隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,人們對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速度、精度、易操作性以及實(shí)時(shí)性的要求也在不斷地提高。通用串行總線USB作為一種新型的微機(jī)總線接口規(guī)范,以其使用方便、易于擴(kuò)展、速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活,開發(fā)周期較短,適合于實(shí)時(shí)信號(hào)處理,已被廣泛應(yīng)用于通信、數(shù)據(jù)采集、圖像處理等諸多領(lǐng)域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于USB2.0技術(shù)和FPGA技術(shù)相結(jié)合的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 @@ 首先,對(duì)數(shù)據(jù)采集基本理論及系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單地介紹。 @@ 其次,對(duì)以ADC轉(zhuǎn)換器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)為控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56,簡(jiǎn)稱FX2)為主的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和分析,并在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的原理圖、PCB。硬件設(shè)計(jì)主要包括FPGA與ADC和FX2之間的接口電路設(shè)計(jì)以及硬件邏輯設(shè)計(jì)。 @@ 再次,根據(jù)系統(tǒng)需求,對(duì)系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),分三部分:一是為滿足FX2在USB上的最大傳輸速率而編寫的固件程序;二是在PC機(jī)中的WindowsXP系統(tǒng)下利用GPD編寫USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;三是充分了解FX2的主要功能特點(diǎn),并編寫出應(yīng)用程序。 @@ 最后,對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了調(diào)試,給出了調(diào)試結(jié)果和分析,對(duì)出現(xiàn)的問題給出了解決方案。結(jié)果表明,系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。 @@關(guān)鍵詞:USB2.0;FPGA;SOPC;數(shù)據(jù)采集;固件;
上傳時(shí)間: 2013-06-21
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PID算法自從問世以來,一直受到廣泛的關(guān)注。隨著現(xiàn)代控制理論及智能控制技術(shù)的發(fā)展,PID算法也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。結(jié)合傳統(tǒng)的PID控制算法,針對(duì)特定的控制領(lǐng)域,出現(xiàn)了一些新的控制算法,模糊PID控制算法就是在此基礎(chǔ)上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時(shí)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA的發(fā)展及其EDA技術(shù)的日漸成熟,為集成控制芯片開拓了廣闊的發(fā)展空間。FPGA的發(fā)展為基于硬件的算法模塊的實(shí)現(xiàn)提供了可能性,同時(shí)節(jié)省了外圍的電路,使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外在算法研究方面的熱點(diǎn)問題,對(duì)模糊PID算法進(jìn)行了深入的分析和研究。通過對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析,對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。采用某汽輪機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù),利用Matlab仿真軟件,對(duì)該汽輪機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性仿真。仿真結(jié)果表明,模糊PID可以更好地解決汽輪發(fā)電機(jī)組在甩負(fù)荷過程中由于機(jī)組轉(zhuǎn)子飛升量太大而導(dǎo)致危急保安裝置動(dòng)作,使得汽輪發(fā)電機(jī)組意外停機(jī)的問題,能夠保證汽輪發(fā)電機(jī)組在意外甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組正常的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)模糊控制理論的特點(diǎn)及EDA技術(shù)和FPGA可編程邏輯器件的發(fā)展現(xiàn)狀,提出了在FPGA上實(shí)現(xiàn)模糊PID算法的具體實(shí)現(xiàn)方案。在綜合分析算法特性的基礎(chǔ)上,選擇Altera公司生產(chǎn)的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標(biāo)芯片,利用分層模塊化設(shè)計(jì)思想,在Altera公司提供的QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境中,利用原理圖設(shè)計(jì)輸入和VHDL設(shè)計(jì)輸入相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了模糊PID控制算法,同時(shí)分別對(duì)實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能模塊和整個(gè)算法模塊進(jìn)行了功能時(shí)序仿真。根據(jù)仿真結(jié)果分析,該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)很好的避免了因CPU或者其它問題導(dǎo)致算法程序跑飛、程序死循環(huán)、復(fù)位不可靠等問題,提高了控制的可靠性。同時(shí)加強(qiáng)了模塊的通用性,減少了系統(tǒng)硬件開發(fā)周期,節(jié)省了外圍設(shè)備的電路,降低了設(shè)計(jì)開發(fā)成本。
上傳時(shí)間: 2013-07-21
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現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA,F(xiàn)ield Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種,它的出現(xiàn)是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計(jì)與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來獨(dú)立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們更愿意自己設(shè)計(jì)專用集成電路(ASIC,Application Specific Integrated Circuit).芯片,而且希望ASIC的設(shè)計(jì)周期盡可能短,最好是在實(shí)驗(yàn)室里就能設(shè)計(jì)出合適的ASIC芯片,并且立即投入實(shí)際應(yīng)用之中。現(xiàn)在,F(xiàn)PGA已廣泛地運(yùn)用于通信領(lǐng)域、消費(fèi)類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個(gè)大模塊之一,它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口,將外部信號(hào)引入FPGA內(nèi)部進(jìn)行邏輯功能的實(shí)現(xiàn)并把結(jié)果輸出給外部電路,并且根據(jù)需要可以進(jìn)行配置來支持多種不同的接口標(biāo)準(zhǔn)。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能,在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的I/O緩沖器電路。總體而言,可選的I/O資源的特性包括:IO標(biāo)準(zhǔn)的選擇、輸出驅(qū)動(dòng)能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時(shí)間控制等。 本文是關(guān)于FPGA中多標(biāo)準(zhǔn)兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),該課題是成都華微電子系統(tǒng)有限公司FPGA大項(xiàng)目中的一子項(xiàng),目的為在更新的工藝水平上設(shè)計(jì)出能夠兼容單端標(biāo)準(zhǔn)的I/O電路模塊;同時(shí)針對(duì)以前設(shè)計(jì)的I/O模塊不支持雙端標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn),要求新的電路模塊中擴(kuò)展出雙端標(biāo)準(zhǔn)的部分。文中以低壓雙端差分標(biāo)準(zhǔn)(LVDS)為代表構(gòu)建雙端標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)轉(zhuǎn)換電路,與單端標(biāo)準(zhǔn)比較,LVDS具有很多優(yōu)點(diǎn): (1)LVDS傳輸?shù)男盘?hào)擺幅小,從而功耗低,一般差分線上電流不超過4mA,負(fù)載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數(shù)據(jù)傳輸。 (2)LVDS信號(hào)擺幅小,從而使得該結(jié)構(gòu)可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號(hào)電壓可以從0V到2.4V變化,單端信號(hào)擺幅為400mV,這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內(nèi)變化,也就是說LVDS允許收發(fā)兩端地電勢(shì)有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝,輔助Xilinx公司FPGA開發(fā)軟件ISE,設(shè)計(jì)完成了可以用于Virtex系列各低端型號(hào)FPGA的IOB結(jié)構(gòu),它有靈活的可配置性和出色的適應(yīng)能力,能支持大量的I/O標(biāo)準(zhǔn),其中包括單端標(biāo)準(zhǔn),也包括雙端標(biāo)準(zhǔn)如LVDS等。它具有適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結(jié)構(gòu)特征,這些特點(diǎn)可以改進(jìn)和簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì),為最終的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中對(duì)包括20種IO標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的各電器參數(shù)按照用戶手冊(cè)描述進(jìn)行仿真驗(yàn)證,性能參數(shù)已達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)簽: FPGA 標(biāo)準(zhǔn) 可編程
上傳時(shí)間: 2013-05-15
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在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中,數(shù)字化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì),接收機(jī)數(shù)字化是電子系統(tǒng)數(shù)字化中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,對(duì)數(shù)字化接收機(jī)的研究具有重要的意義。隨著數(shù)字化理論和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,高速的中頻數(shù)字化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無線電數(shù)字接收平臺(tái)的設(shè)計(jì),并著重研究了其中數(shù)字中頻處理單元的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。FPGA器件具有設(shè)計(jì)靈活、開發(fā)周期短和開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn),所以廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。相比于傳統(tǒng)的DSP串行結(jié)構(gòu),F(xiàn)PGA能夠進(jìn)行流水線性設(shè)計(jì),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理,所以FPGA在進(jìn)行數(shù)據(jù)量大,要求實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)。 本文首先首先分析了軟件無線電當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)現(xiàn)狀,針對(duì)存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問題,提出了中頻軟件無線電的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。本文以FPGA實(shí)現(xiàn)為重點(diǎn),在深入分析軟件無線電相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,著重研究和完成了中頻軟件無線電數(shù)字接收平臺(tái)兩大模塊的FPGA實(shí)現(xiàn):數(shù)字下變頻相關(guān)模塊和數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊。其中,在深入研究數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,首先對(duì)數(shù)字下變頻模塊的數(shù)控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(shù)(DDS)實(shí)現(xiàn),其頻率分辨率高,靈活,易于實(shí)現(xiàn);高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC),半帶濾波器(HB),F(xiàn)IR濾波器組成。對(duì)積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對(duì)內(nèi)部寄存器的位寬進(jìn)行改進(jìn),極大地節(jié)約了資源,提高了運(yùn)行速率。對(duì)FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法,它的運(yùn)行速度只與數(shù)據(jù)的寬度有關(guān),只有加減法運(yùn)算和二進(jìn)制除法,既縮減了系統(tǒng)資源又大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間,實(shí)現(xiàn)了高效的實(shí)時(shí)處理。對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊,重點(diǎn)研究和完成了2ASK和2FSK的調(diào)制解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn),模塊有很好的通用性,能方便地移植到其它的系統(tǒng)中。在文章的最后還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab仿真,驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的正確性。在系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)過程中,都是先依據(jù)一定的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行verilog編程,然后再在Quartus軟件中編譯,時(shí)序仿真測(cè)試,并與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。
標(biāo)簽: FPGA 軟件無線電 數(shù)字接收機(jī)
上傳時(shí)間: 2013-05-18
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隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)的日益發(fā)展,測(cè)量?jī)x器和計(jì)算機(jī)的關(guān)系日益密切。計(jì)算機(jī)的很多成果很快就應(yīng)用到測(cè)量和儀器領(lǐng)域,與計(jì)算機(jī)相結(jié)合已經(jīng)成為測(cè)量?jī)x器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。高度集成的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)是超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果,由于FPGA器件具備集成度高、體積小、可以利用基于計(jì)算機(jī)的開發(fā)平臺(tái),用編寫軟件的方法來實(shí)現(xiàn)專門硬件的功能等優(yōu)點(diǎn),大大推動(dòng)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片化、自動(dòng)化,縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期、提高了設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性。 本文研究基于網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題。論文完成了以FPGA結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)硬件平臺(tái),uClinux為核心的系統(tǒng)的軟件平臺(tái)設(shè)計(jì),進(jìn)行信號(hào)的采集和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的功能。 論文從軟硬件兩方面入手,闡述了基于FPGA器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,以及基于uClinux操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。 硬件方面,F(xiàn)PGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片,用verilog HDL硬件描述語言在Xilinx公司提供的ISE輔助設(shè)計(jì)軟件中實(shí)現(xiàn)FPGA編程。將微處理器MicroBlaze、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換控制器等數(shù)字邏輯電路通過CoreConnect技術(shù)用OPB總線集成在同一個(gè)FPGA內(nèi)部,形成一個(gè)可編程的片上系統(tǒng)(SOPC)。采用基于FPGA的SOPC設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是不必更換芯片就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和升級(jí),同時(shí)也可以降低成本和提高可靠性。 軟件方面,為了更好更有效地管理和拓展系統(tǒng)功能,移植了uClinux到MicroBlaze軟處理器上,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)上的ADC設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序。并通過修訂內(nèi)核,實(shí)現(xiàn)了利用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議來訪問數(shù)據(jù)采集程序獲得的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽: FPGA 以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-05-23
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同步是移動(dòng)通信領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù),是保障通信初始和進(jìn)行的必要過程,對(duì)系統(tǒng)的性能影響重大。縱觀移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展史,同步技術(shù)自始至終都是人們研究的熱點(diǎn)。 @@ WCDMA作為第三代移動(dòng)通信無線接口標(biāo)準(zhǔn)之一,已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到了商用。小區(qū)搜索是WCDMA的重要物理層過程,是實(shí)現(xiàn)下行移動(dòng)臺(tái)和基站間同步的重要手段。 @@ 作為ASIC領(lǐng)域的一種半定制電路,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)既解決了全定制電路不能修改的不足,又解決了原有可編程器件容量有限的問題。FPGA以其強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)可編程能力和開發(fā)速度優(yōu)勢(shì),逐漸成為ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。 @@ 因此,研究WCDMA同步算法及其在FPGA中的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證是具有理論和現(xiàn)實(shí)意義的。本文首先介紹了WCDMA物理層基礎(chǔ),接著詳細(xì)討論了WCDMA主同步、輔同步和導(dǎo)頻同步的原理,介紹了前兩步同步的改進(jìn)型算法和證明,并和傳統(tǒng)相關(guān)算法在資源和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度方面進(jìn)行了比較,給出了下行同步的浮點(diǎn)仿真結(jié)果和分析。之后,深入討論了下行同步的FPGA (V4-SX-35)實(shí)現(xiàn)方案、運(yùn)算流程和模塊間的接口設(shè)計(jì)。最后,介紹了下行同步的FPGA驗(yàn)證方法。 @@ 本文較為深入的討論了WCDMA下行同步的算法和FPGA實(shí)現(xiàn)方案,給出了理論分析和仿真、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。并在低復(fù)雜度和資源開銷條件下,完成了FPGA的硬件設(shè)計(jì)和片上測(cè)試,達(dá)到了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 @@關(guān)鍵詞:WCDMA;同步;小區(qū)搜索;FPGA
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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溫濕度是影響糧食儲(chǔ)藏的重要參數(shù),兩者之間是相互關(guān)聯(lián)的,溫濕度控制不好必然引起糧食發(fā)熱和霉變,且極易產(chǎn)生連鎖反應(yīng),從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。岡此,糧食溫濕度測(cè)控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)了基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機(jī)和上位機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集和上位機(jī)的通訊;控制電路基于FPGA進(jìn)行設(shè)計(jì),主要負(fù)責(zé)采集濕度信息,計(jì)算溫濕度偏差及其變化率,通過調(diào)用模糊控制算法對(duì)溫濕度進(jìn)行模糊控制,單片機(jī)通過RS485總線和上位機(jī)進(jìn)行串口通信,使上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)記錄,顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了糧倉內(nèi)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),使管理人員可以實(shí)時(shí)掌控糧倉內(nèi)的溫濕度情況。 采用FPGA設(shè)計(jì)控制電路簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的組成和外圍數(shù)字電路,易于系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí),內(nèi)部集成了信號(hào)處理、控制、檢測(cè)電路,減少了系統(tǒng)的體積,縮短了開發(fā)周期,大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性;配合功率驅(qū)動(dòng)、電源等外圍電路,完成信號(hào)采集、處理和控制等功能,節(jié)省了開發(fā)成本,使糧倉溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也恰恰更加符合當(dāng)今電子產(chǎn)品高精度,集成化的要求。 系統(tǒng)采用直接輸出數(shù)字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時(shí)器組成振蕩電路,其輸出為頻率脈沖信號(hào),與濕度值成線性關(guān)系,該頻率脈沖信號(hào)可直接送入FPGA進(jìn)行計(jì)數(shù),這樣溫濕度傳感器輸出的信號(hào)都沒有經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換,進(jìn)一步減少了測(cè)量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進(jìn)行編寫。本裝置已作出實(shí)樣,通過了調(diào)試,已達(dá)到預(yù)期效果。
上傳時(shí)間: 2013-06-16
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現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種無線通信業(yè)務(wù)的需求迅猛增長(zhǎng),這就要求無線通信在具有較高傳輸質(zhì)量的同時(shí),還必須具有較大的傳輸容量。這種需求要求在無線通信中必須采用效率較高的線性調(diào)制方式,以提高有限頻帶帶寬的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率,而效率較高的調(diào)制方式通常會(huì)對(duì)發(fā)端發(fā)射機(jī)的線性要求較高,這就使功率放大器線性化技術(shù)成為下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 在本文中,研究了前人所提出的各種功放線性化技術(shù),如功率回退法、正負(fù)反饋法、預(yù)失真和非線性器件法等等,針對(duì)功率放大器對(duì)信號(hào)的失真放大問題進(jìn)行研究,對(duì)比和研究了目前廣泛流行的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法。在一般的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法中,主要有兩類:無記憶非線性預(yù)失真和有記憶非線性預(yù)失真。無記憶非線性預(yù)失真主要是通過比較功率放大器的反饋信號(hào)和已知輸入信號(hào)的幅度和相位的誤差來估計(jì)預(yù)失真器的各種修正參數(shù)。而有記憶非線性預(yù)失真主要是綜合考慮功率放大器非線性和記憶性對(duì)信號(hào)的污染,需要同時(shí)分析信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)和歷史狀態(tài)。在對(duì)比完兩種數(shù)字預(yù)失真算法之后,文章著重分析了有記憶預(yù)失真算法,選擇了其中的多項(xiàng)式預(yù)失真算法進(jìn)行了具體分析推演,并通過軟件無線電的方法將數(shù)字信號(hào)處理與FPGA結(jié)合起來,在內(nèi)嵌了System Generator軟件的Matlab/Simulink上對(duì)該算法進(jìn)行仿真分析,證明了這個(gè)算法的性能和有效性。 本文另外一個(gè)最重要的創(chuàng)新點(diǎn)在于,在FPGA設(shè)計(jì)上,使用了系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的思路,與Xilinx公司提供的軟件能夠很好的配合,在完成仿真后能夠直接將代碼轉(zhuǎn)換成FPGA的網(wǎng)表文件或者硬件描述語言,大大簡(jiǎn)化了開發(fā)過程,縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。
上傳時(shí)間: 2013-06-20
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根據(jù)交通部公布的數(shù)據(jù),交通事故呈逐年上升趨勢(shì),交通事故不僅給公民的財(cái)產(chǎn)造成了損失,而且給公民的人身安全也會(huì)造成威脅。因此如何更好地避免交通事故成為一個(gè)焦點(diǎn)課題,汽車安全系統(tǒng)更是成為汽車生產(chǎn)商和研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。 當(dāng)前汽車安全系統(tǒng)有兩大種類:一是被動(dòng)式安全系統(tǒng)。例如:安全帶,安全氣囊等。二是主動(dòng)式安全系統(tǒng)。主動(dòng)安全系統(tǒng)又分為主動(dòng)被動(dòng)式和主動(dòng)自動(dòng)式。前者有ABS等。后者有汽車自動(dòng)防撞系統(tǒng)和倒車?yán)走_(dá)等。 本文采用激光測(cè)距系統(tǒng),開發(fā)一種汽車在高速公路上行駛的主動(dòng)式防撞系統(tǒng),本文的重點(diǎn)是開發(fā)測(cè)距預(yù)警系統(tǒng),采用專門的激光測(cè)距芯片和接收芯片,并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作為主控芯片,對(duì)前車進(jìn)行有效的監(jiān)控,根據(jù)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)提出建議和報(bào)警,提醒駕駛員減速或者采取制動(dòng)措施,從而達(dá)到預(yù)防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下幾個(gè)方面: 1) 在比較分析激光、雷達(dá)和毫米波等測(cè)距方法的基礎(chǔ)上,根據(jù)市場(chǎng)需求及潛在用戶分析,確定采用激光脈沖測(cè)距方式。針對(duì)激光脈沖測(cè)距存在的技術(shù)難題,提出以FPGA作為系統(tǒng)核心控制模塊的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 2) 根據(jù)對(duì)車載動(dòng)態(tài)測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量精度、測(cè)量頻率和測(cè)量范圍的基本要求,結(jié)合脈沖激光測(cè)距的特點(diǎn),提出采用多頭脈沖激光測(cè)距和多周期脈沖測(cè)量的技術(shù)方案。該方案可有效提高系統(tǒng)測(cè)距精度和測(cè)量范圍,降低系統(tǒng)成本。 3) 基于上述方案,完成了基于FPGA的多頭脈沖激光測(cè)距系統(tǒng)的各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)、功能仿真、綜合優(yōu)化及板級(jí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,各主要功能模塊基本達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求,為測(cè)距系統(tǒng)的后期開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 4) 完成了激光測(cè)距傳感器外圍光電轉(zhuǎn)換電路、電源轉(zhuǎn)換電路及通訊接口的設(shè)計(jì)、制作、安裝及實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。 5) 最后對(duì)論文研究工作進(jìn)行了總結(jié),提出了系統(tǒng)的不足之處和進(jìn)一步研究工作的方向。
標(biāo)簽: FPGA 激光測(cè)距系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-05-24
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文章開篇提出了開發(fā)背景。認(rèn)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(diǎn)是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低,對(duì)不同的客戶要求來“量身定做”不同的產(chǎn)品,同時(shí)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(shí)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(dòng)作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)成為了可能,同時(shí)由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應(yīng)對(duì)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(hào)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(gè)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(shì)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(chǎng)的80%以上,但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場(chǎng)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(duì)系統(tǒng)方案和電路進(jìn)行了較為具體的設(shè)計(jì),并通過測(cè)試取得了預(yù)期結(jié)果。測(cè)試證明該方案能夠適合本行業(yè)時(shí)代發(fā)展的步伐,使系統(tǒng)電路更簡(jiǎn)單,精度更高,通用性更強(qiáng)。同時(shí)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(jì)框圖和實(shí)現(xiàn)方案,并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細(xì)的比較。本論文的設(shè)計(jì)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(jiǎn)單,精度更高,通用性更強(qiáng)。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電流電壓反饋信號(hào)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(shí)現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號(hào)來自主回路的電流取樣,電壓反饋信號(hào)來自主回路的電壓采樣。再將這兩個(gè)信號(hào)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。同時(shí)用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護(hù)、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號(hào)則由單片機(jī)或電位器提供。再次,文章對(duì)各個(gè)模塊從理論和實(shí)際的上都做了仔細(xì)的分析和設(shè)計(jì),并給出了具體的電路圖,同時(shí)寫出了軟件流程圖以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方。整個(gè)系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運(yùn)算、環(huán)境開關(guān)量檢測(cè)、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(hào)采集、負(fù)載電壓信號(hào)采集、負(fù)載電流信號(hào)采集、以及對(duì)信號(hào)的一階數(shù)字低通濾波。由于整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng),要求采樣速率相當(dāng)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(fù)擔(dān)。DSP可以將讀到的ADC信號(hào)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(dá)到閉環(huán)控制的目的。 最后,對(duì)數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對(duì)比測(cè)試,得出了預(yù)期結(jié)論。同時(shí)也提出了一些需要改進(jìn)的地方,認(rèn)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?yàn)槭褂迷S多零件而需要很大空間,這些零件的參數(shù)值還會(huì)隨著使用時(shí)間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動(dòng)并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響。數(shù)字電源則剛好相反,同時(shí)數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復(fù)使用、加快上市時(shí)間以及減少開發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前對(duì)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(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計(jì)要求。但對(duì)于高精度數(shù)字化電源,系統(tǒng)還有值得改進(jìn)的地方,比如改進(jìn)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(cè)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(jī)地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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。
上傳時(shí)間: 2013-06-29
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