本文主要介紹了如何運(yùn)用可編程邏輯器件(FPGA)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。 目前，電機(jī)控制芯片主要有兩種選擇。一種是專用集成芯片(ASIC)，一種是單片機(jī)(MCU)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。而FPGA的數(shù)字資源豐富、工作頻率高、可在系統(tǒng)編程等特點(diǎn)使得開發(fā)靈活、開發(fā)周期相對(duì)短，可以取代前二種通用的方式。本文利用80C196KC和FPGA控制感應(yīng)電機(jī)，簡(jiǎn)化了硬件和軟件設(shè)計(jì)，并充分利用了FPGA的快速性，利用FPGA，除本身可以用來控制電機(jī)以外：可以制成通用的“IP核”應(yīng)用到MCU(或DSP)，或是作為片內(nèi)外設(shè)，這樣就節(jié)約了片內(nèi)資源；另外，它還是ASIC設(shè)計(jì)的驗(yàn)證的必經(jīng)階段，這是本文選題和工作的意義。本文設(shè)計(jì)的FPGA調(diào)速控制系統(tǒng)以及2個(gè)IP核，下載到芯片，通過驗(yàn)證。 本文第一章緒論介紹了可編程邏輯器件的發(fā)展、應(yīng)用，以及EDA的發(fā)展歷程，還介紹了ASIC等。針對(duì)FPGA的快速發(fā)展，論述了它在變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。 第二章介紹了交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況。著重介紹了電壓空間矢量調(diào)制方式，以及矢量控制技術(shù)、技術(shù)發(fā)展。 第三章詳細(xì)介紹了SVPWM調(diào)速系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì)，給出了設(shè)計(jì)思路、具體方案、邏輯時(shí)序分析；最后給出了軟件仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)波形對(duì)照。文中還給出了SVPWM調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用的FPGA設(shè)計(jì)結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，得到實(shí)驗(yàn)波形。論證了FPGA在調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用中的可行性和意義。 第四章介紹了作者針對(duì)課題相關(guān)的一些內(nèi)容所設(shè)計(jì)出的IP核，給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。 論文最后，對(duì)本課題所做的工作進(jìn)行了簡(jiǎn)單的總結(jié)。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 交流變頻 調(diào)速系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)面臨著很多挑戰(zhàn)，其中面臨的四個(gè)主要問題是：速度、設(shè)計(jì)規(guī)模、功耗和開發(fā)周期。因此許多數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法被提出，其中基于FPGA的實(shí)現(xiàn)技術(shù)就是其中的重要技術(shù)之一。 本文以數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為應(yīng)用背景，著重研究了基于FPGA的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)。本文分為兩個(gè)主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA為例，總結(jié)了FPGA設(shè)計(jì)的基本方法及設(shè)計(jì)流程，并在此基礎(chǔ)上介紹了一種用于產(chǎn)品快速開發(fā)的設(shè)計(jì)方式—基于SystemGenerator的設(shè)計(jì)方式，這種設(shè)計(jì)方式向數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供了自上而下的FPGA解決方案。 第二部分系統(tǒng)地研究了基于FPGA的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)。該部分首先研究了三種適合于FPGA的FIR濾波器實(shí)現(xiàn)方法，直接結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)及分布式算法。其次，討論了針對(duì)直接結(jié)構(gòu)FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術(shù)，CSD編碼和系數(shù)分解，以及針對(duì)轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)FIR濾波器的乘法器優(yōu)化技術(shù)，簡(jiǎn)化加法器圖，并結(jié)合實(shí)例給出了它們的優(yōu)化效果。再次，介紹了直接結(jié)構(gòu)FIR濾波器中常用多操作數(shù)加法實(shí)現(xiàn)方法，二叉樹和Wallace樹，并在Wallace樹的基礎(chǔ)上提出了一種適合于FPGA的1比特多操作數(shù)加法結(jié)構(gòu)，這種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)采樣字長(zhǎng)與系數(shù)字長(zhǎng)均為l比特的FIR濾波器時(shí)，使FPGA的資源利用率得到明顯提高。最后還給出了三種FIR濾波器實(shí)現(xiàn)方法在FPGA中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用性，并給出了一個(gè)帶通濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例。 論文的研究成果已應(yīng)用于“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位接收機(jī)中。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字濾波器 實(shí)現(xiàn)技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-08-01
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激光測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)測(cè)量、航空與大地的測(cè)量、國(guó)防及通信等諸多領(lǐng)域。本文從已獲得廣泛應(yīng)用的脈沖激光測(cè)距技術(shù)入手，重點(diǎn)分析了近年提出的自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距技術(shù)(STPLR)特別是其中的雙自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距技術(shù)(BSTPLR)，通過分析發(fā)現(xiàn)其核心部件之一就是用于測(cè)量激光脈沖飛行時(shí)間(周期)的高精度高速計(jì)數(shù)器，而目前一般的方式是采用昂貴的進(jìn)口高速計(jì)數(shù)器或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)來完成，這使得激光測(cè)距儀在研發(fā)、系統(tǒng)的改造升級(jí)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等諸多方面受到制約，同時(shí)在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)來實(shí)現(xiàn)脈沖激光測(cè)距中的高精度高速計(jì)數(shù)及其他相關(guān)功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對(duì)雙自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距的主要技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)其中的信號(hào)處理單元采用了FPGA+單片機(jī)的設(shè)計(jì)形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測(cè)量模塊，在整個(gè)測(cè)距系統(tǒng)中是信號(hào)處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內(nèi)部時(shí)鐘頻率，設(shè)計(jì)了專用于BSTPLR的高速高精度計(jì)數(shù)芯片，負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)距信號(hào)產(chǎn)生電路中的時(shí)刻鑒別電路輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊則主要由單片機(jī)(AT89C51)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可以通過鍵盤預(yù)置門控信號(hào)的寬度以均衡測(cè)量的精度和速度，測(cè)量結(jié)果采用7位LED數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)在近距離(大尺寸)范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)基本滿足設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 自觸發(fā)脈沖 激光測(cè)距 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可編程邏輯器件的產(chǎn)生加速了電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心日趨轉(zhuǎn)向基于計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，即EDA技術(shù)。EDA技術(shù)采用的自頂向下設(shè)計(jì)流程代替了原有的自下而上設(shè)計(jì)流程，縮短了集成電路的開發(fā)周期，節(jié)省了開發(fā)費(fèi)用，促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。布局布線是計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的一個(gè)重要課題，其性能的好壞直接影響到電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的可靠性。 本文首先介紹了布局布線前的背景知識(shí)，然后對(duì)學(xué)術(shù)上成熟的VPR布局布線工具所采用的算法進(jìn)行了闡述，分別介紹用于布局的模擬退火算法和布線的A*迭代式迷宮搜索算法，最后重點(diǎn)研究了自動(dòng)布線算法，并作出了以下改進(jìn)；根據(jù)FPGA布線算法的需要對(duì)雙向啟發(fā)式搜索算法進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析及改進(jìn)；基于VPR實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)線遞增排序方法，并與網(wǎng)線遞減排序進(jìn)行了比較；在原有的時(shí)序驅(qū)動(dòng)布線啟發(fā)式函數(shù)中引入了面積約束條件以節(jié)約FPGA布線的面積。 通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析比較，發(fā)現(xiàn)：引入雙向啟發(fā)式搜索算法能大大增加布線拆線的速度；遞增有序比遞減有序布線減少了運(yùn)行時(shí)間；時(shí)序驅(qū)動(dòng)布線算法中引入面積約束后，大大減少了布線面積。
標(biāo)簽： FPGA 自動(dòng)布局 布線算法
上傳時(shí)間： 2013-07-17
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機(jī)械手是自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備，它可以模擬人手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡和要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)和裝配等工作。在減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高裝配質(zhì)量和提高裝配效率等方面，起到了積極的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系統(tǒng)，開展了機(jī)械手控制系統(tǒng)的研發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的自動(dòng)控制。 嵌入式ARM處理器，具有運(yùn)行速度快、功耗低、程序設(shè)計(jì)靈活、外圍硬件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但其普通輸入輸出口的高低電平變化周期最快只能到1微妙左右，不適合高速輸入輸出；FPGA芯片高速輸入輸出數(shù)據(jù)，時(shí)間可縮短至幾十納秒。通過ARM處理器和FPGA技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)具有程序設(shè)計(jì)靈活、以太網(wǎng)通信、大容量存儲(chǔ)、高速數(shù)據(jù)輸山、低成本等特點(diǎn)，滿足高速機(jī)械手自動(dòng)控制的要求。 本文分析了ARM和FPGA系統(tǒng)，以及機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求；設(shè)計(jì)硬件模塊、接口電路；闡述了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過程，包括啟動(dòng)代碼U—BOOT、操作系統(tǒng)μCLinux的移植；并介紹了如何利用便件描述語(yǔ)言VHDL來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手邏輯控制。
標(biāo)簽： FPGA ARM 機(jī)械手 自動(dòng)控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著電子技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展.FPGA以其功能強(qiáng)大,開發(fā)過程投資少、周期短,可反復(fù)修改,保密性能好,開發(fā)工具智能化等特點(diǎn)成為當(dāng)今硬件設(shè)計(jì)的首選方式之一.由于Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)被公認(rèn)為8位機(jī)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),因此,使用FPGA模擬實(shí)現(xiàn)8051單片機(jī)及其外設(shè)的功能便成為大規(guī)模復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要課題.該文首先介紹了FPGA及Xilinx公司關(guān)于硬件設(shè)計(jì)開發(fā)的工具ISE系統(tǒng),繼而用VHDL語(yǔ)言編寫了8051單片機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的源代碼,然后為其設(shè)計(jì)了與部分外設(shè)連接的接口模塊,包括8255并行接口、SCI串行接口和KBC鍵盤接口模塊.并將它們封裝到一塊FPGA之中,最終實(shí)現(xiàn)了8051單片機(jī)的大部分功能.
標(biāo)簽： FPGA 8051 模擬 單片機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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本文主要介紹了基于FPGA的無線信道盲均衡器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),在算法上選擇了比較成熟的DDLMS和CMA相結(jié)合的算法,結(jié)構(gòu)上采用四路正交FIR濾波器模型.在設(shè)計(jì)的過程中我們采取了用MATLAB進(jìn)行算法仿真,VerilogHDL語(yǔ)言進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì)的策略.在硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)流程中,信道盲均衡器運(yùn)用了Top-Down的模塊化設(shè)計(jì)方法,大大縮短了設(shè)計(jì)周期,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性.測(cè)試結(jié)果表明均衡器所有的性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)定目標(biāo),且工作性能良好,均衡效果較為理想,能夠滿足指標(biāo)要求.本課題所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的信道盲均衡器,為FPGA芯片設(shè)計(jì)技術(shù)做了有益的探索性嘗試,對(duì)今后無線通信系統(tǒng)中的單芯片可編程系統(tǒng)(SOPC)的設(shè)計(jì)運(yùn)用有著積極的借鑒意義.
上傳時(shí)間： 2013-05-28
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現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)具有開發(fā)周期短、成本小、風(fēng)險(xiǎn)低和現(xiàn)場(chǎng)可靈活配置等優(yōu)點(diǎn),可以在更短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能,使得基于FPGA的開發(fā)平臺(tái)的研究成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界日益關(guān)注的問題.基于FPGA的高集成度、高可靠性,可將整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)下載于同一芯片中,實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng),從而大大縮小其體積,因此以FPGA為代表的可編程邏輯器件應(yīng)用日益廣泛.在國(guó)外,FPGA技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已達(dá)到相當(dāng)高的程度;而在國(guó)內(nèi),FPGA技術(shù)發(fā)展仍處在起步階段,與國(guó)外相比還存在較大的差距.本文提出了一種FPGA通用接口開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路,研制了一種FPGA快速實(shí)驗(yàn)開發(fā)裝置,對(duì)研制過程中遇到的軟、硬件問題加以歸納總結(jié),提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率.分別研究了基于FPGA器件Altera公司的FLEX6000的字符型LCD、PC機(jī)ISA總線,基于FLEX10K的圖像點(diǎn)陣型LCD、PC機(jī)PCI總線接口中.最后通過一個(gè)通用實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),綜合上述應(yīng)用,介紹了FPGA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了基于FGPA的交通信號(hào)燈邏輯控制和電子鐘,研究了FPGA技術(shù)在通用接口控制器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.
標(biāo)簽： FPGA 現(xiàn)場(chǎng)可編程 應(yīng)用研究 邏輯門
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著信息技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)級(jí)芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發(fā)展的主流。SoC技術(shù)以其成本低、功耗小、集成度高的優(yōu)勢(shì)正廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。通過對(duì)8位增強(qiáng)型CPU內(nèi)核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實(shí)現(xiàn)，對(duì)SoC設(shè)計(jì)作了初步研究。 在對(duì)Intel MCS-8051的匯編指令集進(jìn)行了深入地分析的基礎(chǔ)上，按照至頂向下的模塊化的高層次設(shè)計(jì)流程，對(duì)8位CPU進(jìn)行了頂層功能和結(jié)構(gòu)的定義與劃分，并逐步細(xì)化了各個(gè)層次的模塊設(shè)計(jì)，建立了具有CPU及定時(shí)器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)規(guī)劃。利用有限狀態(tài)機(jī)及微程序的思想完成了控制通路的各個(gè)層次模塊的設(shè)計(jì)規(guī)劃。利用組合電路與時(shí)序電路相結(jié)合的思想完成了定時(shí)器，中斷以及串行接口的規(guī)劃。采用邊沿觸發(fā)使得一個(gè)機(jī)器周期對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)鐘周期，執(zhí)行效率提高。使用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。借助EDA工具ISE集成開發(fā)環(huán)境完成了各個(gè)模塊的編程、調(diào)試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對(duì)其進(jìn)行了完整的功能仿真和時(shí)序仿真。 設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的擴(kuò)展接口控制器對(duì)原有的8位處理器進(jìn)行擴(kuò)展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強(qiáng)了8位處理器的功能，可以用于現(xiàn)有單片機(jī)進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展。 本設(shè)計(jì)的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時(shí)鐘頻率和指令的執(zhí)行效率指標(biāo)上均優(yōu)于傳統(tǒng)的MCS-51內(nèi)核。本設(shè)計(jì)以硬件描述語(yǔ)言代碼形式存在可與任何綜合庫(kù)、工藝庫(kù)以及FPGA結(jié)合開發(fā)出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴(kuò)展使用，易于升級(jí)，比較有實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)通過FPGA驗(yàn)證。
標(biāo)簽： FPGA CPU 8位 增強(qiáng)型
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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傳感器是測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，但有些傳感器，如增量式或絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器，因無配套的二次儀表，給使用帶來不便。有些傳感器雖然可以買到配套的儀表，但價(jià)格昂貴，功能單一且功能無法擴(kuò)展。為此，本課題以設(shè)計(jì)一種通用性強(qiáng)，功能擴(kuò)展方便的測(cè)量?jī)x表為目的，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與嵌入式微處理器技術(shù)用于測(cè)量?jī)x表當(dāng)中，設(shè)計(jì)一種基于ARM的嵌入式智能儀表。課題主要研究工作包括： 1.在分析比較各種二次儀表功能的基礎(chǔ)上，提出了基于ARM的嵌入式智能儀表設(shè)計(jì)方案。搭建了儀表的硬件平臺(tái)。 2.軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了μC/OS-Ⅱ嵌入式系統(tǒng)在ARM7微控制器上的移植。在此基礎(chǔ)上，對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了一定的擴(kuò)展，編寫了LCD驅(qū)動(dòng)程序，調(diào)用了串口通信，A/D轉(zhuǎn)換等模塊的API函數(shù)，建立了多任務(wù)環(huán)境，使儀表兼具PWM脈寬調(diào)制功能、數(shù)據(jù)采集、顯示和傳輸功能。 3.通過增量式、絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)、輸出模擬信號(hào)的角度傳感器實(shí)驗(yàn)和PWM輸出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證儀表的功能。 RTOS平臺(tái)的構(gòu)建，降低了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和靈活性，縮短了開發(fā)周期。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該儀表能夠準(zhǔn)確測(cè)定頻率信號(hào)、模擬信號(hào)及數(shù)字信號(hào)。
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