PID算法自從問世以來，一直受到廣泛的關注。隨著現代控制理論及智能控制技術的發展，PID算法也得到了長足的發展。結合傳統的PID控制算法，針對特定的控制領域，出現了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基礎上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時隨著微電子技術的發展，現場可編程邏輯器件FPGA的發展及其EDA技術的日漸成熟，為集成控制芯片開拓了廣闊的發展空間。FPGA的發展為基于硬件的算法模塊的實現提供了可能性，同時節省了外圍的電路，使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對當前國內外在算法研究方面的熱點問題，對模糊PID算法進行了深入的分析和研究。通過對汽輪機調節系統的結構分析，對其進行了數學建模。采用某汽輪機的實際設計運行參數，利用Matlab仿真軟件，對該汽輪機的數學模型進行了甩負荷動態特性仿真。仿真結果表明，模糊PID可以更好地解決汽輪發電機組在甩負荷過程中由于機組轉子飛升量太大而導致危急保安裝置動作，使得汽輪發電機組意外停機的問題，能夠保證汽輪發電機組在意外甩負荷時機組正常的機械運轉。根據模糊控制理論的特點及EDA技術和FPGA可編程邏輯器件的發展現狀，提出了在FPGA上實現模糊PID算法的具體實現方案。在綜合分析算法特性的基礎上，選擇Altera公司生產的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標芯片，利用分層模塊化設計思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ開發環境中，利用原理圖設計輸入和VHDL設計輸入相結合的方式實現了模糊PID控制算法，同時分別對實現的各個功能模塊和整個算法模塊進行了功能時序仿真。根據仿真結果分析，該設計實現了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實現很好的避免了因CPU或者其它問題導致算法程序跑飛、程序死循環、復位不可靠等問題，提高了控制的可靠性。同時加強了模塊的通用性，減少了系統硬件開發周期，節省了外圍設備的電路，降低了設計開發成本。
上傳時間： 2013-07-21
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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統可再編程及在系統調試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發成本進一步降低、開發時間也大大縮短等優點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數據都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發板的設計與實現。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數據配置電纜USB-Blaster,對其內部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調試,完成測試與驗證,實現了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發環境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發設計的難度。 與傳統的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發板與其同類產品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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語音編碼技術始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸的一個重要環節，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯合開發的，國際電信聯盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復雜度以便于實時實現。因其具有良好的合成語音質量、適中的復雜度、較低的時延等優點，G729A標準已被廣泛應用在VOIP網關、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數字信號處理領域的優勢，對G729A語音編碼中的線性預測(LP)濾波器系數提取的FPGA(現場可編程門陣列，Field Programmable Gate Array)實現進行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發展進行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內部結構進行了研究，分析了在QuartusII開發平臺上進行FPGA設計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統的LP分析部分做了具體設計，其中包括自相關函數和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進行了詳細的分析。第四，針對系統所使用的除法運算都是商小于1的特點，設計并實現了一個系統專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統進行了驗證，證明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-20
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H.264/AVC是國際電信聯盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優化設計，這些優化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-22
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Turbo碼是一類并行級聯的系統卷積碼，它是在綜合級聯碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。FPGA技術具有大規模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優點，逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現。
上傳時間： 2013-04-24
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目前在各行各業中應用種類繁多的測量儀器隨著儀器性能指標要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對儀器控制系統的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統的系統設計存在著功能簡單、速度慢、實時性差、對數據的再加工處理能力極為有限等問題，本文根據課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構的高速實時數據采集嵌入式系統方案，應用在小功率半導體測量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進行管理控制，處理數據，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來進行高速數據采集，提高了系統的實時性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構的總體設計。硬件方面，簡要討論了ARM處理器的特點和優勢，FPGA在高速采集和并行性上的優勢，給出了硬件的總體結構和主要部件及相關接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統的結構，構建了嵌入式Linux系統包括建立交叉開發環境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內核，并且根據課題實際需要精簡建立了根文件系統。 為了滿足測量儀器的實時性，設計了ARM與FPGA的高速數據采集接口。進行了FPGA內部與ARM接口相關部分的硬件電路設計；通過分析ARM與FPGA內部時序的差異，針對ARM與FPGA內部FIFO時序不匹配的問題，解決了測量儀器中高速數據采集與處理速度不匹配的問題。接著，通過研究Linux設備驅動基本原理和驅動程序的開發過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過高效可靠的驅動程序可以很好的與ARM進行通訊。 最后為了方便用戶操作，進行了人機交互系統的設計。為了降低成本和提高實用性利用FPGA芯片剩余的資源實現了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統中，大大提高了人機交互能力；通過比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設計工具的優缺點，結合課題的實際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開發。根據具體要求設計了適合測量儀器方面上使用的人機交互界面，并且移植到了ARM平臺上，給測量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開發環境的建立，針對課題實際硬件電路設計修改移植了bootloader，裁減移植了內核以及根文件系統的建立；設計了FPGA內部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時序不匹配的問題，實現了ARM與FPGA之間的高速數據采集；設計了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅動程序以及中斷傳輸和應用程序；合理設計了適合測量儀器使用的人機交互界面，并巧妙設計了PS/2鍵盤鼠標接口，進一步提高了交互操作。
上傳時間： 2013-06-21
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本文首先介紹了主流8位MCU(微控制器)的通用架構，通過比較分析主流國際MCU半導體供應商的MCU產品，結合作者在德國英飛凌公司的項目實踐，分析了英飛凌XC866系列8位MCU的架構特點和功能特性。在此基礎上，介紹了該MCU芯片的系統集成方法，以及組成模塊的架構和功能。 LlN協議是當前廣泛應用的車載局部互連協議，作為英飛凌XC866MCU上很關鍵的一個外圍IP，本論文在介紹了MCU架構基礎上，設計實現了LlN控制器。LIN協議是UART在數據鏈路層上的擴展，其關鍵是LlN協議數據鏈路層的檢測實現。本文給出了一種可靠，高效的協議檢測機制，從而使軟件和硬件更好配合工作完成協議檢測。在完成LlN控制器設計后，本文結合了XC866ADC的架構，介紹了ADC模擬和系統的數字接口概念和實現要點，介紹了如何考慮分析選擇合理的數字接口方案。論文最后以XC866的系統架構為基礎，提出了一種高效的基于FPGA的IP原型驗證平臺方案，并以LlN控制器作為驗證這一平臺的IP，在FPGA上成功的實現了驗證方案。論文同時介紹了從SOC設計向FPGA原型驗證轉換時的處理方法及工程經驗，介紹了MCU及驗證平臺的測試平臺思想，以及基于FPGA原型和邏輯分析儀實時測試的MCU固件代碼覆蓋率測試方法。 目前8位MCU在中低端的應用越來越廣泛，特別是目前發展迅速的汽車電子和消費電子領域。因此對MCU架構的不斷研究和提高，對更多面向應用領域的IP的研究和設計，以及如何更快速的實現芯片驗證將極大的推動MCU在各個領域的應用和推廣，將產生極大的經濟和應用價值。
上傳時間： 2013-07-14
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隨著糾錯編碼理論研究的不斷深入，糾錯碼的實際應用越來越廣泛。卷積碼作為其中重要的一種，已被大多數通信系統所采用。(2,1,7)卷積碼是一種短約束長度最佳碼，編、譯碼器易于實現，且具有較強的糾錯能力。 本文研究了IEEE 802.11協議中(2,1,7)卷積碼編碼、交織解交織及其軟判決高速Viterbi譯碼的實現問題。 首先介紹了IEEE 802.11無線局域網標準及規范，然后介紹了信道編解碼中卷積碼編碼及Viterbi譯碼算法和FPGA 設計方法，接著通過對(2,1,7)卷積碼特點的具體分析，吸取目前Viterbi譯碼算法和交織解交織算法的優點，采取一系列的改進措施，基于FPGA實現了IEEE 802.11信道編解碼及交織和解交織系統。這些改進措施包括采用并行FIFO、改進的ACS 單元、流水式塊處理結構、改進的SMDO方法、雙重交織策略，使得在同樣時鐘速率下，系統的性能大幅度提高。最后將程序下載到Altera公司的Cyclone 系列的FPGA(型號EP1C6Q240C8)器件上進測試，并對測試結果作了簡單分析。
上傳時間： 2013-05-25
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FFT/IFFT是時域信號與頻域信號之間轉換的基本運算，是數字信號處理的核心工具之一，因此，它廣泛地應用于許多領域。在數字化的今天，不論是在通信領域還是在圖像處理領域，對數字信號處理的速度、精度和實時性要求不斷提高。為滿足不斷提高的要求，國內外不斷地推出各種FFT/IFFT處理器，主要處理器有ASIC、DSP芯片、FPGA等。由于FPGA具有可反復編程的特點及豐富資源，所以它受到廣泛的關注。 本論文就是一種基于FPGA實現浮點型數據的FFT及IFFT處理器，該處理器使用A1tera公司的Stratix Ⅱ系列的FPGA芯片。它主要采用流水線結構，這種結構可以使各級運算并行處理，對輸入進來的數據進行連續處理，提高了運算速度，滿足了系統的實時性要求；另外處理器所處理的數據是32位浮點型的，因此它同時提高了運算的精度。
上傳時間： 2013-07-12
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在工業生產中，二次自動化儀表是構成自動化系統的基本單元之一。我國的單元儀表己基本完成由電動Ⅲ型儀表向基于八位或十六位單片機為基礎設計的數字化儀表的轉換。由于常規單片機資源的限制，以單片機為基礎設計的單元儀表基本上還是在功能上替代電動Ⅲ型儀表，并按電動Ⅲ型功能進行分類。這樣造成國內自動化儀表生產廠家生產的二次數字化儀表品種繁雜，標準難以統一，設計隨意性大。因此帶來如下現實問題： 1．自動化系統設計單位的儀表選型、系統調試、使用中操作、維修和系統的功能優化及備件的準備非常的不方便： 2．儀表生產廠家的批量生產困難，產品質量的提高及成本的節約不利： 3．國內現在自動化儀表廠家數量眾多，但都無法形成規模生產，質量不佳，而國外進口的二次儀表往往依附于特定的集散系統，也存在標準不統一，難以靈活替換的問題，且價格昂貴。 自動化系統設計、生產及應用迫切需要一種使用方便、通用性強的智能型二次儀表，以解決上述問題，改變傳統設計、生產及應用方式，這將是未來自動化儀表的發展趨勢，也就是本課題的努力方向。 本論文正是針對上述問題，以設計出一種可靈活組態的通用智能型二次儀表為研究對象，在深入分析國內主流儀表廠家的儀表操作方式和儀表功能的基礎上，合理地進行軟硬件設計，為在同一硬件平臺下實現多種儀表的功能進行了創新性和探索性研究。主要內容為： 1．各種常規二次儀表功能、標準、接線、操作習慣及結構方式的歸類分析； 2．多信號多量程的柔性測量方法研究； 3．系統整機設計以及系統可靠性設計； 4．u-boot的向ARM的移植、uClinux向ARM的移植、uClinux下的通用組態軟件設計。 本文設計了一種以三星公司的ARM7TDMI系列處理器S3C44BOX為核心，輔以外圍電路，實現同一硬件平臺下多種儀表的功能，并成功制作了樣品系統。 本文所討論的基于$3C44BOX和uClinux的智能儀表系統的開發技術同樣適用于其它項目的開發，對其它嵌入式的應用系統開發有重要的參考價值。
上傳時間： 2013-05-16
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