隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與嵌入式控制技術(shù)的迅速發(fā)展，作為傳統(tǒng)運(yùn)輸行業(yè)的鐵路系統(tǒng)對(duì)此也有了新的要求，列車通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)為了規(guī)范列車通信網(wǎng)絡(luò)，于1999年通過(guò)了IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將列車通信網(wǎng)絡(luò)分為兩條總線：絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)。MVB是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信介質(zhì)，為掛在其上的設(shè)備傳輸和交換數(shù)據(jù)。而多功能車輛總線控制器(MVBC)是MVB與MVB實(shí)際物理層之間的接口，其主要實(shí)現(xiàn)MVB數(shù)據(jù)鏈路層的功能。由于該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)仍被國(guó)外公司壟斷，因此開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MVBC迫在眉睫。 鑒于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)MVBC的技術(shù)特點(diǎn)，本文提出了使用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)其具體功能的方案。掛在MVB總線上的設(shè)備分為五類，他們的功能各不相同。而支持4類設(shè)備的MVBC具有設(shè)備狀態(tài)、過(guò)程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)通信和總線管理功能，并且兼容2類和3類設(shè)備。本文的目的就是用FPGA實(shí)現(xiàn)支持4類設(shè)備的MVBC。 本文采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。整個(gè)MVBC主要?jiǎng)澐譃椋壕幋a模塊、譯碼模塊、冗余控制模塊、報(bào)文分析單元、通信存儲(chǔ)控制器、主控制單元、地址邏輯模塊。在整個(gè)開(kāi)發(fā)流程中，使用Xilinx的ISE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。使用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)上述各個(gè)模塊進(jìn)行RTL級(jí)描述，并用Synplify Pro進(jìn)行綜合。最后，在ModelSim中對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了布線后仿真和驗(yàn)證。 在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)嚴(yán)格的仿真驗(yàn)證后，其結(jié)果證明了本文設(shè)計(jì)的模塊達(dá)到了IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，用FPGA實(shí)現(xiàn)MVBC這一方案具有可操作性。 關(guān)鍵詞：列車通信網(wǎng)；多功能車輛總線；多功能車輛總線控制器；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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隨著通信技術(shù)的發(fā)展，視頻傳輸系統(tǒng)因具有方便、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確等特點(diǎn)已成為現(xiàn)代工業(yè)管理、安全防范、城市交通中必不可少的重要部分。而光纖傳輸以大容量、保密性能好、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受人們的關(guān)注。本論文以FPGA為核心芯片，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)和時(shí)分復(fù)用技術(shù)，提出了一種無(wú)壓縮多路數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)分析方案的設(shè)計(jì)過(guò)程。 系統(tǒng)分A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和FPGA數(shù)據(jù)處理三大模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)了程序的配置下載、IO口的控制功能、各時(shí)鐘分頻、鎖相功能和多路數(shù)字信號(hào)的復(fù)接解復(fù)接仿真，同時(shí)完成了視頻信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字視頻信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換功能，最終實(shí)現(xiàn)了八路視頻信號(hào)在一根光纖上實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ堋＝邮找曨l圖像輪廓清晰、沒(méi)有不規(guī)則的閃爍、沒(méi)有波浪狀等條紋或橫條出現(xiàn)，基本滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像質(zhì)量指標(biāo)要求。各路視頻信號(hào)的輸入輸出電接口、阻抗和收發(fā)光接口均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)具高集成度、靈活性等特點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于各場(chǎng)合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安全防范系統(tǒng)中。 關(guān)鍵詞：FPGA，光纖傳輸，視頻信號(hào)
標(biāo)簽： FPGA 多路 光纖傳輸系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-05
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激光打標(biāo)是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性標(biāo)刻。激光打標(biāo)以其“打標(biāo)速度快、性能穩(wěn)定、打標(biāo)質(zhì)量好”等優(yōu)勢(shì)，獲得了日益廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的激光打標(biāo)系統(tǒng)一般是基于ISA總線或PCI總線的，運(yùn)動(dòng)控制卡必須插在計(jì)算機(jī)的PCI插槽內(nèi)，且不支持熱捅拔，影響了控制卡的穩(wěn)定性；以單片機(jī)為主控制器的激光打標(biāo)控制卡雖然成本低、運(yùn)行可靠，但由于其運(yùn)算速度慢、存儲(chǔ)容量有限，限制了它的應(yīng)用范圍。 運(yùn)動(dòng)控制卡是激光打標(biāo)系統(tǒng)的核心組成部分。本文設(shè)計(jì)了一種新型的基于USB總線，以FPGA為主控單元的振鏡掃描式激光打標(biāo)控制卡，它利用了USB總線高速、穩(wěn)定、易用和FPGA資源豐富、處理能力強(qiáng)、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，將PC機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力與運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制能力相結(jié)合，具有信息處理能力強(qiáng)、開(kāi)放程度高、使用方便的特點(diǎn)。 本文首先介紹了激光打標(biāo)的原理，激光打標(biāo)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及激光打標(biāo)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。在對(duì)USB總線技術(shù)作了簡(jiǎn)要介紹后，詳細(xì)討論了激光打標(biāo)控制卡的硬件電路設(shè)計(jì)，包括USB接口電路，F(xiàn)PGA主控單元電路，D/A單元電路，存儲(chǔ)器電路，I/O接口電路等。接著對(duì)USB接口單元的固件程序和FPGA中USB接口功能模塊、D/A寫控制功能模塊和SRAM讀寫控制功能模塊的程序做了詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過(guò)軟硬件調(diào)試，控制卡實(shí)現(xiàn)了USB通信，輸出兩路模擬信號(hào)，SRAM數(shù)據(jù)讀寫，數(shù)字量輸入輸出等功能。
標(biāo)簽： FPGA USB 激光打標(biāo)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，信息化程度的不斷提高，人們相互之間的信息和數(shù)據(jù)交換日益增加。正交幅度調(diào)制器(QAM Modulator)作為一種高頻譜利用率的數(shù)字調(diào)制方式，在數(shù)字電視廣播、固定寬帶無(wú)線接入、衛(wèi)星通信、數(shù)字微波傳輸?shù)葘拵ㄐ蓬I(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 近年來(lái)，集成電路和數(shù)字通信技術(shù)飛速發(fā)展，F(xiàn)PGA作為集成度高、使用方便、代碼可移植性等優(yōu)點(diǎn)的通用邏輯開(kāi)發(fā)芯片，在電子設(shè)計(jì)行業(yè)深受歡迎，市場(chǎng)占有率不斷攀升。本文研究基于FPGA與AD9857實(shí)現(xiàn)四路QAM調(diào)制的全過(guò)程。FPGA實(shí)現(xiàn)信源處理、信道編碼輸出四路基帶I/Q信號(hào)，AD9857實(shí)現(xiàn)對(duì)四路I/Q信號(hào)的調(diào)制，輸出中頻信號(hào)。本文具體內(nèi)容總結(jié)如下: 1.介紹國(guó)內(nèi)數(shù)字電視發(fā)展?fàn)顩r、國(guó)內(nèi)國(guó)際的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，并詳細(xì)介紹國(guó)內(nèi)有線電視的系統(tǒng)組成及QAM調(diào)制器的發(fā)展過(guò)程。 2.研究了QAM調(diào)制原理，其中包括信源編碼、TS流標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換、信道編碼的原理及AD9857的工作原理等。并著重研究了信道編碼過(guò)程，包括能量擴(kuò)散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼等。 3.深入研究了基于FPAG與AD9857電路設(shè)計(jì)，其中包括詳細(xì)研究了FPGA與AD9857的電路設(shè)計(jì)、在allegro下的PCB設(shè)計(jì)及光繪文件的制作，并做成成品。 4.簡(jiǎn)單介紹了FPGA的開(kāi)發(fā)流程。 5.深入研究了基于FPAG代碼開(kāi)發(fā)，其中主要包括I2C接口實(shí)現(xiàn)，ASI到SPI的轉(zhuǎn)換，信道編碼中的TS流包處理、能量擴(kuò)散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼的實(shí)現(xiàn)及AD9857的FPGA控制使其實(shí)現(xiàn)四路QAM的調(diào)制。 6.介紹代碼測(cè)試、電路測(cè)試及系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試。 最終系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試表明基于FPGA與AD9857的四路DVB-C調(diào)制器基本達(dá)到了國(guó)標(biāo)的要求。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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通用異步收發(fā)器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協(xié)議。串行外設(shè)用到異步串行接口一般采用專用集成電路實(shí)現(xiàn)。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊，而時(shí)常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能，或者當(dāng)在FPGA上設(shè)計(jì)時(shí)，需要將UART功能集成到FPGA內(nèi)部而不能使用芯片。藍(lán)牙主機(jī)控制器接口則是實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備與藍(lán)牙模塊之間互操作的控制部件。當(dāng)在使用藍(lán)牙設(shè)備的時(shí)候尤其是在監(jiān)控場(chǎng)所，接口控制器在控制數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)的傳輸上就起了至關(guān)重要的作用。 論文針對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一個(gè)藍(lán)牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模塊。使用VHDL將其核心功能集成，既可以單獨(dú)使用，也可集成到系統(tǒng)芯片中，并且整個(gè)設(shè)計(jì)緊湊、穩(wěn)定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價(jià)值。 本設(shè)計(jì)采用TOP-DOWN設(shè)計(jì)方法，整體上分為UART接口和藍(lán)牙主機(jī)控制器接口兩部分。首先根據(jù)UART和藍(lán)牙主機(jī)控制器接口的實(shí)現(xiàn)原理和設(shè)計(jì)指標(biāo)要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)劃分模塊以及各個(gè)模塊的信號(hào)連接；然后進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出每個(gè)模塊的功能，并用VHDL語(yǔ)言編寫代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊功能；再使用ISE8.2I自帶的仿真器對(duì)各模塊進(jìn)行功能仿真和時(shí)序仿真；最后進(jìn)行硬件驗(yàn)證，在Virtex-II開(kāi)發(fā)板上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能驗(yàn)證。實(shí)現(xiàn)了發(fā)送、接收和波特率發(fā)生等功能，驗(yàn)證了結(jié)果，表明設(shè)計(jì)正確，功能良好，符合設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： HCIUART FPGA 藍(lán)牙
上傳時(shí)間： 2013-07-13
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號(hào)與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時(shí)也是軟件無(wú)線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)以及無(wú)線基站系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了能夠滿足目前對(duì)軟件無(wú)線電接收機(jī)自適應(yīng)性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺(tái)上設(shè)計(jì)SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過(guò)FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設(shè)計(jì)，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和可調(diào)試性。 在時(shí)序數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)上，充分利用FPGA中豐富的時(shí)序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計(jì)數(shù)器等，能夠方便的完成對(duì)系統(tǒng)輸入輸出時(shí)鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對(duì)各處時(shí)序延時(shí)進(jìn)行修正。 在存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)上，采用FPGA片內(nèi)存儲(chǔ)器?？筛鶕?jù)系統(tǒng)需要隨時(shí)進(jìn)行設(shè)置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設(shè)計(jì)上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過(guò)FPGA中的宏功能模塊和IP資源實(shí)現(xiàn)了對(duì)這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進(jìn)行切換。 在系統(tǒng)工作過(guò)程控制上，通過(guò)VB程序編寫了應(yīng)用于PC端的上層控制軟件。并通過(guò)并行接口實(shí)現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機(jī)上完成對(duì)系統(tǒng)工作過(guò)程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的驗(yàn)證了在系統(tǒng)整個(gè)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的正確性和時(shí)序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測(cè)FPGA中眾多待測(cè)引腳的難度。 本文第四章針對(duì)FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)每個(gè)模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時(shí)，文中還在其它章節(jié)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、并行接口設(shè)計(jì)、PCI接口設(shè)計(jì)、PC端控制軟件設(shè)計(jì)以及用于調(diào)試過(guò)程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對(duì)系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設(shè)計(jì)圖、實(shí)物圖及注釋詳細(xì)的相關(guān)源程序清單。
標(biāo)簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù)
上傳時(shí)間： 2013-07-09
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如今電力電子電路的控制旨在實(shí)現(xiàn)高頻開(kāi)關(guān)的計(jì)算機(jī)控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數(shù)字化的方向發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(Field Programmable Gate Arrays)是近年來(lái)嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)、高速度、低功耗等優(yōu)勢(shì)，又具有全集成化、適用性強(qiáng)，便于開(kāi)發(fā)和維護(hù)(升級(jí))等顯著優(yōu)點(diǎn)。與單片機(jī)和DSP相比，F(xiàn)PGA的頻率更高、速度更快，這些特點(diǎn)順應(yīng)了電力電子電路的日趨高頻化和復(fù)雜化發(fā)展的需要。因此，在越來(lái)越多的領(lǐng)域中FPGA得到了日益廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 本文提出了一種采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)器件實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)能產(chǎn)生三相六路正弦脈寬調(diào)制（SPWM）波形；調(diào)制頻率范圍為0～4KHZ，分7級(jí)控制；16位的速度控制分辨率；載波頻率分8級(jí)控制，最高可達(dá)24KHZ；系統(tǒng)接口兼容Intel系列和Motorola系列單片機(jī)；該系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單、精確，易修改，可現(xiàn)場(chǎng)編程；同時(shí)具有脈沖延時(shí)小、最小脈沖刪除、過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)功能等特點(diǎn)，可應(yīng)用于PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的全數(shù)字化控制。文中對(duì)方案的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，主要包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論分析，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及在FPGA硬件上的實(shí)現(xiàn)，最終驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的可行性和有效性。 數(shù)字化設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)最終生成的三相SPWM脈沖是基于三相正弦調(diào)制波和三角載波比較得到的。設(shè)計(jì)時(shí)，充分結(jié)合FPGA器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制振蕩器（NCO）來(lái)產(chǎn)生正弦波樣本，在一定程度上解決了傳統(tǒng)NCO產(chǎn)生正弦波的精度和頻率相互制約的問(wèn)題；把分時(shí)復(fù)用數(shù)字通信原理結(jié)合到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)出分時(shí)運(yùn)算電路，使得系統(tǒng)在同步時(shí)鐘下，生成三相正弦調(diào)制波而不影響系統(tǒng)的速度，同三角載波邏輯比較后，最終得到三相SPWM脈沖序列。
標(biāo)簽： FPGA 變頻調(diào)速控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-07-05
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自適應(yīng)濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)一直是自適應(yīng)信號(hào)處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)大，對(duì)器件的響應(yīng)速度也提出更高的要求。 本文針對(duì)用通用DSP 芯片實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)濾波器處理速度低和用HDL語(yǔ)言編寫底層代碼用FPGA實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)濾波器開(kāi)發(fā)效率低的缺點(diǎn)，提出了一種基于DSP Builder系統(tǒng)建模的設(shè)計(jì)方法。以隨機(jī)2FSK信號(hào)作為研究對(duì)象，首先在matlab上編寫了LMS去噪自適應(yīng)濾波器的點(diǎn)M文件，改變自適應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行了一系列的仿真，對(duì)算法迭代步長(zhǎng)、濾波器的階數(shù)與收斂速度和濾波精度進(jìn)行了研究，得出了最佳自適應(yīng)參數(shù)，即迭代步長(zhǎng)μ=0.0057，濾波器階數(shù)m=8，為硬件實(shí)現(xiàn)提供了參考。 然后，利用最新DSP Builder工具建立了基于LMS算法的8階2FSK信號(hào)去噪自適應(yīng)濾波器的模型，結(jié)合多種EDA工具，在EPFlOKl00EQC208-1器件上設(shè)計(jì)出了最高數(shù)據(jù)處理速度為36.63MHz的8階LMS自適應(yīng)濾波器，其速度是文獻(xiàn)[3]通過(guò)編寫底層VHDL代碼設(shè)計(jì)的8階自適應(yīng)濾波器數(shù)據(jù)處理速度7倍多，是文獻(xiàn)[50]采用DSP通用處理器TMS320C54X設(shè)計(jì)的8階自適應(yīng)濾波器處理速度25倍多，開(kāi)發(fā)效率和器件性能都得到了大大地提高，這種全新的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方法是EDA技術(shù)的前沿與發(fā)展方向。 最后，采用異步FIFO技術(shù)，設(shè)計(jì)了高速采樣自適應(yīng)濾波系統(tǒng)，完成了對(duì)雙通道AD器件AD9238與自適應(yīng)濾波器的高速匹配控制，在QuartusⅡ上進(jìn)行了仿真，給出了系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)的原理框圖，并將采樣濾波控制器與異步FIF0集成到同一芯片上，既能有效降低高頻可能引起的干擾又降低了系統(tǒng)的成本。
標(biāo)簽： FPGA 高速采樣 自適應(yīng)濾波
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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超聲波電機(jī)(Ultrasonic motors，簡(jiǎn)稱USM)是一種全新原理的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)激發(fā)的超聲振動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)定轉(zhuǎn)子間的摩擦力來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的電磁電機(jī)相比，它具有低速大轉(zhuǎn)矩、無(wú)電磁干擾、動(dòng)作響應(yīng)快、運(yùn)行無(wú)噪聲、無(wú)輸入自鎖等卓越特性，在非連續(xù)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域、精密控制領(lǐng)域比傳統(tǒng)的電磁電機(jī)性能優(yōu)越得多。超聲波電機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動(dòng)化設(shè)備、智能機(jī)器人等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)倍受科技界和工業(yè)界的重視，成為當(dāng)前機(jī)電控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 本文主要以行波型超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)為研究對(duì)象，引入嵌入式系統(tǒng)理念，設(shè)計(jì)并制作了超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)超聲波電機(jī)的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： 介紹了超聲波電機(jī)的工作原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用前景，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，以及今后我國(guó)超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展方向，明確了本文的研究?jī)?nèi)容。 結(jié)合嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)及其開(kāi)發(fā)方法，詳細(xì)介紹了超聲波電機(jī)嵌入式驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，并總結(jié)了硬件、軟件的調(diào)試過(guò)程。最后，對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析。 采用DDS技術(shù)解決超聲波電機(jī)所需要的高頻驅(qū)動(dòng)電源和數(shù)字控制的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調(diào)的雙通道信號(hào)發(fā)生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點(diǎn)。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設(shè)計(jì)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(tǒng)。速度控制采用增量式PID調(diào)節(jié)，其控制策略簡(jiǎn)單、易行，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇合適的參數(shù)能適應(yīng)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(shù)學(xué)模型、收斂速度快的特點(diǎn)與PID簡(jiǎn)單易行、能消除穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，改善了模糊控制器穩(wěn)態(tài)性能，使電機(jī)定位控制精度達(dá)到0.0880。
上傳時(shí)間： 2013-07-16
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在工業(yè)過(guò)程中，許多對(duì)象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統(tǒng)的超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)。因此滯后過(guò)程被公認(rèn)為較難控制的對(duì)象，而且純滯后占整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)間越長(zhǎng)，難控的程度越大。所以大純滯后對(duì)象的控制一直是困擾自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一大難題。而這類對(duì)象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。因此對(duì)該問(wèn)題的研究具有重大的實(shí)際意義。 傳統(tǒng)的PID配合Smith預(yù)估補(bǔ)償器的控制方法，對(duì)模型誤差反映比較靈敏，當(dāng)存在建模誤差或干擾時(shí)，控制效果并不能取得令人滿意的效果。近年來(lái)隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制研究的不斷深入，有些學(xué)者將它們與Smith預(yù)估控制、PID控制及預(yù)測(cè)控制等相結(jié)合，提出了針對(duì)不確定大滯后系統(tǒng)的新的控制方法。雖然有些控制方案效果不錯(cuò)，但系統(tǒng)的復(fù)雜程度和調(diào)試難度也隨之增加。因此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、快速、可靠的控制器，仍是一個(gè)重大課題。 本文首先介紹了大滯后過(guò)程的控制特點(diǎn)，概述了常用的大滯后過(guò)程的控制方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。接著概要地介紹了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及前景。并針對(duì)性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應(yīng)用領(lǐng)域。然后本文針對(duì)大滯后對(duì)象提出了自抗擾控制器與Smith預(yù)估補(bǔ)償器相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)仿真對(duì)比了本方案、PID配合Smith預(yù)估補(bǔ)償器及單一的自抗擾控制器的控制效果，表明自抗擾控制器與Smith預(yù)估補(bǔ)償器的結(jié)合有效地改善了大滯后對(duì)象的控制效果，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力。為驗(yàn)證該控制方案的實(shí)際控制效果，我們以PCT-II型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置中的具有大滯后特性的盤管內(nèi)部的溫度為被控對(duì)象，以JX44BO開(kāi)發(fā)板作為主要的控制平臺(tái)設(shè)計(jì)并完成大滯后控制實(shí)驗(yàn)。所以接下來(lái)本文介紹了實(shí)現(xiàn)這個(gè)嵌入式溫度大滯后控制系統(tǒng)所涉及到的硬件平臺(tái)、系統(tǒng)框圖以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺(tái)的控制界面以及各個(gè)主要功能的程序的實(shí)現(xiàn)，以及遠(yuǎn)程客戶端程序在以太網(wǎng)通訊方面的程序?qū)崿F(xiàn)和遠(yuǎn)程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置以及最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在實(shí)際應(yīng)用中本文所提出的方案對(duì)于大滯后對(duì)象具有較好的控制效果。
標(biāo)簽： ARM 控制 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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