文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。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。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 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字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，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，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數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開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統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時代發展的步伐，使系統電路更簡單，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展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統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技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現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器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、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。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環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字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。 最后，對數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，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數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、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統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，都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字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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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進電機來驅動，即需要對8 000個電機進行驅動控制。如何對這8 000個電機進行有效的控制，是本文主要的研究內容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設計。FPGA相比較于DSP，單片機而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優點，可以存片內集成多個電機的摔制，這樣對于提高系統的集成度，節約成本無疑有著很大的幫助。 在電機的控制當中，其失步和過沖會直接影響到系統的精度，所以需要對電機脈沖頻率加以控制，對于在平穩狀態下能正常工作的電機，失步往往發生在啟動停止等脈沖頻率突然發生改變的時刻。具體實現方法是通過實驗找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數存儲在FPGA片內ROM里而，當電機運行到對應的步數時，取出分頻系數來獲取對應的運行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準，在每次觀測之前，電機都要回零，理論上電氣零位和機械零位在同一點上，如果電氣檢測到達零位則認為已經到達機械零位位置。但是實際中由于裝配等一些原因，可能會出現零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機處于機械零位，但是電氣不能檢測到；零位短路是指電機不在機械零位，但是電氣已經檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現，軟件程序中加入了計數器，從而從有效地保護了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅動336個光纖定位單元的小系統已經在北京天文臺興隆觀測站實際投入運行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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為了滿足外圍設備之間、外圍設備與主機之間高速數據傳輸，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)總線的概念，即周邊器件互連。因為PCI總線具有極高的數據傳輸率，所以在數字圖形、圖像和語音處理以及高速數據采集和處理等方面得到了廣泛的應用。 本論文首先對PCI總線協議做了比較深刻的分析，從設計要求和PCI總線規范入手，采用TOP-DOWN設計方法完成了PCI總線接口從設備控制器FPGA設計的功能定義：包括功能規范、性能要求、系統環境、接口定義和功能描述。其次從簡化設計、方便布局的角度考慮，完成了系統的模塊劃分。并結合設計利用SDRAM控制器來驗證PCI接口電路的性能。 然后通過PCI總線接口控制器的仿真、綜合及硬件驗證的描述介紹了用于FPGA功能驗證的硬件電路系統的設計，驗證系統方案的選擇，并描述了PCI總線接口控制器的布局布線結果以及硬件驗證的電路設計和調試方法。通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真，以及布局布線后的時序仿真，并設計了PCB實驗板進行測試，證明所實現的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介紹了利用驅動程序開發工具DDK軟件進行軟件設計與開發的過程。完成系統設計及模塊劃分后，使用硬件描述語言(VHDL)描述系統，并驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-07-15
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圖像采集系統是數字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉化為數字信號，或者直接從數字相機中獲取數字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數據存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優點。隨著對數據傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數據傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優點，得到廣泛的應用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現與PCI9054的本地接口的信號轉換，給出了邏輯實現方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。在文章的軟件設計部分介紹了WinDriver驅動開發工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統下實現設備的驅動程序開發，完成主模式數據傳輸和設備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-03
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本文的設計采用FPGA來實現π/4DQPSK調制解調。采用π/4DQPSK的調制解調方式是基于頻帶利用率、誤比特率(即抗噪性)和實現復雜性等綜合因素的考慮；采用FPGA進行實現是考慮到高速的數據處理以及AD和DA的高速采樣。 本課題主要包含以下幾個方面的研究： 首先對π/4DQPSK技術的應用發展情況做簡單介紹，并對其調制解調原理進行了詳細的闡述。在理解原理的基礎上，將調制解調進行模塊化劃分，提出了實現的思路和方法。其中包括串并轉換，差分相位編碼，內插，成形濾波器，正交調制，帶通濾波器及希爾伯特變換，解調，位同步，載波同步，差分相位解碼。 其次在FPGA上實現了π/4DQPSK的大部分模塊。其中調制端的各個模塊的功能都已經實現，并綜合在一起，下載到開發板上進行了在線仿真。其中成形濾波器的設計大大降低了FPGA的資源開銷，是本次設計的創新；解調端對載波同步和位同步提出了設計思路，具體的實現還需要進一步的研究；接口電路的測試和在線仿真已經完成。 最后提出了硬件實現的方案以及三種芯片的選型與設計，給出了簡要的電路圖和時序圖。
上傳時間： 2013-08-03
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現代家庭中單相供電的用電設備如電腦、電視機、冰箱等都具有非線性特性，都會產生諧波污染電網。本文針對這一現象研究了單相并聯電壓型有源電力濾波器（APF），設計了一個APF控制系統來產生與諧波電流大小相等方向相反的補償電流，并使補償電流實時地跟蹤諧波電流，從而消除諧波電流達到凈化電網。 本文對提出的APF控制系統從模擬和數字兩個方面進行了深入的研究。 首先，設計了APF的主電路結構，確定了系統中電感電容等元件參數，并根據仿真結果系統地分析了參數變化對系統補償效果的影響，然后根據補償效果選擇最佳的參數值。 其次，針對控制系統要求，選用適合系統的電流電壓PI雙環控制系統，通過參數優化后得到了控制器的最優參數，使控制效果達到最優。并從理論上詳細分析了無差拍控制算法。 最后，利用滯環比較原理制作了10KHz的三角波發生器，用于PWM調制電路。在對硬件描述語言以及FPGA設計流程深入理解的基礎上，利用Verilog語言實現了雙環PI控制器和PWM發生電路的數字化，使得有源電力濾波器補償精度提高，有更好的可修改性，可使用于很多不同的非線性負載。
上傳時間： 2013-07-27
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數字語音通信是當前信息產業中發展最快、普及面最廣的業務。語音信號壓縮編碼是數字語音信號處理的一個方面，它和通信領域聯系最為密切。在現有的語音編碼中，美國聯邦標準混合激勵線性預測（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語音質量，具有廣闊的應用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數字信號處理和通信領域具有著獨特的優勢?，F代大容量、高速度的FPGA一般都內嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵線性預測聲碼器的研究與設計。首先介紹了語音編碼研究的發展狀況以及低速率語音編碼研究的意義，接著在對MELP算法進行深入分析的基礎上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實現過程，最后本文把重點放在MELP聲碼器的編解碼器設計上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設計了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預測分析等關鍵模塊。 在Simulink環境下運用SignalCompiler對編解碼系統進行功能仿真，為了便于仿真，系統中沒有設計的模塊在Simulink中用數學模型代替，仿真結果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統編解碼后語音質量基本良好。
上傳時間： 2013-06-02
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近年來，在鋼鐵材質質量檢測的研究領域，電磁無損檢測方法以其非破壞性和簡便快速的優點取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質量檢測還存在許多難題.如用傳統檢測平臺檢測鋼鐵件硬度的檢測精度和速度都不夠理想。 基于上述情況，論文將先進的SOPC技術應用到鋼鐵件的電磁無損檢測中。SOPC技術將處理器、存儲器、IO接口、各種外圍設備等系統設計需要的部件集成到一個可編程邏輯器件上，構建成一個可編程的片上系統。 論文詳細論述了基于FPGA的電磁無損檢測試驗裝置的理論基礎，并在此基礎上給出了總體設計方案。全文著重敘述了系統的模擬部分，系統配置以及軟件部分的整個設計過程。利用QuartusⅡ自定義外設和Avalon總線多主并行處理的特點，采用Vefilog HDL，語言實現激勵信號發生器和高速數據采集器，使得信號激勵和信號采集在同一片芯片中實現，從而提高了信號及信號處理的精確度。由于電磁檢測對多種參數的敏感反應，必須抑制由此引入的多種因素的干擾，利用FIR數字濾波和相關方法從眾多的干擾信號中提取出有效信號的幅度和相位，同時利用NiosⅡC2H功能對濾波模塊進行硬件加速處理，大大提高了信號處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進行無損檢測。最后運用此電磁無損檢測系統對軸承鋼的硬度進行了定性測試，取得了較好的檢測結果。 試驗結果表明，將SOPC技術應用到電磁無損檢測系統中，系統的檢測速度和檢測精度都有所提高，并使得整個系統在規模、可靠性、性能指標、開發成本、產品維護及硬件升級等多方面實現了優化。
上傳時間： 2013-06-04
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根據交通部公布的數據，交通事故呈逐年上升趨勢，交通事故不僅給公民的財產造成了損失，而且給公民的人身安全也會造成威脅。因此如何更好地避免交通事故成為一個焦點課題，汽車安全系統更是成為汽車生產商和研究機構的研究熱點。 當前汽車安全系統有兩大種類：一是被動式安全系統。例如：安全帶，安全氣囊等。二是主動式安全系統。主動安全系統又分為主動被動式和主動自動式。前者有ABS等。后者有汽車自動防撞系統和倒車雷達等。 本文采用激光測距系統，開發一種汽車在高速公路上行駛的主動式防撞系統，本文的重點是開發測距預警系統，采用專門的激光測距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作為主控芯片，對前車進行有效的監控，根據檢測得到的數據，實時提出建議和報警，提醒駕駛員減速或者采取制動措施，從而達到預防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下幾個方面： 1) 在比較分析激光、雷達和毫米波等測距方法的基礎上，根據市場需求及潛在用戶分析，確定采用激光脈沖測距方式。針對激光脈沖測距存在的技術難題，提出以FPGA作為系統核心控制模塊的測距系統設計方案。 2) 根據對車載動態測距系統測量精度、測量頻率和測量范圍的基本要求，結合脈沖激光測距的特點，提出采用多頭脈沖激光測距和多周期脈沖測量的技術方案。該方案可有效提高系統測距精度和測量范圍，降低系統成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多頭脈沖激光測距系統的各功能模塊的詳細設計、功能仿真、綜合優化及板級測試實驗。實驗表明，各主要功能模塊基本達到預期設計要求，為測距系統的后期開發奠定了基礎。 4) 完成了激光測距傳感器外圍光電轉換電路、電源轉換電路及通訊接口的設計、制作、安裝及實驗室調試。 5) 最后對論文研究工作進行了總結，提出了系統的不足之處和進一步研究工作的方向。
上傳時間： 2013-05-27
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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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