自上世紀90年代Linux首次應用于嵌入式系統，至今已過了近10年。10年間，隨著芯片技術、總線技術以及計算機技術的發展，嵌入式處理器也從8位單片機時代發展到了如今高低端處理器百花齊放的時代。32位、16位處理器的價格不再是那么高不可攀。在這種背景下，本課題擬研究一種適用于小規模現場的，低成本的，具有RS-232C和CAN總線通訊方式且可在線進行軟件更新的監控系統。 現今，很多監控系統都以裝有微軟操作系統的IPC作為監督平臺，以單片機、PLC、DSP等作為DDC控制器，通過串口等方式通訊。其開發周期短，但成本總體較高，通訊方式單一。 本課題首先對幾種嵌入式處理器和嵌入式操作系統進行比較，確定了以ARM核的處理器和Linux作為本監督平臺的處理器和操作系統；其次研究了Linux在ARM上的移植以及運行過程，包括引導加載程序vivi、Linux2.6內核、根文件系統、各種外設(包括觸摸屏與以太網等)驅動程序的移植，以及基于Qt/E的串口通訊的圖形用戶界面的開發；最后對CAN總線以及RS-232C通訊方式在ARM7核的處理器及單片機上的應用進行研究。 基于以上研究開發的監控系統的監督平臺以S3C2410處理器為核心，以Linux2.6內核為操作系統，以觸摸屏為主要人機界面，具有RS-232C和以太網通訊方式，其成本較低，體積較小，功能較為靈活；其DDC控制器由基于STC5410AD和ARM7核的LPC2119的兩塊控制板以及一塊RS-232C與CAN總線轉換板組成，其控制功能更加強大，通訊方式也更加多樣化；另外，監督平臺與DDC控制器均可在線更新程序，降低了系統維護難度。 經過實踐調試，本監控系統的軟硬件均工作正常，實現了預期目標。本監控系統可應用于電力、化工、機電等多個領域的現場，具有較強的通用性。
上傳時間： 2013-07-08
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軟開關技術是電力電子裝置向高頻化、高功率密度化發展的關鍵技術，已成為現代電力電子技術研究的熱點之一。微處理器的出現促進了電力電子變換器的控制技術從傳統的模擬控制轉向數字控制，數字控制技術可使控制電路大為簡化，并能提高系統的抗干擾能力、控制靈活性、通用性以及智能化程度。本文提出了一種利用耦合輸出電感的新型次級箝位ZVZCS PWM DC/DC變換器，其反饋控制采用數字化方式。 論文分析了該新型變換器的工作原理，推導了變換器各種狀態時的參數計算方程；設計了以ARW芯片LPC2210為核心的數字化反饋控制系統，通過軟件設計實現了PWM移相控制信號的輸出；運用Pspice9.2軟件成功地對變換器進行了仿真，分析了各參數對變換器性能的影響，并得出了變換器的優化設計參數；最后研制出基于該新型拓撲和數字化控制策略的1千瓦移相控制零電壓零電流軟開關電源，給出了其主電路、控制電路、驅動電路、保護電路及高頻變壓器等的設計過程，并在實驗樣機上測量出了實際運行時的波形。 理論分析與實驗結果表明：該變換器拓撲能實現超前橋臂的零電壓開關，滯后橋臂的零電流開關；采用ARM微控制器進行數字控制，較傳統的純模擬控制實時反應速度更快、電源穩壓性能更好、外圍電路更簡單、設計更靈活等，為實現智能化數字電源創造了基礎，具有廣泛的應用前景和巨大的經濟價值。
上傳時間： 2013-08-03
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近年來，隨著計算機技術及網絡通信技術的發展，在家庭中實現生活的現代化、安全化，提高居住環境等要求，使家庭設備智能化成為未來生活發展的趨勢。 本文提出以嵌入式計算機為主控設備，將家庭網絡中主要的電器設備和服務系統通過藍牙技術構建一個家庭局域網絡，同時把GPRS遠程通信技術加入到智能家居系統中，不僅解決了在家庭內部復雜的布線問題，而且使用戶能夠在遠程控制家庭中的各種服務設備。 本文介紹了課題研究的背景和意義，分析了智能家居系統的發展現狀和趨勢，討論了嵌入式計算機系統和無線網絡技術相結合在智能家居系統中的應用情況。論文闡述了家庭無線網絡控制系統的設計思想和實現方法。 系統選擇S3C2410處理器為家庭無線控制器的主控制芯片，GPRS SIM300為遠程控制芯片，藍牙無線收發模塊101 007為控制各個家用電器的通信模塊。并設計了各模塊間的接口電路。系統完成了Windows CE在嵌入式S3C2410處理器上BSP的定制與開發，著重分析了系統啟動的過程，并成功實現了Windows CE在S3C2410上的移植。通過對家庭內部局域網絡協議藍牙協議和外部移動網絡GPRS的分析，在Windows CE上實現了藍牙主機控制器HCI協議和GPRS通信程序，完成了采用GPRS無線通信模塊與藍牙通信模塊相結合，實現對設備的監控。
上傳時間： 2013-06-24
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GPS技術在導航、定位及精確打擊等方面產生了重要影響，已經廣泛地應用在各種武器平臺上。但是，在干擾環境下也顯現出許多問題。由于其到達地球表面的信號極其微弱(-160dBW)，在現在復雜的電磁環境中容易受到干擾，尤其是C/A碼信號更易受到干擾，并且隨著導航戰的發展對GPS的抗干擾已成為爭取導航資源的有效措施。因此，研究干擾環境下的GPS接收機設計具有重要意義。 本文首先簡要介紹了GPS信號的結構及構成，通過對GPS信號特征以及接收機抗干擾能力的分析，結合干擾對接收機的作用方式及效果，確定GPS最易受的干擾類型為阻塞式干擾，然后針對這種干擾類型提出了一種有效的抗干擾技術-----自適應調零天線技術。接下來，著重研究了GPS接收機在此抗干擾技術前提下的若干抗干擾方法，并對其進行了詳細的分析和討論。 研究過程中，通過對最佳化準則和空域自適應濾波的理解，首先對不同天線陣列結構進行了性能仿真和比較分析，然后在對稱圓形天線陣列的基礎上對空域自適應算法進行了仿真分析，針對其自由度有限的問題接著對空時濾波方法做了詳細討論，在7元對稱圓形陣列的基礎上仿真說明了二者各自的優缺點。考慮到實際的干擾環境和本課題研究的初期階段，因此選用了適合本課題干擾環境的空域濾波方法，并對其自適應算法進行了適當的改進，使得其抗干擾性能獲得了一定程度的改善。 最后，詳細說明了該接收機抗干擾模塊的FPGA實現原理。詳細給出了頂層及各子模塊的設計流程與RTL視圖，實驗結果驗證了該算法的有效性。
上傳時間： 2013-06-03
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近年來，LED(light emitting diode，發光二極管)電子顯示屏作為一種高科技產品日益引起人們的重視。它可以實時顯示或循環播放文字、圖形和圖像信息，具有顯示方式豐富、觀賞性強、顯示內容修改方便、亮度高、顯示穩定且壽命長等多種優點，被廣泛應用于商業廣告、體育比賽、交通信息報導等諸多領域。 LED顯示屏的核心技術主要集中在控制器中。目前，大部分異步顯示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微處理器的處理速度、體系架構、尋址范圍、外圍接口資源等諸多限制，已難以在要求顯示較多像素、顯示內容幀頻較高、動態顯示效果復雜的情況下得到良好的動態視覺效果。 針對以上情況，本文研究開發了一種全新的，由32位高性能ARM微處理器組成的LED顯示屏控制系統，就控制平臺、硬件結構和軟件開發實現給出了驅動部分和控制部分的詳細分析與設計。 本文根據LED顯示屏在列車車廂和火車、汽車車站旅客導向系統中為應用背景，結合LPC2138的功能特點和LED顯示屏的功能需求。詳細介紹了顯示屏控制系統中包括電源模塊、復位模塊、RS485通訊電路等主要模塊的設計。成功實現了數據掃描、數據發送、數據通訊等LED顯示屏所需的功能。 結合控制系統RS485通訊協議和系統顯示的要求，分析了LED顯示屏通訊和控制系統的軟件開發流程。并詳細分析了顯示屏的靜、動態圖文顯示軟件流程結構；系統從上位機接受數據到信息顯示的整個軟件處理流程。 最后本文分析了LED顯示屏控制系統研發中所遇到的幾個難點問題，包括：提高RS485總線可靠性和抗干擾問題、系統在頻繁更換內容死機的問題、顯示內容較多時視覺效果的處理問題，并給出了解決方法。 經過實際測試，本文所述LED顯示屏控制系統性能良好，工作穩定可靠，易于維護升級，具有很高的性價比。
上傳時間： 2013-05-28
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現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的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規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，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，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的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著SOC技術、IP技術以及集成電路技術的發展，RISC軟核處理器的研究與開發設計開始受到了人們的重視。基于FPGA的RISC軟核處理器在各個行業開始得到了廣泛的應用，特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統中有著越來越廣泛的應用前景。 該論文在研究了大量國內外技術文獻的基礎上，總結了RISC處理器發展的現狀與水平。認真分析了RISC處理器的基本結構，包括總線結構，流水線處理的原理，以及流水線數據通路和流水線控制的原理；并詳細分析了該設計采用的指令集——MIPS指令集的內在結構。設計出了一個32位RISC軟核處理器，這個軟核處理器采用五級流水線結構，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術邏輯操作，以及它們的組合操作。通過軟件仿真和在Altera的FPGA開發板上進行驗證，證明了所設計的32位RISC處理器能準確的執行所選用的MIPS指令集，運行速度能達到30MHz，功能良好。 通過對所設計對象特點及其可行性的研究，選用了Altera公司QuartusⅡ軟件作為設計與仿真驗證的環境。在設計方法上，該課題采用了自頂向下的設計方法。在設計過程中采用了邊設計邊驗證這種設計與驗證相結合的設計流程，大大提高了設計的可靠性。該課題在設計過程中還提出了兩個有效的設計思路：第一是在32位寄存器的設計中利用FPGA的內部RAM資源來設計，減少了傳輸延時，提高了運行速度，并大大減少了對FPGA內部資源的占用；第二是在系統架構上采用了柔性化的設計方法，使得設計可以根據實際的需求適當的增減相應的部件，以達到需求與性能的統一。這兩個方法都有效地解決了設計中出現的問題，提高了處理器的性能。
上傳時間： 2013-07-21
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本文以符號多項式理論為基礎，從理論上論證了任意長度比特組合的CRC校驗碼的并行算法，提出了并行CRC計算的數學模型，并且以8位二進制序列(即一個字節)為例，介紹了利用此數學模型計算校驗碼的方法，最后給出了與此算法相對應的VHDL模型。經過對實驗數據的對比分析，表明文中所提并行CRC算法的關鍵路徑延遲和硬件面積都得到了優化，以Top-Down設計方法給出了一種HDLC協議控制器的設計方案，用VHDL語言進行了行為級描述，采用Xilinx公司的FPGA產品進行實現。
上傳時間： 2013-06-09
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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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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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