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上傳時間: 2013-05-18
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文章開篇提出了開發(fā)背景。認為現(xiàn)在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、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”不同的產品,同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發(fā)展的今天,這種傳統(tǒng)的模擬開關電源已經很難跟上時代的發(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)的遠距離監(jiān)測成為了可能,同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求,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,數(shù)字化開關電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領域的今天,最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領域。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容是在傳統(tǒng)開關電源模擬調節(jié)器的基礎上,提出了一種新的數(shù)字化調節(jié)器方案,即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進行了較為具體的設計,并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時代發(fā)展的步伐,使系統(tǒng)電路更簡單,精度更高,通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發(fā)展的現(xiàn)狀,以及研究數(shù)字化開關電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關電源的總體設計框圖和實現(xiàn)方案,并與傳統(tǒng)的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數(shù)字化PID調節(jié),通過數(shù)字化PID算法產生PWM波來控制斬波器,控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調節(jié)器,使電路更簡單,精度更高,通用性更強。傳統(tǒng)的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節(jié)后--分立元器件構成,采用專用脈寬調制芯片實現(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。再將這兩個信號分別送至電流調節(jié)器和電壓調節(jié)器的反相輸入端,用來實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次,文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計,并給出了具體的電路圖,同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環(huán)境開關量檢測、環(huán)境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數(shù)字低通濾波。由于整個系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng),要求采樣速率相當高。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的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節(jié),從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率,從而達到閉環(huán)控制的目的。 最后,對數(shù)字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試,得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方,認為該方案在其他相關行業(yè)中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許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)定性和響應能力造成負面影響。數(shù)字電源則剛好相反,同時數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發(fā)成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下,數(shù)字化開關電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數(shù)字化電源,系統(tǒng)還有值得改進的地方,比如改進主控器,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、通信和測控等技術領域,將數(shù)字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統(tǒng)的設計方案不僅可以用在電源控制器上,只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間: 2013-06-21
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發(fā)展,人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求,這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像,再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果,投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕,甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化,而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中,要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示,顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術,實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機,它實時采集圖形服務器,或者PC的圖像信號,通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合,在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片,并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設計了一個ARM處理器模塊,用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞,并能實時從上位機更新參數(shù)。該設計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法,接著提出了系統(tǒng)的設計方案及模塊劃分,然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法,最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間: 2013-04-24
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GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防部為軍事目的而建立的衛(wèi)星導航系統(tǒng),其主要目的是解決海上、陸地和空中運載工具的導航定位問題。GPS作為新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng),不僅具有全球、全天候、連續(xù)、高精度導航與定位能力,而且具有優(yōu)良的抗干擾性和保密性。因此,發(fā)展全球定位系統(tǒng)是當今導航技術現(xiàn)代化的一個重要標志。在GPS接收機中,為了得到導航電文并對其進行解算,要完成復雜的信號處理過程。其中,怎樣捕獲到衛(wèi)星信號,并對C/A碼進行跟蹤是研制GPS接收機的重要問題之一。本文在對GPS信號的結構進行深入的分析后,結合FPGA的特點,對算法進行設計及優(yōu)化后,給出了相應的仿真。內容主要包括以下幾個方面: 1.對GPS信號結構的產生原理進行了深入地分析,并對GPS信號的調制機理進行詳細地闡述。 2.在GPS信號的捕獲方面,采用了基于FFT頻域的快速捕獲的方法,即將接收到的GPS信號先利用快速傅立葉變換(FFT)變換到頻域,在頻域完成相應的運算后,再利用傅立葉反變換(IFFT)變換到時域。從而大大減少了計算量,加快了信號捕獲的速度,提高了捕獲性能。 3.在C/A碼跟蹤部分,本文采用了非相干延遲鎖定環(huán)對C/A碼進行跟蹤。來自載波跟蹤環(huán)路的本地載波將輸入的信號變成基帶信號,然后分別和本地碼的三個不同相位序列進行相乘,將相乘結果進行累加,經過處理將得到碼相位和當前的載波頻率送到載波跟蹤環(huán)路。 4.載波跟蹤環(huán),本文采用的是科斯塔斯環(huán)。載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)在結構上相似,故本文只對關鍵的載波NCO進行了仿真。 本文的創(chuàng)新點主要是使用FPGA對整個GPS信號的捕獲及C/A碼的跟蹤進行設計。此外,根據(jù)FPGA的特點,在不改變外部硬件設計的前提下,改變相應的IP核或相關的VHDL程序就可對系統(tǒng)進行各種優(yōu)化設計,以適應不同類型的GPS接收機的不同功能。
上傳時間: 2013-06-27
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JPEG是聯(lián)合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫,是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點,被廣泛應用在數(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強,本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統(tǒng)由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中,服務器端實時采集攝像頭傳送的動態(tài)圖像,進行JPEG編碼,通過網絡傳送碼流到客戶端;客戶端接收碼流,經過JPEG解碼,恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度出發(fā),首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺,介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則;然后從JPEG圖像壓縮技術發(fā)展的歷程出發(fā),分析JPEG標準實現(xiàn)高壓縮比高質量圖像處理的原理;針對FPGA在算法實現(xiàn)上的特點,以及JPEG算法處理的原理,按照編碼和解碼順序,研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換,以及按發(fā)生頻率進行優(yōu)化的霍夫曼查找表結構,并且從系統(tǒng)整體上對JPEG編解碼進行簡化,以提高系統(tǒng)的處理性能。最后,通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性,根據(jù)SOPC Builder中Avalon總線的要求,把圖像采集,JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊,在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統(tǒng)中,由Nios嵌入式軟核的控制下運行,在FPGA芯片上實現(xiàn)整個JPEG實時圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法,具有造價低功耗低,性能穩(wěn)定,圖像恢復后質量高等優(yōu)點,適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數(shù)字電影的動畫特技制作,對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現(xiàn)實意義。通過在FPGA上實現(xiàn)JPEG編解碼,進一步探索FPGA在數(shù)字圖像處理上的優(yōu)勢所在,深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點,是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間: 2013-04-24
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我們畫PCB的時候一般要把原理圖生成網絡表,再把網絡表導入PCB文件中。在入網絡表的的時候因為我們沒有對元件封裝做遺漏檢查而出現(xiàn)錯誤,所以在SCH到PCB前一般要對SCH進行錯誤檢查。
上傳時間: 2013-04-24
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測試儀廣泛應用于國民經濟和國防建設的各個領域,是科研和生產不可或缺的重要裝備之一。其工作原理是由信號發(fā)生裝置向被測對象發(fā)送激勵信號,同時由信號采集與處理裝置通過傳感器采集被測對象的響應信號,并送到上位機進行數(shù)據(jù)分析和處理。本文研究采用靈活的現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA為核心,協(xié)調整個儀器的運轉,并采用先進的USB總線技術,將信號發(fā)生、信號采集與處理有機地集成為一體的多功能測試儀。 本文的第一章介紹了測試儀及其研究應用現(xiàn)狀,根據(jù)儀器的成本、便攜性和通用性要求不斷提高的發(fā)展趨勢,提出了本課題的研究任務和關鍵技術; 第二章從硬件和軟件兩個方面討論了測試儀的總體設計方案,并且分別詳述了電源模塊、USB模塊、FPGA模塊、DSP模塊、A/D模塊、D/A模塊這六個功能模塊的硬件設計; 第三章討論了USB模塊相關的軟件設計,其中包含USB固件設計、驅動程序設計和客戶應用程序設計三個方面的內容,詳細論述了各部分軟件的架構和主要功能模塊的實現(xiàn)。 第四章討論了主控器FPGA的設計,是本文的核心部分。先從總體上介紹了FPGA的設計方案,然后從MCU模塊、信號采集模塊、信號發(fā)生模塊三部分具體描述了其實現(xiàn)方式。軟件設計上采用了模塊化的設計思想,使得結構清晰,可讀性強,易于進一步開發(fā);并且靈活的使用了有限狀態(tài)機,大大提高了程序的穩(wěn)定性和運行效率。 第五章介紹了DSP模塊的設計,討論了波形生成的原理及實現(xiàn),并提出了與FPGA接口的方式。 第六章詳細描述了實驗的步驟和結果,分別從單通道采樣和多通道采樣兩方面實驗,驗證了儀器的性能和設計的可行性。
上傳時間: 2013-06-25
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ChipScope Pro具有傳統(tǒng)邏輯分析儀的功能,是針對Xilinx Virtex Pro等系列FPGA的在線片內信號分析工具,主要功能是通過JTAG口,實時、在線、方便地觀察到FPGA內部的信號,給調試、故障定位提供極大的方便。ChipScope Pro的基本原理是利用FPGA中未使用的BlockRam,根據(jù)用戶設定的觸發(fā)條件將信號實時的保存到這些BlockRam中,然后通過JTAG口傳送到計算機,最后在計算機屏幕上顯示出時序波形。
上傳時間: 2013-05-22
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隨著微電子技術的高速發(fā)展,實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用。FPGA就是硬件處理實時圖像數(shù)據(jù)的理想選擇,基于FPGA的圖像處理專用系統(tǒng)的研究將成為信息產業(yè)的新熱點。 本文詳細介紹了一種實時監(jiān)控圖像處理系統(tǒng)的設計方案,實現(xiàn)了具有前端視頻采集系統(tǒng)、圖像預處理功能系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器,由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、視頻解碼模塊、I
上傳時間: 2013-06-20
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圖像處理技術是信息科學中近幾十年來發(fā)展最為迅速的學科之一。目前,數(shù)字圖像處理技術被廣泛應用于航空航體、通信、醫(yī)學及工業(yè)生產領域中。圖像處理系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一般來講有三種方式:專用的圖像處理器件主要有專用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit)、數(shù)字信號處理器(Digital Signal Process)和現(xiàn)場可編程門陣列(FieldProgrammable GateArray)以及相關電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中,低層的圖像預處理的數(shù)據(jù)量很大,要求處理速度快,但運算結果相對比較簡單。相對于其他兩種系統(tǒng),基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)非常合適用于圖像的預處理。 本文設計了一種基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)。它的主要功能有:對攝像頭送來的視頻數(shù)據(jù)進行采集,并把它數(shù)字化;實現(xiàn)中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像增強算法;將數(shù)字視頻信號轉換為模擬信號。 圖像處理系統(tǒng)由主處理器單元、圖像編碼單元和圖像解碼單元三部分組成。FPGA作為整個系統(tǒng)的核心器件,不僅要模擬出12C總線協(xié)議,完成視頻解碼芯片和編碼芯片的初始化;還要對視頻流同步信號提取,實現(xiàn)圖像采集控制,并將圖像信號存儲在SRAM中;圖像增強算法也是在FPGA中實現(xiàn)。采用PHILIPS公司的專用視頻解碼芯片SAA7111A將模擬視頻轉化數(shù)字視頻;視頻編碼芯片SAA7121完成數(shù)字視頻到模擬視頻的轉化。
標簽: FPGA 圖像處理系統(tǒng)
上傳時間: 2013-07-19
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