輸出波形，并利用ADC將采集到的波形通過LabVIEW顯示，測量結果顯示兩者電壓值誤差均在可允許的3LSB（Least Significant Bit）范圍內，表明本數據采集卡已基本實現預期設計指標。
上傳時間： 2013-04-24
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心血管疾病是威脅人類健康的主要疾病之一，而心電圖檢測是診斷心臟病變的有效手段。心電數據的高效采集和實時傳輸成為心電檢測的基礎，因此，設計一種性能可靠、價格低廉、體積較小的心電采集與遠程傳輸系統將對心血管疾病的檢測和預防具有重要意義。 本文在對心電信號采集技術和以太網傳輸技術進行深入研究的基礎上，設計實現了一款基于ARM的心電信號采集與以太網傳輸系統。該系統前端是利用AD620、LM324、ADOP07等器件設計的信號調理電路，該電路實現了心電信號的高質量提取；系統的關鍵電路是以32位ARM7TDMI-S微控制器LPC2210為核心，并結合以太網控制芯片RTL8019AS、Flash SST39VF160和SRAM IS61LV25616AL設計的A/D轉換模塊和以太網接口模塊，它構建了數據采集和傳輸的硬件基礎；此外，論文還完成了μC/OS-II操作系統在LPC2210上的移植，并實現了系統TCP/IP協議棧；最后，采用了多任務化方式設計了系統應用程序。 通過遠端上位機應用軟件測試表明，本系統實現了心電信號的采集與傳輸，達到了遠程監控心電信號的目的，且運行穩定可靠。
上傳時間： 2013-06-15
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VLSI(超大規模集成電路)的快速發展，使得FPGA技術得到了迅猛發展，FPGA的快速發展又為實時圖像處理在算法、系統結構上帶來了新的方法和思路，全景圖像處理是實時圖像處理中一個嶄新的領域，其在視頻監視領域內有廣泛的應用前景。 本文首先介紹了全景圖像處理的發展狀況，課題的主要背景、國內外發展現狀、課題的研究意義、課題的來源和本文的主要研究工作及論文組織結構。然后在第二章中介紹了FPGA的發展，FPGA/CPLD的特點，并介紹了Cyclone Ⅱ系列FPGA的硬件結構，硬件描述語言，開發工具Quartus Ⅱ以及FPGA開發的一般原則。 文章的重點放在了電路板的設計部分，也就是本文的第三章。在介紹電路設計部分之前首先介紹一些高速數字電路設計中的一些概念、高速數字電路設計中常見問題，并對常見問題給出了一般解決方法。 在FPGA電路板設計部分中，對FPGA電路的設計過程作了詳細的說明，其中著重介紹了采用了FBGA封裝的EP2C35芯片的電路設計要點，多層電路板設計要點，FPGA供電管腳的處理注意事項，FPGA芯片中PLL模塊的設計以及FPGA的配置方法，并給出了作者的設計思路。FPGA供電電源也是電路板設計的要點所在，文章中也著重對其進行了介紹，提及了FPGA電源設計指標要求及電壓功耗估計，并根據現有的FPGA電源解決方案提出了設計思路和方法。同時文章中對FPGA芯片外圍器件電路包括圖像采集顯示芯片電路、圖像存儲電路、USB2.0接口電路的設計做了相應的介紹。最終目的就是為基于FPGA的全景圖象處理搭建一個穩定運行的平臺。 在第四章中介紹了IC總線控制器的狀態機圖及信號說明和相應的仿真圖。 文章最后給出了FPGA硬件電路的調試結果，驗證了設計目的，為進一步的工作打下了良好的基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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音頻管理組件(Audio Management Unit，AMU)是先進客艙娛樂與服務系統(Advanced Cabin Entertainment Service System，ACESS)的組成部分，應用于飛機上音頻資源的管理與控制。飛機運營對航空機載電子系統準確性、復雜性和安全性的高要求，使得其維修維護工作極大地依賴于自動測試設備(Automatic Testing Equipment，ATE)。本課題來源于實際工程項目， FPGA技術具備多種優點，將其與民航測試設備結合研制一個用于檢測AMU故障的自動測試系統，該系統將對AMU自動完成部件維修手冊(Comvonent Maintenance Manual，CMM)所規定的全部功能、性能方面的綜合測試。 本文首先概述音頻管理組件、自動測試系統及其在民航領域的應用，并闡述了課題的背景、研究目標和相關技術要求；文章對可編程邏輯器件CPLD/FPGA的結構原理、硬件描述語言VHDL的特點以及MAXL+plusⅡ軟件的設計流程進行了說明，重點闡述了基于FPGA的DDS信號發生器以及數據采集卡的設計實現、并著重闡述了ARINC429總線的傳輸規范，和基于FPGA的ARINC429總線接口的設計與實現。在ARINC429接口設計中采用自頂向下，多層次系統設計的方法，用VHDL語言進行描述。在發送器中利用了FPGA內部的分布式RAM創建異步FIFO，節約了FPGA的內部資源和提高了數據傳輸速度；在接收器中采用了提高抗干擾性的優化設計。測試結果表明基于FPGA的設計實現ARINC429總線數據通信的要求，使用方便，可靠性好，能夠克服HS-3282芯片中的數據格式固定，使用不夠靈活方便，價格昂貴的缺點。
上傳時間： 2013-08-06
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-08-03
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本論文討論的是如何對符合DVB-T標準的數字圖像無線監控系統中的MPEG2圖像實現底層硬件的實時加/解密.數字圖像無線監控系統是某公司研發的符合DVB-T標準的實時圖像語音無線傳輸系統,通過對實時采集的圖像等信息的發射與接收實現對遠程現場的無線監控.為了保證圖像數據在傳輸中的保密性,設計了基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統.該系統由加/解密算法模塊和密鑰管理模塊組成.加/解密算法模塊完成發射機及接收機中的實時數據流的加/解密,該模塊是基于FPGA的,采用美國國家標準DES(Dara Encryption Standard)算法,實現了對MPEG2 TS流的硬件加/解密.密鑰管理模塊完成加/解密模塊的密鑰產生、管理、控制、輸入等功能.本論文首先介紹了密碼學的基本知識及幾種典型的加密體制和算法.接著介紹了DVB-T數字廣播標準和數字圖像無線監控系統的原理和系統結構.然后對圖像加解密器的系統設計原理及實現做了詳細介紹.在此基礎上,介紹了FPGA中的加密算法的仿真及實現和密鑰管理模塊的實現.最后介紹了系統的硬件電路和整個系統的軟硬件調試.本人的工作主要包括:1.查閱資料,了解密碼學及DVB系統相關領域知識.2.根據項目要求設計基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統方案.3.基于FPGA完成MPEG2圖像的底層硬件加密及解密邏輯程序設計,并設計各個控制程序和驅動.4.設計系統原理圖及電路板,完成系統的軟硬件調試和與全系統的聯調.
上傳時間： 2013-06-30
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系統向高速率和大容量擴展的主要障礙，尤其是160Gb/s光傳輸系統中，由PMD引起的脈沖畸變現象更加嚴重。為了克服PMD帶來的危害，國內外已經開始了對PMD補償的研究。但是目前的補償系統復雜、成本高且補償效果不理想，因此采用前向糾錯(FEC)和偏振擾偏器配合抑制PMD的方法，可以實現低成本的PMD補償。 在實驗中將擾偏器連入光時分復用系統，通過觀察其工作前后的脈沖波形，發現擾偏器的應用改善了系統的性能。隨著系統速率的提高，對擾偏器速率的要求也隨之提高，目前市場上擾偏器的速率無法滿足160Gb/s光傳輸系統要求。通過對偏振擾偏器原理的分析，決定采用高速控制電路驅動偏振控制器的方法來實現高速擾偏器的設計。擾偏器采用鈮酸鋰偏振控制器，其響應時間小于100ns，是目前偏振控制器能夠達到的最高速率，但是將其用于160Gb/s高速光通信系統擾偏時，這個速率仍然偏低，因此，提出采用多段鈮酸鋰晶體并行擾偏的方法，彌補鈮酸鋰偏振控制器速率低的問題。通過對幾種處理器的分析和比較，選擇DSP+FPGA作為控制端，DSP芯片用于產生隨機數據，FPGA芯片具有豐富的I/O引腳，工作頻率高，可以實現大量數據的快速并行輸出。這樣的方案可以充分發揮DSP和FPGA各自的優勢。另外對數模轉換芯片也要求響應速度快，本論文以FPGA為核心，完成了FPGA與其它芯片的接口電路設計。在QuartusⅡ集成環境中進行FPGA的開發，使用VHDL語言和原理圖輸入法進行電路設計。 本文設計的偏振擾偏器在高速控制電路的驅動下，可以實現大量的數據處理，采用多段鈮酸鋰晶體并行工作的方法，可以提高偏振擾偏器的速率。利用本方案制作的擾偏器具有高擾偏速率，適合應用于160Gb/s光通信系統中進行PMD補償。
上傳時間： 2013-04-24
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基于小波變換和神經網絡理論,對非穩定、大信噪比(SNR)變化的通信信號進行有效的特征提取和分類,實現了通信信號調制方式的分類識別.首先,采用基于多分辨分析框架的Mallat快速算法提取離散細節作為特征采,實驗得出db3小波非常適合作為特征提取小波,用小波變換大大壓縮了通信信號特征矢量,提取的信號特征矢量64點;然后依據神經網絡理論,分別采用BP網絡作為分類器對通信信號調制識別分類.從計算機模擬實驗結果可知,該方法能很好地完成通信信號調制識別分類任務,使識別正確率得到了明顯改善,同時降低了識別分類過程的復雜度,并且為通信信號調制識別的DSP實現提供了快速計算的理論基礎.其次,介紹了TMS320LF2407 DSP和FPGA的結構原理,并在此基礎上設計了數字信號處理板和制作調試電路板.最后,用匯編和C語言編制A/D程序、串口通信程序和應用程序,并在信號處理板上調試和運行.
上傳時間： 2013-07-23
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