文章開篇提出了開發(fā)背景。認為現(xiàn)在所廣泛應(yīng)用的開關(guān)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(chǎn)品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源已經(jīng)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(guān)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(guān)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(yīng)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(shù)，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)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(guān)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(nèi)容是在傳統(tǒng)開關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進行了較為具體的設(shè)計，并通過測試取得了預(yù)期結(jié)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(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關(guān)電源的總體設(shè)計框圖和實現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細的比較。本論文的設(shè)計方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)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(diào)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(guān)電源是將電流電壓反饋信號做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)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(diào)節(jié)器和電壓調(diào)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(shè)計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設(shè)計中應(yīng)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(guān)量檢測、環(huán)境開關(guān)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(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來控制逆變橋的開關(guān)速率，從而達到閉環(huán)控制的目的。 最后，對數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對比測試，得出了預(yù)期結(jié)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(guān)行業(yè)中可以廣泛地應(yīng)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(yīng)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(fù)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(chǎn)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(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達到了設(shè)計要求。能夠滿足較高精度的設(shè)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(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
標簽： FPGA DSP 數(shù)字化 開關(guān)電源
上傳時間： 2013-06-21
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現(xiàn)代IC設(shè)計中，隨著設(shè)計規(guī)模的擴大和復(fù)雜度的增長，驗證成為最嚴峻的挑戰(zhàn)之一。在現(xiàn)代ASIC設(shè)計中，很難用單一的驗證方法來對復(fù)雜芯片進行有效的驗證，為了將設(shè)計錯誤減少到可接受的最小量，需要將一系列的驗證方法和工具結(jié)合起來。 在64位全定制嵌入式CPU設(shè)計過程中，使用了多種驗證技術(shù)和方法，并將FPGA驗證作為ASIC驗證的重要補充，加強了設(shè)計正確的可靠性。 論文首先介紹了64位CPU的結(jié)構(gòu)，結(jié)合選用的Xilinx的Virtex
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域。目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。DDS系統(tǒng)可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續(xù)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(shù)字通信領(lǐng)域。 本論文是利用FPGA完成一個DDS系統(tǒng)。DDS是把一系列數(shù)字量形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實現(xiàn))；DA轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號。 本文根據(jù)設(shè)計指標，進行了DDS系統(tǒng)分析和設(shè)計，包括DDS系統(tǒng)框圖的設(shè)計，相位控制字和頻率控字的設(shè)計，以及軟件和硬件設(shè)計，重點在于利用FPGA改進設(shè)計，包括控制系統(tǒng)(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(tǒng)(相位累加器和數(shù)據(jù)存儲器)，以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(D/A轉(zhuǎn)換器和濾波器)的設(shè)計。介紹了利用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)實現(xiàn)數(shù)控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)，重點介紹了DDS技術(shù)在FPGA中的實現(xiàn)方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進行直接數(shù)字頻率合成的VHDL源程序。
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域，目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數(shù)字化的DDS技術(shù)由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點而成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。隨著數(shù)字集成電路、微電子技術(shù)和EDA技術(shù)的深入研究，DDS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 DDS是把一系列數(shù)字量化形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括以下三個部分：相位累加器可以時鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉(zhuǎn)換電路一般由ROM實現(xiàn)；D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現(xiàn)一個DDS系統(tǒng)，該DDS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是以FPGA為核心實現(xiàn)的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發(fā)展，闡述了基于FPGA實現(xiàn)DDS技術(shù)的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎(chǔ)知識如結(jié)構(gòu)特點、開發(fā)流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成(DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法等。重點介紹DDS技術(shù)在FPGA中的實現(xiàn)方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設(shè)計的DDS系統(tǒng)可以很容易地嵌入到其他系統(tǒng)中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價比，電路結(jié)構(gòu)簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進行了詳細的討論，由此得出了改善系統(tǒng)性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結(jié)果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信是一種性能優(yōu)異的通信方式，自其誕生之日起就受到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。本文以DS/SS接收機為基礎(chǔ)，圍繞相關(guān)的理論和技術(shù)，開展了載波跟蹤技術(shù)FPGA實現(xiàn)的研究。 論文首先綜述了課題的來源、背景和意義，闡述了DS/SS接收系統(tǒng)前端處理模塊和信號處理模塊的結(jié)構(gòu)，指出了本課題的關(guān)鍵技術(shù)。與此同時，作者在參考了大量國內(nèi)外有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，深入研究了四相鑒頻、自動頻率跟蹤鑒頻以及反正切鑒相等載波跟蹤鑒頻、鑒相算法，并根據(jù)這些理論設(shè)計了FLL與PLL相結(jié)合的載波跟蹤策略，完成了CPAFC和Costas環(huán)路仿真和性能分析。 其次，論文對載波跟蹤環(huán)路的硬件電路進行了設(shè)計，其中包括基帶信號處理的混頻、相關(guān)和積分清洗模塊，誤差量的提取和控制模塊，以及本地載波的產(chǎn)生模塊等，并在Altera公司的Stratix系列芯片----EP1S808956C6上對每個組成模塊進行了功能和時序上的仿真與實現(xiàn)，之后對系統(tǒng)各模塊進行了集成，解決了系統(tǒng)實現(xiàn)的同步問題。 最后，論文對系統(tǒng)作了實驗總結(jié)與分析，包括板級驗證總結(jié)與分析、接收機載波跟蹤性能分析，以及對載波同步技術(shù)的總結(jié)和展望。
上傳時間： 2013-04-24
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基于MATLAB 7.0的信號調(diào)制與解調(diào)分析
標簽： MATLAB 7.0 信號 調(diào)制與解調(diào)
上傳時間： 2013-07-21
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信號發(fā)生器是控制系統(tǒng)的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調(diào)參數(shù)的數(shù)字量信號發(fā)生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業(yè)自動化等領(lǐng)域的發(fā)展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設(shè)計與實現(xiàn)為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結(jié)構(gòu)、載波調(diào)制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現(xiàn)方案。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。論文介紹了FPGA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，包括VHDL語言的基本語法結(jié)構(gòu)和FPGA器件的開發(fā)設(shè)計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎(chǔ)上提出采用直接數(shù)字式頻率合成原理(DDS)實現(xiàn)低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩(wěn)定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統(tǒng)的擴頻碼序列，并選取了符合本系統(tǒng)使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應(yīng)的FPGA硬件實現(xiàn)電路。 對于載波調(diào)制這一關(guān)鍵技術(shù)，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應(yīng)作了硬件實現(xiàn)。最后給出具體設(shè)計實現(xiàn)了的信號發(fā)生器的輸出波形。經(jīng)實驗室測試，設(shè)計的信號發(fā)生器滿足要求，且結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應(yīng)用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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渦流無損檢測技術(shù)作為五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一，不僅能夠探測導(dǎo)體表面的涂層厚度，材料成分，組織狀態(tài)以及某些物理量和機械量，還能檢測材料或構(gòu)件中是否有缺陷并判斷缺陷的形狀、大小、分布、走向。脈沖渦流無損檢測技術(shù)因其激勵信號的頻域特點，具有有效率高，檢測準確的特性，因而有著廣泛的應(yīng)用前景。 用無損檢測方法進行鋼鐵材質(zhì)檢測的研究工作取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質(zhì)量檢測還存在許多難題，如用傳統(tǒng)檢測方法檢測齒輪毛坯的硬度效果不夠理想，而且人工記錄方法較慢。 本文以渦流檢測技術(shù)理論為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地分析了脈沖渦流檢測的基本理論。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一套用于檢測鋼鐵材硬度的脈沖渦流檢測儀器。該脈沖渦流檢測系統(tǒng)可分為硬件、軟件兩個子系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由激勵源、渦流傳感器、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示這四個主要部分組成。在渦流探傷中，影響渦流的因素很多，產(chǎn)生大量噪聲使得信號分析相對困難。系統(tǒng)以FPGA為開發(fā)平臺，使得信號激勵和信號的采集可以在同一電路中實現(xiàn)，從而提高了信號處理的精確性，接著利用主成分分析方法去除噪音，提取信號的特征值，建立回歸方程，利用最小二乘法實現(xiàn)對鋼鐵材質(zhì)硬度的測量。實驗結(jié)果表明，以FPGA為開發(fā)平臺，采用脈沖渦流激勵的方式及相關(guān)的脈沖渦流的主成分分析處理方法，使鋼鐵材質(zhì)硬度的判別準確率有了很大提高。
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(dǎo)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(dǎo)航定位問題。GPS作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅具有全球、全天候、連續(xù)、高精度導(dǎo)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(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)代化的一個重要標志。在GPS接收機中，為了得到導(dǎo)航電文并對其進行解算，要完成復(fù)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(jié)構(gòu)進行深入的分析后，結(jié)合FPGA的特點，對算法進行設(shè)計及優(yōu)化后，給出了相應(yīng)的仿真。內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1.對GPS信號結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生原理進行了深入地分析，并對GPS信號的調(diào)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(yīng)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(jié)果進行累加，經(jīng)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(jié)構(gòu)上相似，故本文只對關(guān)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(shè)計。此外，根據(jù)FPGA的特點，在不改變外部硬件設(shè)計的前提下，改變相應(yīng)的IP核或相關(guān)的VHDL程序就可對系統(tǒng)進行各種優(yōu)化設(shè)計，以適應(yīng)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(yīng)用在數(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網(wǎng)絡(luò)程序中。 動態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復(fù)質(zhì)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(wù)器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務(wù)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(wǎng)絡(luò)傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經(jīng)過JPEG解碼，恢復(fù)出原始圖像送VGA顯示。設(shè)計結(jié)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(jié)構(gòu)特點以及它的設(shè)計流程和指導(dǎo)原則；然后從JPEG圖像壓縮技術(shù)發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標準實現(xiàn)高壓縮比高質(zhì)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(shè)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(jié)構(gòu)，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(wǎng)絡(luò)傳輸轉(zhuǎn)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(fù)后質(zhì)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(shè)計的技術(shù)特點，是本課題的重要學(xué)術(shù)意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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