頻率特性測試儀(簡稱掃頻儀)是一種測試電路頻率特性的儀器，它廣泛應用于無線電、電視、雷達及通信等領域，為分析和改善電路的性能提供了便利的手段。而傳統的掃頻儀由多個模塊構成，電路復雜，體積龐大，而且在高頻測量中，大量的分立元件易受溫度變化和電磁干擾的影響。為此，本文提出了集成化設計的方法，針對可編程邏輯器件的特點，對硬件實現方法進行了探索。 本文對三大關鍵技術進行了深入研究： 第一，由掃頻信號發生器的設計出發，對直接數字頻率合成技術(DDS)進行了系統的理論研究，并改進了ROM壓縮方法，在提高壓縮比的同時，改進了DDS系統的雜散度，并且利用該方法實現了幅度和相位可調制的DDS系統-掃頻信號發生器。 第二，為了提高系統時鐘的工作頻率，對流水線算法進行了深入的研究，并針對累加器的特點，進行了一系列的改進，使系統能在100MHz的頻率下正常工作。 第三，從系統頻率特性測試的理論出發，研究如何在FPGA中提高多位數學運算的速度，從而提出了一種實現多位BCD碼除法運算的方法—高速串行BCD碼除法；隨后，又將流水線技術應用于該算法，對該方法進行改進，完成了基于流水線技術的BCD碼除法運算的設計，并用此方法實現了頻率特性的測試。 在研究以上理論方法的基礎上，以大規模可編程邏輯器件EP1K100QC208和微處理器89C52為實現載體，提出了基于單片機和FPGA體系結構的集成化設計方案；以VerilogHDL為設計語言，實現了頻率特性測試儀主要部分的設計。該頻率特性測試儀完成掃頻信號的輸出和頻率特性的測試兩大主要任務，而掃頻信號源和頻率特性測試這兩大主要模塊可集成在一片可編程邏輯器件中，充分體現了可編程邏輯器件的優勢。 本文首先對相關的概念理論進行了介紹，包括DDS原理、流水線技術等，進而提出了系統的總體設計方案，包括設計工具、語言和實現載體的選擇，而后，簡要介紹了微處理器電路和外圍電路，最后，較為詳細地闡述了兩個主要模塊的設計，并給出了實現方式。
上傳時間： 2013-06-08
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成，鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)。本次設計是利用FPGA完成一個DDS系統并利用該系統實現模擬信號的數字化調頻。 DDS是把一系列數字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加；相位碼—幅度碼轉換電路，一般由ROM實現；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字調頻和調相。本次數字化調頻的基本思想是利用AD轉換電路將模擬信號轉換成數字信號，同時用該數字信號與一個固定的頻率字累加，形成一個受模擬信號幅度控制的頻率字，從而獲得一個頻率受模擬信號的幅度控制的正弦波，即實現了調頻。該DDS數字化調頻方案的硬件系統是以FPGA為核心實現的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整個系統由VHDL語言編程，開發軟件為MAX+PLUSⅡ。經過實際測試，該系統在頻率較低時與理論值完全符合，但在高頻時，受器件速度的限制，波形有較大的失真。
上傳時間： 2013-06-14
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逆變控制器的發展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統，并從數模混合電路過渡到純數字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現技術，依次對專用芯片的系統功能劃分，硬件算法，全系統的硬件設計及優化，流水線操作和并行化，芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續時間和離散時間的數學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環電壓外環雙閉環控制系統的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統具有很好的動、靜態性能，并且具有自動限流功能，提高了系統的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規格，完成了器件選型及相關的開發環境和工具的選取。然后系統闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發流程。在此基礎上，進行了芯片系統功能劃分，針對：DDS標準正弦波發生器，電壓電流雙環控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發生器，死區控制器，數據流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數字鎖相環的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統鎖相系統中的環路濾波，用相位累加器實現數控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數字鎖相環（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優化問題，并針對逆變器控制系統中，控制系統算法呈多層結構，且層與層之間還有數據流聯系，其執行順序和數據流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統的流水線優化設計問題。本文最后對芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩態”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
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數字濾波作為數字信號處理技術的重要組成部分，廣泛應用于諸如信號分離、恢復、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴格的線性相位特性而得到廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實現方法則難以同時達到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現電子系統的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據，研究適應工程實際的數字濾波器的設計方法： (2)對分布式算法進行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎上，分析了利用FPGA特有的查找表結構完成這一運算的方法，從而解決了常系數乘法運算硬件實現的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數字濾波器的具體實現方法，采用層次化、模塊化、參數化的設計思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設計； (4)設計參數可調的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉換電路、D/A轉換電路以及在系統配置電路等。以話音作為輸入信號，進行了實際濾波效果的測試。 實驗系統的測試結果表明，和傳統的數字濾波器相比較具有更好的實時性、準確性、靈活性和實用性。
上傳時間： 2013-07-13
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如今電力電子電路的控制旨在實現高頻開關的計算機控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數字化的方向發展。現場可編程門陣列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡潔、經濟、高速度、低功耗等優勢，又具有全集成化、適用性強，便于開發和維護(升級)等顯著優點。與單片機和DSP相比，FPGA的頻率更高、速度更快，這些特點順應了電力電子電路的日趨高頻化和復雜化發展的需要。因此，在越來越多的領域中FPGA得到了日益廣泛的發展和應用。 本文提出了一種采用現場可編程門陣列(FPGA)器件實現數字化通用PWM控制器的方案。該控制器能產生多路PWM脈沖，具有開關頻率可調、各路脈沖間的相位可調、接口簡單、響應速度快、易修改、可現場編程等特點，可應用于PWM的全數字化控制。文中對方案的實現進行了比較詳細的論述，包括A/D采樣控制、PI算法的實現、PWM波形的產生、各模塊的工作原理等。 本文還提出一種新型ZCT-PWMBoost變換器，詳細的分析了該變換器的工作過程，并采用基于FPGA的數字化通用PWM控制器對這種軟開關Boost變換器進行控制，給出了比較完滿的實驗結果。實驗結果驗證了該控制器以及該ZCTBoost變換器的可行性和有效性，
上傳時間： 2013-06-22
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電力線通信技術利用分布廣泛的低壓電力線作為通信信道，實現internet高速互連，為用戶提供互聯網訪問、視頻點播等服務，形成包括電力在內的“四網合一”，目前正受到人們的關注。利用該技術，可以在居民區內建立寬帶接入網，也可以利用遍布家庭各個房間的電源插座組成家庭局域網。但是電力線是傳輸電能的，因此通過電力線傳輸數據有許多的問題需要解決。 OFDM(正交頻分復用)技術是實現電力線通信的一項熱門技術。OFDM采用添加循環前綴的技術，能有效地降低ICI(信道間干擾)和ISI(碼間干擾)。同時通過使用正交的子信道，大大提高了頻譜資源利用率。FPGA作為可編程邏輯器件，具有設計時間短、投資少、風險小的特點，而且可以反復修改，反復編程，直到完全滿足需要，具有其他方式無可比擬的方便性和靈活性，能夠加速數字系統的研發速度。本文著重研究了OFDM同步技術在FPGA上的實現。本論文主要是在項目組工作的基礎上構造雙路信號數據糾正算法流程，提出最佳采樣點與載波相位估計算法，完善中各個子模塊算法的硬件設計流程。內容安排如下：第一章介紹OFDM(正交頻分復用)技術的發展歷史、技術原理。第二章介紹了PLD的分類、工藝和結構特點，以及FPGA的開發環境、開發流程和Verilog語言的特點。第三章對OFDM系統的同步模塊進行詳細的闡述。第四章是OFDM同步算法的在FPGA上的實現，對各個子模塊進行仿真，給出了仿真波形圖和系統性能分析。最后，第五章總結了全文的工作，對OFDM技術的實現需要進一步完善的方面與后續工作進行了探討。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： 1.本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 2.采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 3.本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 4.本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 5.本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 6.最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。
上傳時間： 2013-07-10
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諧波帶來的影響已經嚴重危及到電力系統的安全、經濟、穩定運行。解決諧波污染的關鍵在于精確實時地確定諧波的成分、幅值和相位等因素。而今普通工業控制計算機已越來越不能滿足系統運行的高效性、高實時性、高穩定運行性和高可靠性等要求，給諧波的測量帶來誤差，因而開發新一代基于ARM平臺和嵌入式Linux系統的電力諧波檢測裝置來滿足這些要求顯得很重要。 同時，友好的圖形界面也已經成為人們普遍關注的一個熱點問題。電力諧波檢測裝置的圖形用戶系統更是存在著進程獨立、網絡通信能力、跨平臺等特殊需求。在眾多的圖形用戶界面軟件中，因QT/Embedded具有跨平臺、面向對象、能設計精美的人機界面等優點，系統便選取QT/Embedded作為支撐平臺，并解決了QT/Embedded跨平臺移植和中文化等問題。 因頻譜泄露和柵欄效應以及系統基本頻率的波動，普通的FFT算法不能準確測量諧波和間諧波成份。為了提高測量精度，本文先用頻域插值法確定系統的基本頻率，以及插值多項式方法重構時域采樣信號，接下來用FFT計算整數次諧波成份，以及頻域插值方法計算間諧波成份。 系統選用長沙科瑞捷機電有限公司提供的基于ARM處理器的SAM7430模塊，在此基礎上開發諧波檢測軟件，包括數據采集、FFT分析以及界面顯示程序。經初步調試系統工作穩定可靠，具有一定的實用參考價值。
上傳時間： 2013-08-02
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超聲波電機(Ultrasonic motors，簡稱USM)是一種全新原理的直接驅動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁電機相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域比傳統的電磁電機性能優越得多。超聲波電機在工業控制系統、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要以行波型超聲波電機的驅動控制技術為研究對象，引入嵌入式系統理念，設計并制作了超聲波電機的驅動控制系統，并對超聲波電機的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究內容及成果如下： 介紹了超聲波電機的工作原理、特點及其應用前景，總結了國內外超聲波電機驅動控制技術的發展歷史和研究現狀，以及今后我國超聲波電機驅動控制技術的發展方向，明確了本文的研究內容。 結合嵌入式系統特點及其開發方法，詳細介紹了超聲波電機嵌入式驅動控制系統的硬件和軟件設計過程，并總結了硬件、軟件的調試過程。最后，對所設計系統性能進行了實驗測試和數據分析。 采用DDS技術解決超聲波電機所需要的高頻驅動電源和數字控制的問題。本文設計的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調的雙通道信號發生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設計并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系統。速度控制采用增量式PID調節，其控制策略簡單、易行，通過實驗選擇合適的參數能適應一般的控制精度要求。定位控制則采用模糊PID控制策略，該策略將模糊控制不需要精確的數學模型、收斂速度快的特點與PID簡單易行、能消除穩態誤差的優點相結合，改善了模糊控制器穩態性能，使電機定位控制精度達到0.0880。
上傳時間： 2013-07-16
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