電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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不間斷電源(UPS)是一種能提供優質電源并保證電源供應連續的電力電子裝置。它的應用范圍廣泛，在很多領域，UPS已經成了標準配置。采用數字信號處理器(DSP)實現UPS的數字化控制是當前許多UPS設計者關注的問題。DSP在UPS中的應用主要集中在兩個方面：一是將各種先進的控制方法用于逆變實時數字控制；二是利用DSP實現更準確更迅速的鎖相環控制。 本文分析了當前逆變控制的各種方案，針對逆變的擾動及諧波周期出現的特點，采用了重復控制來提高逆變輸出的穩態特性。因為重復控制具有一個周期延遲控制的特點，本文也采用了PID控制來改善逆變控制的動態性能。本文分析了目前重復控制的常用方案，在建立UPS逆變濾波電路數學模型的基礎上設計了新的重復控制和PID控制結合的方案。對重復控制與PID復合控制方案在MATLAB中作了仿真。仿真試驗證明了控制方案的有效性。 在硬件方面，設計了在線式UPS系統中DSP的接口電路，其中包括DSP供電電路，蓄電池電壓過低檢測電路，市電及輸出電壓過零檢測等電路。對DSP的資源進行了分配，充分利用了DSP的外設多和速度快的特點。 在軟件方面，設計了各部分的程序，其中包括主程序，軟件鎖相及正弦參考信號生成程序，輸出有效值控制程序以及各種相關的中斷及保護程序。 本文結合實際，搭建了實驗線路，給出了實驗線路的原理及各部分的實驗電路。該實驗電路可對逆變控制過程和鎖相環節進行控制實驗。 本文將PID控制與重復控制相結合，對逆變器輸出進行控制，驗證了重復控制與PID復合控制的有效性。本文還對UPS的DSP數字化控制作了研究，這些都對UPS技術的進步有積極的作用。
上傳時間： 2013-05-17
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本論文在詳細研究MIL-STD-1553B數據總線協議以及參考國外芯片設計的基礎上，結合目前新興的EDA技術和大規模可編程技術，提出了一種全新的基于FPGA的1553B總線接口芯片的設計方法。 從專用芯片實現的具體功能出發，結合自頂向下的設計思想，給出了總線接口的總體設計方案，考慮到電路的具體實現對結構進行模塊細化。在介紹模擬收發器模塊的電路設計后，重點介紹了基于FPGA的BC、RT、MT三種類型終端設計，最終通過工作方式選擇信號以及其他控制信號將此三種終端結合起來以達到通用接口的功能。同時給出其設計邏輯框圖、算法流程圖、引腳說明以及部分模塊的仿真結果。為了資源的合理利用，對其中相當部分模塊進行復用。在設計過程中采用自頂向下、碼型轉換中的全數字鎖相環、通用異步收發器UART等關鍵技術。本設計使用VHDL描述，在此基礎之上采用專門的綜合軟件對設計進行了綜合優化，在FPGA芯片EP1K100上得以實現。通過驗證證明該設計能夠完成BC/RT/MT三種模式的工作，能處理多種消息格式的傳輸，并具有較強的檢錯能力。 最后設計了總線接口芯片測試系統，選擇TMS320LF2407作為主處理器，測試主要包括主處理器的自發自收驗證，加入RS232串口調試過程提高測試數據的直觀性。驗證的結果表明本文提出的設計方案是合理的。
上傳時間： 2013-06-04
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藍牙（Bluetooth）技術是近年來國外先進國家研究發展最快的短程無線通信技術之一，能夠廣泛地應用于工業短距離無線控制裝置、近距離移動無線控制設備、機器人控制、辦公自動化及多媒體娛樂設備等局部范圍內無線數據傳輸的領域中。在我國,由于對藍牙技術的研究還處于研究開發的初級階段, 還沒有形成藍牙數據短距離無線通信的一套開放性應用標準。 在無線音頻傳輸領域內，傳統的基于模擬調制方式的無線音頻傳輸由于抗干擾能力較差，傳輸的音頻質量會受到較大的影響，而國內市場上的藍牙音頻產品僅支持單聲道語音傳輸。所以，對基于藍牙技術的高品質多通道音頻傳輸技術的研究將具有一定的技術創新性，在無線音頻傳輸領域也具有較為廣闊的市場前景。 本文以嵌入式藍牙技術與音頻信號傳輸系統為研究開發課題，參考國外藍牙技術協議標準,利用功能模塊單元與嵌入式技術,目標是研制一種基于嵌入式開發應用的高品質雙聲道藍牙無線音頻傳輸系統。本系統通過對雙聲道線性模擬音源的數字化MP3編解碼處理，結合基于嵌入式應用的簡化后的HCI層藍牙應用協議，實現了藍牙信道帶寬內的高品質雙聲道音頻信號點對點的傳輸。 在硬件設計上，系統采用了模塊化設計思想。發送端和接收端由音頻處理模塊、控制傳輸模塊和無線模塊三部分構成。其中，音頻處理模塊以MAS3587音頻處理芯片為核心，負責音頻信號的AD采樣、MP3壓縮和解壓縮以及DA還原等工作；控制傳輸模塊以MSP430F169為核心，負責MP3數據幀的高速傳輸以及藍牙接口協議控制；無線模塊采用藍牙單芯片解決方案（集成藍牙射頻、基帶和鏈路管理等），負責MP3數據幀的射頻發送和接收。模塊與模塊之間采用工業標準接口方式連接。音頻處理模塊和控制傳輸模塊之間采用DMA方式的通用并口（PIO）；控制傳輸模塊與藍牙模塊之間采用DMA方式的通用異步串口（UART）。 在軟件設計上，系統主要由藍牙協議解釋、傳輸控制和芯片驅動三部分構成。在藍牙協議解釋上，系統采用了基于HCI層的ACL數據包透明傳輸方式；在傳輸控制上，采用了基于通用并口（PIO）和異步串口（UART）的DMA方式高效率批量數據傳輸技術；芯片驅動主要指對MAS3587的基本配置。 對目標系統的測試實驗采用了目前流行的音頻測試虛擬儀器軟件Adobe Audition 1.5。實驗項目包括掃頻測試、音樂測試、聽覺測試、距離測試以及抗干擾測試等。實驗結果表明，輸入音源在經過MP3編碼、發射、接收及MP3解碼后，音頻質量基本上沒受影響，實際雙聲道音質接近于CD音質，而無線傳輸的可靠性遠高于模擬無線音頻傳輸，幾乎沒有斷音與錯音，充分體現了嵌入式藍牙無線技術的優勢。
上傳時間： 2013-05-27
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高性能ADC產品的出現，給混合信號測試領域帶來前所未有的挑戰。并行ADC測試方案實現了多個ADC測試過程的并行化和實時化，減少了單個ADC的平均測試時間，從而降低ADC測試成本。 本文實現了基于FPGA的ADC并行測試方法。在閱讀相關文獻的基礎上，總結了常用ADC參數測試方法和測試流程。使用FPGA實現時域參數評估算法和頻域參數評估算法，并對2個ADC在不同樣本數條件下進行并行測試。 通過在FPGA內部實現ADC測試時域算法和頻域算法相結合的方法來搭建測試系統，完成音頻編解碼器WM8731L的控制模式接口、音頻數據接口、ADC測試時域算法和頻域算法的FPGA實現。整個測試系統使用Angilent 33220A任意信號發生器提供模擬激勵信號，共用一個FPGA內部實現的采樣時鐘控制模塊。并行測試系統將WM8731.L片內的兩個獨立ADC的串行輸出數據分流成左右兩通道，并對其進行串并轉換。然后對左右兩個通道分別配置一個FFT算法模塊和時域算法模塊，并行地實現了ADC參數的評估算法。 在樣本數分別為128和4096的實驗條件下，對WM8731L片內2個被測.ADC并行地進行參數評估，被測參數包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信號與噪聲諧波失真比SINAD、總諧波失真THD等5個常用參數。實驗結果表明，通過在FPGA內配置2個獨立的參數計算模塊，可并行地實現對2個相同ADC的參數評估，減小單個ADC的平均測試時間。 FPGA片內實時評估算法的實現節省了測試樣本傳輸至自動測試機PC端的時間。而且只需將HDL代碼多次復制，就可實現多個被測ADC在同一時刻并行地被評估，配置靈活。基于FPGA的ADC并行測試方法易于實現，具有可行性，但由于噪聲的影響，測試精度有待進一步提高。該方法可用于自動測試機的混合信號選項卡或測試子系統。 關鍵詞：ADC測試；并行；參數評估；FPGA；FFT
上傳時間： 2013-07-11
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隨著通信技術的發展，視頻傳輸系統因具有方便、實時、準確等特點已成為現代工業管理、安全防范、城市交通中必不可少的重要部分。而光纖傳輸以大容量、保密性能好、抗干擾能力強、傳輸距離等優點越來越受人們的關注。本論文以FPGA為核心芯片，結合數字化技術和時分復用技術，提出了一種無壓縮多路數字視頻光纖傳輸系統設計方案，并詳細分析方案的設計過程。 系統分A/D轉換、D/A轉換和FPGA數據處理三大模塊化進行設計，FPGA數據處理模塊實現了程序的配置下載、IO口的控制功能、各時鐘分頻、鎖相功能和多路數字信號的復接解復接仿真，同時完成了視頻信號的A/D轉換和數字視頻信號的D/A轉換功能，最終實現了八路視頻信號在一根光纖上實時傳輸的功能。接收視頻圖像輪廓清晰、沒有不規則的閃爍、沒有波浪狀等條紋或橫條出現，基本滿足視頻監控系統的圖像質量指標要求。各路視頻信號的輸入輸出電接口、阻抗和收發光接口均符合國家標準，系統具高集成度、靈活性等特點，能廣泛應用于各場合的視頻監控系統和安全防范系統中。 關鍵詞：FPGA，光纖傳輸，視頻信號
上傳時間： 2013-06-05
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隨著電子技術的不斷發展和進步，嵌入式系統也越來越廣泛的滲入到人類生活的方方面面。我們生活中常用的手機、數碼相機、掌上電腦、便攜式掃描儀等等都應用到了嵌入式系統。 論文首先介紹了嵌入式系統，包括嵌入式系統的構成、特點、發展趨勢以及FPGA在嵌入式中的應用等，指明嵌入式系統設計一般可分為硬件設計和軟件設計兩部分。 硬件設計部分，首先介紹了FPGA的相關知識，包括FPGA構成、特性、開發工具、開發流程等，并對論文中選用的Altera公司的CyclonⅡ器件做了詳細的介紹。利用SOPC Builder、NiosⅡ等工具設計創建了NiosⅡ CPU內核，添加以太網、Flash、PIO以及VGA接口等模塊，生成了一個Nios CPU內核，完成硬件設計。 軟件設計部分，研究了嵌入式操作系統的發展、種類、特點等，簡單介紹了幾種代表性的嵌入式操作系統。選擇嵌入式操作系統時，綜合考慮了內核、可移植性、可裁剪性、外掛模塊、成本、服務等各種因素，最終選用μCLinux操作系統。詳細介紹了μCLinux的特點、基本架構、代碼結構等。利用NiosⅡIDE為宿主機建立Linux開發環境。在IDE里配置Linux內核和文件系統，編譯后上載到做好的硬件平臺上。啟動μCLinux后將一個C語言編寫的九宮格求解程序下載到開發板中運行，檢驗運行結果，驗證嵌入式系統的正確性。 論文所做的只是嵌入式系統的一個應用實例。實際應用過程中，用戶可以根據自己的實際需要對軟硬件進行修改，以實現不同的功能。
上傳時間： 2013-07-19
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本課題是在課題組已實現的高速串行通信平臺的基礎上，進一步引伸，設計開源的PCI軟核通信模塊替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在從模式下，做到占用資源更少，傳輸速度更快，也為以后實現更完整的功能提供平臺。 本文以此為背景，基于FPGA平臺，搭建以開源的PCI軟核為核心的串行通信接口平臺，使其成為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁，使用戶邏輯避開與復雜的PCI總線協議。本課題采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統開發板作為串行通信接口的硬件實驗平臺，實現了支持配置讀/寫交易、單數據段讀/寫、突發模式讀/寫、命令/地址譯碼功能和數據傳送錯誤檢測與處理功能的PCI軟核。 本文主要闡述了以PCI軟核為核心的串行通信平臺的實現，首先介紹了PCI軟核的編程語言、軟件工具和硬件實驗平臺Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統開發板。然后，介紹了PCI總線命令、PCI軟核所支持的功能、PCI軟核兩側信號的定義、PCI軟核配置模塊以及探討了PCI軟核的狀態機接收、發送數據等過程，分析了PCI軟核的數據收發功能仿真，主要包括配置讀/寫交易、單數據段模式讀/寫和突發模式讀/寫的仿真圖形，并闡述了管腳約束的操作流程。最后介紹PCI軟核模塊的WDM驅動，內容包括驅動程序簡介、驅動程序的開發、中斷處理、驅動程序與應用程序之間的通信以及應用程序操作。最后，對PCI軟核的各種性能進行了比較分析。整個模塊設計緊湊，完成在實驗平臺上的數據發送。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL，在開發工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統的設計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為PCI軟核編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。之后，將FPGA設計下載到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統開發板中運行。 文章最后指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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數字視頻監控技術無論是在軍事領域還是在民用領域，都有著重要的作用和廣泛的應用市場及前景。迫切的軍用和民用需求，推動著視頻監控技術持續而迅猛的發展。為了提高監控視頻的圖像質量，使設備小型化，以便能滿足各種條件下的適用場合，目前基于FPGA的數字視頻偵察監控系統已成為一種主流的解決方案。 本文設計了一種可以在戰場上使用的數字視頻偵察監控系統。該系統配備了12路攝像頭，當偵察車或者裝甲車在向前進的時候，可以做到對周圍的環境全方位的偵察監控，從而對判斷戰場的情況起到了巨大的作用。 本文首先介紹了數字視頻監控技術的發展與現狀，視頻數據的產生以及接收特性和FPGA技術的基本概念，在此基礎上研究了視頻信號的組成方式、VGA、DVI顯示接口以及顯示器的工作原理，分析了采用FPGA實現整個系統的可能性。接著，在充分考慮了要求達到的標準以后，選用了視頻解碼芯片SAA7111A、視頻編碼芯片ADV7125、DVI發送芯片TFP410、CY7C1061AV33型SRAM以及EP2C35FBGA672型FPGA芯片應用于硬件電路設計。然后設計出電路原理圖以及PCB版圖。最后，根據系統工作要求，本文設計了FPGA系統中的片內邏輯模塊，包括視頻采集緩沖異步FIFO（先進先出）模塊、I2C總線配置模塊、視頻幀存控制模塊、VGA視頻顯示模塊、DVI視頻顯示模塊等。在此基礎上完成了系統軟硬件調試，最終成功的實現了12路攝像頭的切換顯示和對周圍環境的全方位監控，達到了預定的設計目標。
上傳時間： 2013-07-30
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隨著列車自動化控制和現場總線技術的發展，基于分布式控制系統的列車通信網絡技術TCN（IEC-61375）在現代高速列車上得到廣泛應用。TCN協議將列車通信網絡分為絞線式列車總線WTB和多功能車輛總線MVB，其中WTB實現對開式列車中的互聯車輛間的數據傳輸和通信，MVB實現車載設備的協同工作和互相交換信息。 本文介紹了國內外列車通信網絡的發展情況和各自優勢，分析了MVB一類設備底層協議。研究利用FPGA實現MVB控制芯片MVBC，用ARM作為微處理器實現MVB一類設備的嵌入式解決方案。其中，在FPGA芯片中主要采用自頂向下的設計方法，RLT硬件描述語言實現MVB控制芯片MVBC一類設備的主要功能，包括幀編碼器、幀解碼器和邏輯接口單元。ARM主要完成了軟件程序的編寫和實時操作系統的移植。在eCos實時操作系統上，完成了驅動和上層應用程序，包括端口初始化、端口配置、幀收發指令和報文分析。 為了驗證設計的正確性，在設計的硬件平臺基礎上，搭建了MVB通信網絡的最小系統，對網絡進行系統功能測試。測試結果表明：設計方案正確，達到了設計的預期要求。
上傳時間： 2013-08-03
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