工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學模型。應用常規(guī)的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經(jīng)元具有很強的信息綜合、學習記憶、自學習和自適應能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過程，將神經(jīng)元與PID結(jié)合，應用到實際的控制中，可以在線調(diào)整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力、自適應能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研究主要是神經(jīng)網(wǎng)絡的理論研究、神經(jīng)網(wǎng)絡的應用研究和神經(jīng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術(shù)研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關(guān)系。本文主要側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術(shù)研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)單神經(jīng)元PID智能控制器的研究與設(shè)計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對單神經(jīng)元PID智能控制器的設(shè)計原理和設(shè)計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設(shè)計單神經(jīng)元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制算法的實現(xiàn)，對控制器進行VHDL語言分層設(shè)計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結(jié)果表明，基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制器比MATLAB設(shè)計的單神經(jīng)元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設(shè)計模塊主要包括權(quán)值修改模塊、誤差計算模塊、權(quán)值產(chǎn)生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設(shè)計中進行了優(yōu)化處理，使本文的設(shè)計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著以計算機技術(shù)為核心的信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息的爆炸式增長，人類獲得的視覺信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對顯示器件的要求也越來越高。在這些因素的驅(qū)動下，顯示技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展。使用FPGA/CPLD設(shè)計的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據(jù)不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業(yè)產(chǎn)品，做一些特殊的設(shè)計，以最小的代價滿足系統(tǒng)的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點。 本文設(shè)計了一個采用FPGA設(shè)計的液晶顯示控制器，主要解決以下內(nèi)容：采用Cyclone芯片設(shè)計的液晶控制器；采用硬件描述語言進行的液晶顯示控制器設(shè)計，重點介紹了如何通過特殊設(shè)計控制器與CPU協(xié)調(diào)的工作，驅(qū)動系統(tǒng)所需時序信號的產(chǎn)生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時間抖動算法和幀率控制原理及實現(xiàn)，顯示數(shù)據(jù)的緩沖、轉(zhuǎn)化方法，使用FPGA設(shè)計的用于本系統(tǒng)的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過該SDRAM控制器進行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點是各個模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個非常可行的，具有廣泛的通用性。 關(guān)鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時序信號發(fā)生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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互感器是電力系統(tǒng)中電能計量和繼電保護中的重要設(shè)備，其精度和可靠性與電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟運行密切相關(guān)。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式互感器已經(jīng)暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業(yè)的發(fā)展方向。目前，國產(chǎn)的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發(fā)展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據(jù)國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內(nèi)標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設(shè)計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側(cè)的輸出信號，比較兩路信號的參數(shù)，根據(jù)比較結(jié)果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結(jié)構(gòu)及輸出數(shù)字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設(shè)計方法。硬件主要采用FPGA技術(shù)設(shè)計以太網(wǎng)控制器RTL8019的控制電路，以實現(xiàn)電子式互感器信號的遠程接收，同時設(shè)計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現(xiàn)標準電磁式互感器模擬輸出的數(shù)字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術(shù)，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發(fā)環(huán)境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發(fā)應用程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設(shè)計。 最后進行了相關(guān)的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據(jù)。
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本文對基于FPGA的對象存儲控制器原型的硬件設(shè)計進行了研究。主要內(nèi)容如下： ⑴研究了對象存儲控制器的硬件設(shè)計，使其高效完成對象級接口的智能化管理和復雜存儲協(xié)議的解析，對對象存儲系統(tǒng)整體性能提升有重要意義。基于SoPC(片上可編程系統(tǒng))技術(shù)，在FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)上實現(xiàn)的對象存儲控制器，具有功能配置靈活，調(diào)試方便，成本較低等優(yōu)點。 ⑵采用Cyclone II器件實現(xiàn)的對象存儲控制器的網(wǎng)絡接口，包含處理器模塊、內(nèi)存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)絡接口和PCI(周邊元件擴展接口)總線的主機接口，還具備電源模塊、時鐘模塊等以保證系統(tǒng)正常運行。在設(shè)計實現(xiàn)PCB(印制電路板)時，從疊層設(shè)計、布局、布線、阻抗匹配等多方面解決高達100MHz的全局時鐘帶來的信號完整性問題，并基于IBIS模型進行了信號完整性分析及仿真。針對各功能模塊提出了相應的調(diào)試策略，并完成了部分模塊的調(diào)試工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的對象存儲控制器系統(tǒng)設(shè)計方案，Virtex-4內(nèi)嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對象存儲設(shè)備相關(guān)的控制和管理工作。實現(xiàn)了豐富的接口設(shè)計，包括千兆以太網(wǎng)、光纖通道、SATA(串行高級技術(shù)附件)等網(wǎng)絡存儲接口以及較PCI性能更優(yōu)異的PCI-X(并連的PCI總線)主機接口；提供多種FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了該系統(tǒng)硬件的原理圖繪制，通過了設(shè)計規(guī)則檢查，生成了網(wǎng)表用作下一步設(shè)計工作的交付文件。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)、控制理論及永磁材料等技術(shù)的快速發(fā)展，以永磁同步電機作為控制對象的傳動領(lǐng)域得到了越來越廣泛的關(guān)注，隨著FPGA的技術(shù)的普及和廣泛應用，使得各種先進的控制算法得以實現(xiàn)，于是數(shù)字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發(fā)展趨勢和當前的研究熱點。本文的主要工作就是圍繞數(shù)字化的永磁同步電機控制器研究來展開。首先深入研究了永磁同步電機的數(shù)學建模方法及電機控制策略問題。在對永磁同步電機的數(shù)學模型進行了推導的基礎(chǔ)上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機的電機模型，提出了一種永磁同步電機傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。其次對常用的數(shù)字脈寬調(diào)制方法進行了數(shù)學推導，并對滑模控制理論和矢量控制進行了深入的研究分析，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應用于永磁同步電機的調(diào)速系統(tǒng)中，改善了傳統(tǒng)PI控制器參數(shù)整定繁瑣、系統(tǒng)魯棒性差的缺點，仿真結(jié)果驗證了該系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)越性。最后在永磁同步電機建模仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)永磁同步電機控制器的設(shè)計要求及FPGA的特點，提出永磁同步電機控制器的的設(shè)計方案。按照FPGA模塊化設(shè)計思想，將整個系統(tǒng)進行了合理的劃分，分別對SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現(xiàn)算法進行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發(fā)板上完成硬件驗證，驗證結(jié)果表明：永磁同步電機在低速和高速時都能穩(wěn)定運行，從而證實了本設(shè)計方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡的傳輸速度已經(jīng)由最初的10M發(fā)展到現(xiàn)在的10,000M。用可編程邏輯器件(FPGA)實現(xiàn)以太網(wǎng)控制器與其它SOC系統(tǒng)的互連成為當前的研究熱點。本文闡述了MAC層的FPGA設(shè)計、仿真及測試；介紹了整個系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模塊劃分，并對各個模塊的設(shè)計過程進行了詳細闡述，接著介紹了開發(fā)環(huán)境和驗證工具，同時給出測試方案、驗證數(shù)據(jù)、實現(xiàn)結(jié)果及時序仿真波形圖。 對MAC層的主要功能模塊如:發(fā)送模塊、接收模塊、MAC流程控制模塊、寄存器模塊、MⅡ接口模塊和主機接口模塊以及CRC，CSMA/CD，HASH表等算法給出了基于FPGA及硬件描述語言的解決方法。 本課題針對以下三個方面進行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA開發(fā)平臺的硬件實現(xiàn)。選用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作為測試的核心器件，采用LXT971芯片作為物理層芯片，AT91RM9200作為數(shù)據(jù)輸入源和雙blockram作為幀緩存搭建FPGA硬件驗證開發(fā)平臺。 2)基于FPGA實現(xiàn)以太網(wǎng)控制器。用VerilogHDL語言構(gòu)建以太網(wǎng)控制器，實現(xiàn)CSMA/CD協(xié)議、10M/100M自適應以及與物理層MⅡ接口等。 3)采用片上系統(tǒng)通用的WS接口。目的是便于與具有通用接口的片上系統(tǒng)互連，也為構(gòu)建SOC上處理器提供條件。 本論文實現(xiàn)了一個基于WS總線接口可裁減的以太網(wǎng)MAC控制器IP軟核，為設(shè)計具有自主知識產(chǎn)權(quán)的以太網(wǎng)MAC控制器積累了經(jīng)驗。同時，為與其它WS接口的控制器實現(xiàn)直接互連創(chuàng)造了條件，對高層次設(shè)計這一先進ASIC設(shè)計方法也有了較為深入的認識。
標簽： 10M100M FPGA 以太網(wǎng)控制器
上傳時間： 2013-07-17
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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現(xiàn)。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊，而時常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能，或者當在FPGA上設(shè)計時，需要將UART功能集成到FPGA內(nèi)部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現(xiàn)主機設(shè)備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當在使用藍牙設(shè)備的時候尤其是在監(jiān)控場所，接口控制器在控制數(shù)據(jù)與計算機的傳輸上就起了至關(guān)重要的作用。 論文針對信息技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)過程中的實際需要，設(shè)計了一個藍牙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，既可以單獨使用，也可集成到系統(tǒng)芯片中，并且整個設(shè)計緊湊、穩(wěn)定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價值。 本設(shè)計采用TOP-DOWN設(shè)計方法，整體上分為UART接口和藍牙主機控制器接口兩部分。首先根據(jù)UART和藍牙主機控制器接口的實現(xiàn)原理和設(shè)計指標要求進行系統(tǒng)設(shè)計，對系統(tǒng)劃分模塊以及各個模塊的信號連接；然后進行模塊設(shè)計，設(shè)計出每個模塊的功能，并用VHDL語言編寫代碼來實現(xiàn)模塊功能；再使用ISE8.2I自帶的仿真器對各模塊進行功能仿真和時序仿真；最后進行硬件驗證，在Virtex-II開發(fā)板上對系統(tǒng)進行功能驗證。實現(xiàn)了發(fā)送、接收和波特率發(fā)生等功能，驗證了結(jié)果，表明設(shè)計正確，功能良好，符合設(shè)計要求。
上傳時間： 2013-07-13
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視頻監(jiān)控一直是人們關(guān)注的應用技術(shù)熱點之一，它以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對多路視頻信號進行實時監(jiān)控，如果每一路視頻信號都占用一個監(jiān)視器屏幕，則會大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數(shù)字邏輯電路甚至DSP芯片設(shè)計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術(shù)的視頻圖像畫面分割器的設(shè)計與實現(xiàn)。 本文對視頻圖像畫面分割技術(shù)進行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數(shù)據(jù)格式的畫面分割方法設(shè)計；系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設(shè)計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數(shù)字電路集成在一起，電路結(jié)構(gòu)簡潔，具有較好的穩(wěn)定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎(chǔ)上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數(shù)據(jù)提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設(shè)計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經(jīng)視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據(jù)畫面分割需要進行視頻圖像數(shù)據(jù)抽取，并將抽取的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則存儲到圖像存儲器。最后，按照數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現(xiàn)了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設(shè)計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現(xiàn)多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態(tài)配置等方法，實現(xiàn)四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統(tǒng)集成度，并可根據(jù)系統(tǒng)需要修改設(shè)計和進一步擴展功能，同時提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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當前，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化系統(tǒng)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量日益增大，要求數(shù)據(jù)傳送的速度也越來越快，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式已無法滿足目前的要求。在此前提下，采用高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)成為必然，DMA(直接存儲器訪問)技術(shù)就是較理想的解決方案之一，能夠滿足信息處理實時性和準確性的要求。 本文以EDA工具、硬件描述語言和可編程邏輯器件(FPGA)為技術(shù)支撐，設(shè)計DMA控制器的總體結(jié)構(gòu)。在通道檢測模塊中，解決了信號抗干擾和請求信號撤銷問題，并提出并行通道檢測算法；在優(yōu)先級管理模塊中提出了動態(tài)優(yōu)先級端口響應機制；在傳輸模塊中采用狀態(tài)機的設(shè)計思想設(shè)計多個通道的數(shù)據(jù)傳輸。通過各模塊問題的解決及新方法的采用，最終設(shè)計出基于FPGA的多通道DMA控制器的IP軟核。實驗仿真結(jié)果表明，本控制器傳輸速度較快，主頻達100MHz以上，且工作穩(wěn)定。
上傳時間： 2013-05-16
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隨著Internet的不斷發(fā)展，人們希望日常生活中所用到的嵌入式設(shè)備都能夠很方便地實現(xiàn)Intemet接入，這對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，要求低成本、多功能、高性能。這些是目前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的熱點。 可編程邏輯器件FPGA在過去的幾十年中取得了飛速發(fā)展，從最初的幾千門到現(xiàn)在的幾百萬門，可靠性與集成度不斷提高，而功耗和成本卻在不斷降低，具有很高的性價比。再加上開發(fā)周期短、對開發(fā)人員的要求相對較低的優(yōu)點，因此被大量應用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中。 本文是基于FPGA高性價比、可靈活配置的特點，也是當前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方式，所以我們提出了基于FPGA的實現(xiàn)方案。本文通過在FPGA中硬件實現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議(包括UDP、IP、ARP、TCP等網(wǎng)絡協(xié)議)以及以太網(wǎng)MAC協(xié)議，并提供標準MII接口，通過外接PHY實現(xiàn)網(wǎng)絡連接。最終成功地通過了驗證。 基于FPGA的實現(xiàn)可以有效地降低成本，同時可以在其中集成其他功能模塊，提高整個系統(tǒng)的集成度，減小PCB版圖面積和布線復雜度，有利于提高系統(tǒng)可靠性。因此，本研究課題對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計有很大的實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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