汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟增長中發(fā)揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業(yè)已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設(shè)計制造一直無法實現(xiàn)國產(chǎn)化，嚴重制約了汽車工業(yè)的發(fā)展。針對這個現(xiàn)狀，本課題對于ECU的設(shè)計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術(shù)的ECU系統(tǒng)設(shè)計，并利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統(tǒng)都是基于專用單片機的。本文首先對現(xiàn)有的汽車發(fā)動機控制器結(jié)構(gòu)進行了分析比較，總結(jié)出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術(shù)方案。 之后，進行了汽車發(fā)動機模型搭建和控制算法的設(shè)計。發(fā)動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎(chǔ)，參考mathworks公司的發(fā)動機建模方案進行設(shè)計。并在該模型基礎(chǔ)上，參考Fekete提出的針對多缸發(fā)動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發(fā)動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發(fā)動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統(tǒng)設(shè)計總體方案，完成了ECU硬件電路設(shè)計，并在該系統(tǒng)中完成了上述算法的移植和優(yōu)化。最后，利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設(shè)計的ECU系統(tǒng)進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發(fā)動機模型和系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術(shù)的ECU設(shè)計具有一定創(chuàng)新性，對于其他ECU系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義。
上傳時間： 2013-07-11
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隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻圖像處理技術(shù)近年來得到極大的重視和長足的發(fā)展，其應(yīng)用范圍主要包括數(shù)字廣播、消費類電子、視頻監(jiān)控、醫(yī)學成像及文檔影像處理等領(lǐng)域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數(shù)據(jù)量很大時，處理速度慢，執(zhí)行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據(jù)視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)總體框圖；其次選擇視頻轉(zhuǎn)換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設(shè)計，主要分三步完成：1)配置視頻轉(zhuǎn)換芯片的工作模式，完成視頻轉(zhuǎn)化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數(shù)據(jù)流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束信號三種控制信號，并根據(jù)控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數(shù)據(jù)的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環(huán)境進行程序測試與運行，并分析仿真結(jié)果，驗證了數(shù)據(jù)采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當?shù)乃阕樱捎霉ぞ進ATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構(gòu)建方式，搭建視頻算法平臺，實現(xiàn)圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網(wǎng)表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創(chuàng)新點是采用新的開發(fā)環(huán)境System Generator for DSP實現(xiàn)視頻圖像算法。這種開發(fā)視頻圖像算法的方式靈活性強、設(shè)計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發(fā)展的必然趨勢。
標簽： FPGA 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-28
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感應(yīng)電機由于具有可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉和體積小等優(yōu)點，成為生產(chǎn)實踐中應(yīng)用最廣泛的一種電動機。然而，感應(yīng)電機是一個多變量、強耦合、非線性的時變系統(tǒng)，這使得感應(yīng)電機的控制十分復(fù)雜，尤其是在對控制精度要求比較高的場合，設(shè)計出高精度的感應(yīng)電機控制系統(tǒng)變得非常困難。 針對高精度感應(yīng)電機控制較困難的問題，本文分析了感應(yīng)電機的數(shù)學建模方法及電機控制策略問題。在對感應(yīng)電機的數(shù)學模型進行了數(shù)學推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，在Matlab/Simulink平臺上建立了感應(yīng)電機的電機模型，提出了一種感應(yīng)電機控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。對常用的數(shù)字脈寬調(diào)制方法進行了數(shù)學推導(dǎo)及仿真研究，并將模糊控制理論應(yīng)用于感應(yīng)電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，改善了傳統(tǒng)PI控制器超調(diào)較大、響應(yīng)較慢、魯棒性差的缺點。仿真結(jié)果驗證模糊PI控制方案的優(yōu)越性。 在感應(yīng)電機建模仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)高精度感應(yīng)電機控制器的需求及FPGA的特點，本文提出感應(yīng)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，對SVPWM、Park變換、模糊PI控制器、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。并在一些模塊算法的設(shè)計上提出了自己的思路。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。
標簽： FPGA 感應(yīng)電機 控制器
上傳時間： 2013-04-24
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自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現(xiàn)中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數(shù)的Mobius反演公式解決了一系列重要的物理學中的逆問題，開創(chuàng)了應(yīng)用、推廣數(shù)論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年當時就得到了世界著名的《NATURE》雜志的高度評價。 華僑大學蘇武潯教授等則把Mobius變換的方法應(yīng)用于幾種常用波形(包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等)的傅立葉級數(shù)的逆變換運算，得到正、余弦函數(shù)及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數(shù)族相正交的函數(shù)族，以用于各展開系數(shù)的計算與信息的解調(diào)；而后把它們應(yīng)用到通信系統(tǒng)中，提出了一種新的通信系統(tǒng)，即新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)。 本文主要完成了兩個方面的工作,Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的FPGA硬件設(shè)計實現(xiàn)和基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder軟件對Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系統(tǒng)進行仿真分析，對該系統(tǒng)在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler將Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的主體模塊(函數(shù)及積分器的產(chǎn)生等)轉(zhuǎn)化成HDL硬件語言，后在QuartusⅡ軟件平臺上，結(jié)合利用VHDL編程的硬件程序模塊(分頻、延時、控制模塊等)構(gòu)架完整的Chen-Mobius通信系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)設(shè)計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，實現(xiàn)硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的FPGA硬件實現(xiàn)。 另外，利用Chen-Mobius單路通信系統(tǒng)的調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)分別對語音信號進行加密與解密，在兩塊DE2的FPGA開發(fā)板上成功實現(xiàn)了基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信。完成本設(shè)計意義重大，它為今后Chen-Mobius通信系統(tǒng)應(yīng)用于通信領(lǐng)域的各個方面，邁開堅實的一步。
標簽： ChenMobius FPGA 通信系統(tǒng) 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-24
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近幾年來，OFDM技術(shù)引起了人們的廣泛注意，根據(jù)這項新技術(shù)，很多相關(guān)協(xié)議被提出來。其中WiMax代表空中接口滿足IEEE802.16標準的寬帶無線通信系統(tǒng)，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用突發(fā)模式，調(diào)制方式采用OFDM技術(shù)，傳輸速率較高且實現(xiàn)方便、成本低廉，已經(jīng)成為首先推廣應(yīng)用的商業(yè)化標準。本文對IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)物理層進行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現(xiàn)了基帶算法。 ⑴探討了OFDM基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)的物理層發(fā)送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統(tǒng)在有無循環(huán)前綴(CP)、多徑數(shù)目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現(xiàn)的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結(jié)合計算量的大小提出了一種新的聯(lián)合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統(tǒng)的結(jié)論。 ⑵完成了基帶發(fā)射機和接收機的FPGA硬件電路實現(xiàn)。為了使系統(tǒng)的時鐘頻率更高，采用了流水線的結(jié)構(gòu)。設(shè)計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結(jié)合的辦法，實現(xiàn)了新的聯(lián)合同步算法，并且通過簡化結(jié)構(gòu)，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設(shè)計、綜合和仿真，并將仿真結(jié)果和MATLAB軟件計算結(jié)果相對比。結(jié)果表明，采用16位數(shù)據(jù)總線可達到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式對基帶系統(tǒng)進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統(tǒng)確實可行。
標簽： FPGA OFDM 基帶 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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PCI（Peripheral Component Interconnect）局部總線是微型計算機中處理器、存儲器與外圍控制部件、擴展卡之間的互連接口，由于其速度快、可靠性高、成本低、兼容性好等特點，在各種計算機總線標準占有重要地位，基于PCI標準的接口設(shè)計已經(jīng)成為相關(guān)項目開發(fā)中的一個重要的選擇。 目前，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA（Field Programmable Gates）得到了廣泛應(yīng)用。由于其具有規(guī)模大，開發(fā)過程投資小，可反復(fù)編程，且支持軟硬件協(xié)同設(shè)計等特點，因此已逐步成為復(fù)雜數(shù)字硬件電路設(shè)計的首選。 PCI接口的開發(fā)有多種方法，主要有兩種：一是使用專用接口芯片，二是使用可編程邏輯器件，如FPGA。本論文基于成本和實際需要的考慮，采用第二種方法進行設(shè)計。 本論文采用自上而下（Top-To-Down）和模塊化的設(shè)計方法，使用FPGA和硬件描述語言（VHDL和Verilog HDL）設(shè)計了一個PCI接口核，并通過自行設(shè)計的試驗板對其進行驗證。為使設(shè)計準確可靠，在具體模塊的設(shè)計中廣泛采用流水線技術(shù)和狀態(tài)機的方法。 論文最終設(shè)計完成了一個33M32位的PCI主從接口，并把它作為以NIOSⅡ為核心的SOPC片內(nèi)外設(shè)，與通用計算機成功進行了通訊。 論文對PCI接口進行了功能仿真，仿真結(jié)果和PCI協(xié)議的要求一致，表明本論文設(shè)計正確。把設(shè)計下載進FPGA芯片EP2C8Q208C7之后，論文給出了使用SIGNALTAPⅡ觀察到的信號實際波形，波形顯示PCI接口能夠滿足本設(shè)計中系統(tǒng)的需要。本文最后還給出試驗板的具體設(shè)計步驟及驅(qū)動程序的安裝。
標簽： FPGA PCI 接口的設(shè)計
上傳時間： 2013-07-28
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由于各種非線性電力電子裝置的和功率開關(guān)器件的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了諧波。隨著對電能質(zhì)量要求的不斷提高，各種治理諧波的電力電子裝置就產(chǎn)生了。諧波治理的方法主要有無源濾波技術(shù)和有源電力濾波器技術(shù)。傳統(tǒng)的方法采用LC 無源濾波器，與無源濾波器相比有源電力濾波器具有很大的優(yōu)越性，因此越來越多的應(yīng)用到治理諧波污染中。隨著以DSP 和FPGA 的高速發(fā)展，以全數(shù)字化控制技術(shù)實現(xiàn)的有源電力濾波器必將更多的應(yīng)用到諧波裝置中去。本文深入分析了諧波治理的研究背景意義和有源濾波器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。介紹了有源濾波器的基本的工作原理；分類；諧波的檢測方法和控制策略，在各個方法的比較上選用基于瞬時無功功率理論的諧波檢測法對諧波電流進行了檢測。并提出了一種基于 DSP 及FPGA 控制的有源電力濾波器的設(shè)計方案，重點研究了三相并聯(lián)型有源濾波器的控制系統(tǒng)及硬件設(shè)計。本文還對系統(tǒng)的功率器件進行了分析并選用IGBT 作為其開關(guān)器件。設(shè)計了IGBT 驅(qū)動及保護電路，利用理論分析和仿真結(jié)果設(shè)定了系統(tǒng)直流側(cè)電容和輸出電感的參數(shù)。對整個系統(tǒng)進行了Simulink 仿真實驗，選用DSP 和和FPGA 作為核心處理芯片，DSP 用來采集數(shù)據(jù)并檢測諧波，F(xiàn)PGA 用來實現(xiàn)PWM 脈沖的輸出。設(shè)計并調(diào)試出非線性負載，傳感器采集，電流電壓調(diào)理電路，主電路，過零檢測電路，IGBT 的驅(qū)動及吸收緩沖電路。并在此基礎(chǔ)上搭建出了試驗平臺。給出了DSP 及FPGA 的軟件設(shè)計思想和流程。
上傳時間： 2013-04-24
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· 摘要： 隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字濾波器的功能越來越受到人們的注意和廣泛應(yīng)用,它有精度高、靈活性大等突出特點.FIR數(shù)字濾波具有穩(wěn)定性高,嚴格的線性相位,能用FFT算法實現(xiàn)等特點.通過FPGA實現(xiàn)FIR數(shù)字濾波具有實時性高、處理速度快、精度高的特點.文章先通過MatIab DSP Builder設(shè)計出FIR濾波器模型,然后利用Simulink進行模型仿真.再用ModelSim
上傳時間： 2013-07-14
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隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術(shù)的進步，永磁電機的研發(fā)和控制技術(shù)都有了快速的發(fā)展。永磁電機的發(fā)展也帶來了永磁電機控制器的發(fā)展，電機控制器已經(jīng)由傳統(tǒng)的模擬元件控制器，逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)模混合控制器、全數(shù)字控制器。基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA——Field Programmable Gate Array)的新一代數(shù)字電機控制技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。現(xiàn)在的FPGA不僅實現(xiàn)了軟件需求和硬件設(shè)計的完美集合，還實現(xiàn)了高速與靈活性的完美結(jié)合，使其已超越了ASIC器件的性能和規(guī)模。在工業(yè)控制領(lǐng)域，F(xiàn)PGA雖然起步較晚，但是發(fā)展勢頭迅猛。 本文在介紹了傳統(tǒng)無刷直流電機控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了采用FPGA實現(xiàn)電機控制的優(yōu)點。詳細介紹了使用硬件編程語言，在FPGA中編程實現(xiàn)永磁無刷直流電機速度閉環(huán)控制的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如：PI調(diào)節(jié)器、數(shù)字PWM等等。在實現(xiàn)永磁無刷直流電機速度閉環(huán)控制的同時，將速度檢測環(huán)節(jié)采用FPGA實現(xiàn)，減小了系統(tǒng)硬件開銷。在實現(xiàn)單臺永磁無刷直流電機速度閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，本文在一片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)了多臺永磁無刷直流電機的速度閉環(huán)獨立控制系統(tǒng)。介紹了采用FPGA進行多臺電機控制具有獨特的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢使得FPGA在實現(xiàn)多臺電機控制時非常方便，具有單片機(MCU)和數(shù)字信號處理器(DSP)無法比擬的優(yōu)點。文中對基于FPGA的單臺和多臺永磁無刷直流電機控制系統(tǒng)分別進行了實驗驗證。 FPGA編程靈活，設(shè)計方便，本文在FPGA中實現(xiàn)了各種不同的PWM調(diào)制方式。從電路方面詳細分析了采用不同的PWM調(diào)制，換相時無刷直流電機母線的反向電流問題。借助FPGA平臺，對各種PWM調(diào)制方式進行了實驗，對理論分析進行了驗證。 另外，本文介紹了目前非常流行的一種FPGA圖形化設(shè)計方法，即基于XSG(Xilinx System Generator)的FPGA設(shè)計。這種設(shè)計方法具有圖形化、模塊化的優(yōu)點，大大方便了用戶的FPGA開發(fā)設(shè)計。在XSG中建立的仿真系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)的Simulink仿真，可以直接生成相應(yīng)的硬件編程語言代碼下載到FPGA中運行。本文借助XSG軟件設(shè)計在XSG/Simulink中實現(xiàn)了永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的混合建模算法，并進行了仿真。
標簽： FPGA 永磁電機 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使得基于FPGA數(shù)字信號處理的實現(xiàn)在雷達信號處理中有著重要地位。模型化設(shè)計是一種自頂向下的面向FPGA的快速原型驗證法，它不僅降低了FPGA設(shè)計門檻，而且縮短了開發(fā)周期，提高了設(shè)計效率。這使得FPGA模型化設(shè)計成為了FPGA系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展趨勢。本文針對常見雷達信號處理模塊的FPGA模型化實現(xiàn)，在以下幾個方面展開研究：首先對基于FPGA的模型化設(shè)計方法進行了研究，給出了模型化設(shè)計方法的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，并對本文中使用的模型化設(shè)計方法的軟件工具System Generator和AccelDSP進行了介紹。其次使用這兩種軟件工具對FIR濾波器進行了模型化設(shè)計并同RTL(寄存器傳輸級)設(shè)計方法進行對比，全面分析了模型化設(shè)計方法和RTL設(shè)計方法的優(yōu)缺點。然后在簡明闡述雷達信號處理原理的基礎(chǔ)上，使用System Generator對數(shù)字下變頻(DDC)、脈沖壓縮、動目標顯示(MTI)及恒虛警(CFAR)處理等雷達信號處理模塊進行了自頂向下的模型化設(shè)計。在Simulink中進行了功能仿真驗證，生成了HDL代碼，并在Xilinx FPGA中進行了RTL的時序仿真分析。關(guān)鍵詞：雷達信號處理 FPGA 模型化設(shè)計 System Generator AccelDSP
上傳時間： 2013-07-25
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