在機器人學(xué)的研究領(lǐng)域中，如何有效地提高機器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學(xué)者十分關(guān)注的一個重要內(nèi)容。在分析了工業(yè)機器人的發(fā)展歷程和機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標(biāo)是針對四關(guān)節(jié)實驗室機器人特有的機械結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，建立一個新型全數(shù)字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺，實現(xiàn)對四關(guān)節(jié)實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發(fā)，首先分析了所研究的四關(guān)節(jié)實驗室機器人的本體結(jié)構(gòu)，并對其抽象簡化得到了它的運動學(xué)數(shù)學(xué)模型。在明確了實現(xiàn)機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統(tǒng)的諸多可行性方案進(jìn)行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結(jié)構(gòu)：第一級CPU為上位計算機，它實現(xiàn)對機器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調(diào)控制以及完成機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現(xiàn)了對機器人多個關(guān)節(jié)的高速并行驅(qū)動；第三級CPU為交流伺服驅(qū)動處理器，它實現(xiàn)了機器人關(guān)節(jié)伺服電機的精確三閉環(huán)誤差驅(qū)動控制，以及電機的故障診斷和自動保護(hù)等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現(xiàn)上位計算機．與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機器人系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩個部分：一是采用VC++實現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用C語言實現(xiàn)的下位DSP控制程序，它主要負(fù)責(zé)接收上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱發(fā)送的控制信號，實現(xiàn)對機器人的實時驅(qū)動，同時還能夠?qū)崟r的向上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱反饋機器人的當(dāng)前狀態(tài)信息。 研究開發(fā)出來的四關(guān)節(jié)實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩(wěn)定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現(xiàn)對機器人的各種設(shè)定作業(yè)的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現(xiàn)場對機器人進(jìn)行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-04-24
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GPS（全球定位系統(tǒng)）是美國建立的高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，高動態(tài)GPS接收機可應(yīng)用于衛(wèi)星、飛機、高速列車等許多場合。高動態(tài)給GPS信號帶來很大的多普勒頻移和多普勒頻移變化率，普通民用接收機無法正常工作。適用于高動態(tài)條件的接收機可以有效消除多普勒頻移及其變化率對信號接收的影響，提高導(dǎo)航定位精度。 本文在深入研究GPS的系統(tǒng)組成、工作原理以及信號格式的基礎(chǔ)上，重點研究高動態(tài)條件下C/A碼和載波的捕獲與跟蹤方案。論文的主要工作如下： 1．深入研究擴頻信號的各種捕獲算法，提出了一種適用于高動態(tài)的基于FFT的C/A碼快速捕獲算法； 2．研究擴頻碼跟蹤和載波跟蹤技術(shù)，設(shè)計了載波輔助的碼跟蹤環(huán)路——數(shù)字延遲鎖定環(huán)（DLL）及一種叉積自動頻率跟蹤環(huán)（CPAFC）與科斯塔斯（Costas）環(huán)相結(jié)合的載波跟蹤方案，并在MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)模型，對環(huán)路參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計； 3．初步完成了GPS接收機基帶處理模塊核心單元的FPGA設(shè)計和功能仿真。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著社會的進(jìn)步及移動用戶的迅猛增長，第三代移動通信越來越受到各界的重視。多用戶檢測技術(shù)是第三代移動通信中重要的技術(shù)之一；常規(guī)CDMA接收機采用匹配濾波器的結(jié)構(gòu)，但是這種結(jié)構(gòu)的接收機并沒有考慮到信道中多址干擾的存在，使彼此間影響減少來提高系統(tǒng)容量；而功控的方法也沒有從接收信號中真正去除多址干擾，只能緩解這種矛盾，不能從根本上解決問題。要想真正消除干擾，大幅度提高系統(tǒng)容量，必須通過多址對消和多用戶檢測技術(shù)。 本文首先介紹了CDMA的基本原理和多用戶檢測的基本原理。然后重點介紹和分析各種多用戶檢測的原理，然后依據(jù)多用戶檢測的四個技術(shù)指標(biāo)對各種多用戶檢測的方法進(jìn)行比較，從中選擇實現(xiàn)簡單，性能優(yōu)越的解相關(guān)檢測器來作為實現(xiàn)的標(biāo)的算法。 然后，本文重點研究分析解相關(guān)檢測器的原理，給出了實現(xiàn)解相關(guān)檢測器的系統(tǒng)設(shè)計的流程，其中包括硬件電路的搭建和軟件實現(xiàn)的方法。硬件電路是基于DSP(TI公司的TMS320C5402)和FPGA(Altera公司的EP1K10Q208-3)來完成。軟件部分主要采用C語言來完成。 本文系統(tǒng)研究了多用戶檢測技術(shù)，并實現(xiàn)了解相關(guān)算法，在理論研究和實際應(yīng)用方面都有一定的價值。
上傳時間： 2013-07-29
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擴頻通信是一種性能優(yōu)異的通信方式，自其誕生之日起就受到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。本文以DS/SS接收機為基礎(chǔ)，圍繞相關(guān)的理論和技術(shù)，開展了載波跟蹤技術(shù)FPGA實現(xiàn)的研究。 論文首先綜述了課題的來源、背景和意義，闡述了DS/SS接收系統(tǒng)前端處理模塊和信號處理模塊的結(jié)構(gòu)，指出了本課題的關(guān)鍵技術(shù)。與此同時，作者在參考了大量國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，深入研究了四相鑒頻、自動頻率跟蹤鑒頻以及反正切鑒相等載波跟蹤鑒頻、鑒相算法，并根據(jù)這些理論設(shè)計了FLL與PLL相結(jié)合的載波跟蹤策略，完成了CPAFC和Costas環(huán)路仿真和性能分析。 其次，論文對載波跟蹤環(huán)路的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計，其中包括基帶信號處理的混頻、相關(guān)和積分清洗模塊，誤差量的提取和控制模塊，以及本地載波的產(chǎn)生模塊等，并在Altera公司的Stratix系列芯片----EP1S808956C6上對每個組成模塊進(jìn)行了功能和時序上的仿真與實現(xiàn)，之后對系統(tǒng)各模塊進(jìn)行了集成，解決了系統(tǒng)實現(xiàn)的同步問題。 最后，論文對系統(tǒng)作了實驗總結(jié)與分析，包括板級驗證總結(jié)與分析、接收機載波跟蹤性能分析，以及對載波同步技術(shù)的總結(jié)和展望。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,人們對數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高,從而對數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收機的一個重要任務(wù)就是在于克服各種非理想因素的干擾下,從接收到的被噪聲污染的數(shù)據(jù)信號中提取同步信息,并進(jìn)而將數(shù)據(jù)正確的恢復(fù)出來。而數(shù)據(jù)恢復(fù)電路是光纖通信和其他許多類似數(shù)字通信領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵電路,其性能決定了接收端的總體性能。 目前,數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的結(jié)構(gòu)主要有“時鐘提取”和“過采樣”兩種結(jié)構(gòu)。基于“過采樣”的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法的關(guān)鍵是過采樣,即通過引入?yún)⒖紩r鐘,并增加時鐘源個數(shù)的方式來代替第一種方法中的“時鐘提取”。與“時鐘提取”的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法相比,基于“過采樣”的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法在性能上還有較大的差距,但是后者擁有高帶寬、立即鎖存能力、較低的等待時間和更高的抖動容限,更易于通過數(shù)字的方法實現(xiàn),實現(xiàn)更簡單,成本更低,并且這是一種數(shù)字化的模擬技術(shù)。如果能通過“過采樣”方法在普通的邏輯電路上實現(xiàn)622.08Mb/s甚至更高速率的數(shù)據(jù)恢復(fù),并將它作為一個IP模塊來代替專用的時鐘恢復(fù)芯片,這無疑將是性能和成本的較好結(jié)合。 本文主要研究“過采樣”數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的基本原理,通過全數(shù)字的設(shè)計方法,給出了在低成本可編程器件FPGA上實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)電路兩種不同的過采樣的實現(xiàn)方案,即基于時鐘延遲的過采樣和基于數(shù)據(jù)延遲的過采樣。基于時鐘延遲的過采樣數(shù)據(jù)恢復(fù)電路方案,通過測試驗證,其最高恢復(fù)的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到640Mb/s。測試結(jié)果表明,采用該方案實現(xiàn)的時鐘恢復(fù)電路可工作在光纖通信系統(tǒng)STM-4速率級,即622.08MHz頻率上,各方面指標(biāo)基本符合要求。
標(biāo)簽： FPGA 光接收機 數(shù)據(jù)恢復(fù) 電路
上傳時間： 2013-04-24
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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設(shè)計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構(gòu)設(shè)計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構(gòu)建方法；詳細(xì)說明了如何運用EDA技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細(xì)闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結(jié)果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設(shè)計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術(shù)解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設(shè)計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當(dāng)設(shè)計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設(shè)計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設(shè)計，大大提高了設(shè)計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進(jìn)也極其方便。
上傳時間： 2013-06-19
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隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的突飛猛進(jìn)，人們對通信的保密性能，抗干擾能力的要求越來越高，而且對信息隱蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。這些要求的實現(xiàn)都離不開擴頻通信技術(shù)的應(yīng)用，而擴頻通信芯片作為擴頻通信網(wǎng)絡(luò)的核心器件，自然也成了研究的重點。本論文旨在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果，并以家庭電力線通信環(huán)境為背景，驗證了一種CDMA碼分多址通信的實現(xiàn)方案，并通過智能家庭系統(tǒng)展示了其應(yīng)用效果。 本課題以構(gòu)建家庭電力載波通信網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)，首先，以兩塊Cyclone系列FPGA開發(fā)板為基礎(chǔ)，分別作為發(fā)送單元和接收單元，構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺；以QuartusⅡ 7.2為開發(fā)環(huán)境，運用Verilog硬件描述語言，編寫擴頻模塊和解擴模塊，并且進(jìn)行了測試、仿真和綜合，驗證了通過專用芯片實現(xiàn)擴頻通信系統(tǒng)的可行性。應(yīng)用方面，采用電力線載波通信芯片，提出了一種由智能插線板和嵌入式網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的家電控制系統(tǒng)。用戶通過WEB方式登陸嵌入式網(wǎng)關(guān)，智能插線板能夠在嵌入式網(wǎng)關(guān)的控制下控制電器的電源、發(fā)送紅外遙控指令，實現(xiàn)對家電的遠(yuǎn)程遙控。使用兩塊FPGA開發(fā)板，實現(xiàn)了擴頻通信基本收發(fā)是本設(shè)計得主要成果；將擴頻通訊技術(shù)、嵌入式Web技術(shù)引入到智能家庭系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中是本文的一個特點。 仿真和實驗表明：采用電力線載波通信芯片組建家庭網(wǎng)絡(luò)的方案可行，由智能插線板和嵌入式網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的家電控制系統(tǒng)能靈活、便捷地實施家電控制，并具有一定的節(jié)能效果。
上傳時間： 2013-06-17
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在雷達(dá)信號偵察中運用寬帶數(shù)字接收技術(shù)是電子偵察的一個重要發(fā)展方向。數(shù)字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應(yīng)用廣泛。電子系統(tǒng)數(shù)字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數(shù)據(jù)流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應(yīng)用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。 本文利用FPGA技術(shù)，設(shè)計了具備高速信號處理能力的寬帶數(shù)字接收機平臺，并提出了數(shù)字接收機實現(xiàn)的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現(xiàn)對雷達(dá)信號并行地實時檢測和參數(shù)估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現(xiàn)的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關(guān)累加算法進(jìn)行信號檢測，利用信號的相關(guān)性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規(guī)信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現(xiàn)。 2、算法的FPGA硬件實現(xiàn)：針對原算法中極大消耗運算量的相關(guān)運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關(guān)算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發(fā)平臺完成設(shè)計，系統(tǒng)測試結(jié)果表明，本設(shè)計能正常工作，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。 文章的最后，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計給出幾種VHDL優(yōu)化方法，主要圍繞系統(tǒng)的速度、結(jié)構(gòu)和面積等問題展開討論。
標(biāo)簽： FPGA 雷達(dá)信號 數(shù)字接收機
上傳時間： 2013-06-25
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LED顯示屏作為一項高新科技產(chǎn)品正引起人們的高度重視，它以其動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作性能穩(wěn)定而日漸成為顯示媒體中的佼佼者，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于廣告、證券、交通、信息發(fā)布等各方面，且隨著全彩屏顯示技術(shù)的日益完善，LED顯示屏有著廣闊的市場前景。 本文主要研究的對象為全彩色LED同步顯示屏控制系統(tǒng)，提出了一個系統(tǒng)實現(xiàn)方案，整個系統(tǒng)分三部分組成：DVI解碼電路、發(fā)送系統(tǒng)以及接收系統(tǒng)。DVI解碼模塊用于從顯卡的DVI口獲取視頻源數(shù)據(jù)，經(jīng)過T.D.M.S.解碼恢復(fù)出可供LED屏顯示的紅、綠、藍(lán)共24位像素數(shù)據(jù)和一些控制信號。發(fā)送系統(tǒng)用于將收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩存，經(jīng)處理后發(fā)送至以太網(wǎng)芯片進(jìn)行以太網(wǎng)傳輸。接收系統(tǒng)接收以太網(wǎng)上傳來的視頻數(shù)據(jù)流，經(jīng)過位分離操作后存入SRAM進(jìn)行緩存，再串行輸入至LED顯示屏進(jìn)行掃描顯示。然后，從多方面論述了該方案的可行性，仔細(xì)推導(dǎo)了LED顯示屏各技術(shù)參數(shù)之間的聯(lián)系及約束關(guān)系。 本課題采用可編程邏輯器件來完成系統(tǒng)功能，可編程邏輯器件具有高集成度、高速度、在線可編程等特點，不僅可以滿足高速圖像數(shù)據(jù)處理對速度的要求，而且增加了設(shè)計的靈活性，不需修改電路硬件設(shè)計，縮短了設(shè)計周期，還可以進(jìn)行在線升級。
上傳時間： 2013-06-22
上傳用戶：jennyzai
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻圖像處理的應(yīng)用越來越廣泛，各種圖像處理算法日趨成熟，相關(guān)的硬件技術(shù)更是不斷推陳出新。現(xiàn)代大規(guī)模集成電路VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為視頻圖像處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA用于嵌入式視頻圖像處理有其獨特優(yōu)勢。FPGA高性能、高集成度、低功耗的特點不僅使其具備高速CPU的性能，而且其可編程性使得設(shè)計者可以方便的通過對邏輯結(jié)構(gòu)的修改和配置，完成對系統(tǒng)的升級。 本文根據(jù)FPGA的并行處理特點，以及其在實時圖像處理方面的優(yōu)勢，進(jìn)行了基于FPGA的全景圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計。在設(shè)計過程中，廣泛查閱了相關(guān)資料，通過分析系統(tǒng)的功能，進(jìn)行具體器件的選型，最后確定紅色颶風(fēng)Ⅱ代開發(fā)板及其擴展板作為本系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺。然后通過編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序(I2C總線控制器、SDRAM控制器)，應(yīng)用程序(視頻數(shù)據(jù)接收與存儲邏輯模塊)，實現(xiàn)系統(tǒng)圖像采集、存儲的功能。本文的所有邏輯模塊均采用Verilog HDL語言進(jìn)行描述設(shè)計。 本文最后對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)達(dá)到了圖像實時采集、存儲的功能，能進(jìn)行正確可靠的工作。該系統(tǒng)為后續(xù)的圖像處理打下了堅實的基礎(chǔ)，同時整個系統(tǒng)的邏輯模塊資源消耗只占FPGA(EP1C12)的百分之幾，剩余資源還可以來用作一些硬件算法。
標(biāo)簽： FPGA 全景圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-02
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