单片微型计算机(单片机)是将微处理器CPU、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、输入/输出并行接口等集成在一起。由于单片机具有专门为嵌入式系统设计的体系结构与指令系统，所以它最能满足嵌入式系统的应用要求。Intel公司生产的MCS-51系列单片机是我国目前应用最广的单片机之一。 随着可编程逻辑器件设计技术的发展，每个逻辑器件中门电路的数量越来越多，一个逻辑器件就可以完成本来要由很多分立逻辑器件和存储芯片完成的功能。这样做减少了系统的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP核是将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。随着FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。 本课题结合FPGA与8051单片机的优点，主要针对以下三个方面研究： (1)FPGA开发平台的硬件实现选用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作为核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作为片内程序存储器，搭建FPGA的硬件开发平台。 (2)用VHDL语言实现8051IP核分析研究8051系列单片机内部各模块结构以及各部分的连接关系，实现了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下几个模块：CPU模块、片内数据存储器模块、定时/计数器模块、并行端口模块、串行端口模块、中断处理模块、同步复位模块等。 (3)基于FPGA的8051IP核应用用所设计的8051IP核，实现了对一个4×4键盘的监测扫描、键盘确认、按键识别等应用。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的不断发展，嵌入式系统得到了广泛的应用。在当今的工业控制领域，控制逻辑和功能变得越来越复杂，简单的嵌入式系统己经不能满足工业生产需求，而带有高性能处理器以及完整操作系统的嵌入式系统的引入将逐渐成为工业控制自动化发展的方向。 本文对用于工业供水设备测控的工业供水测控系统展开研究。首先，在ARM嵌入式最小系统的基础上建立通用的硬件平台，对平台的硬件结构进行设计，特别是对于关键的接口电路进行了比较深入的研究，针对供水设备测控的不同要求，集成了多种接口电路。其次，在实现嵌入式实时多任务操作系统μC／OS-Ⅱ在ARM上可移植的基础上，建立了测控系统的软件平台，对接口电路驱动程序进行模块化设计。最后，在研制出的测控平台上，加入了电力参数与传感器数据监测电路以及开关量输入/输出电路，特别是对工频交流信号有效值的测量进行了较深入的硬件设计以及软件算法研究，并对测控系统的无线通讯部分进行了设计。 在上述工作的基础上，开发出嵌入式无线工业供水测控系统样机。工业现场近半年来试运行的结果表明：该基于ARM的嵌入式无线工业供水测控系统设计合理，性能稳定可靠，达到了设计的要求。
上传时间： 2013-06-23
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在数字化推进速度加快的大背景下，全球农业也由传统农业向现代农业方向转变，而实现农业信息与数字化则是现代化农业的重要标志与核心技术。我国农业具有地域分散、对象多样、生物自身变异大、环境因子不确定等特点，也是受环境影响最明显的领域，因此对环境与生物信息的监测显得十分重要。同时现代无线网络信息技术和计算机应用等技术近几年得到了长足的发展，广泛的应用于工业的各个领域。因此，将这些最新的技术应用于相对发展较慢的农业各领域显得迫在眉睫。 本文根据农业对象具有偏远、分散、易变、多样等特点，提出了一种针对农业环境信息远程监测的系统设计方案，并从软件和硬件二方面详细介绍了系统方案的设计和实现方法。本研究通过采用μC/OS-Ⅱ系统的嵌入式技术，实现了数据采集系统底层网络与信息发布上层网络的无缝连接为建立基于WEB的农业环境远程监测系统奠定了基础，同时也为农业网络通信“最后一公里”问题的解决提供了一种解决方案。 该系统的设计充分利用了网络技术。通过INTERNET，用户可以随时了解农业环境的实时情况以采取措施。系统中嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的应用提高了系统的实时性、可靠性和可扩展性：减少了对系统硬件的依赖，增加了系统安全性；降低了成本。特别是自主开发的核心板卡，经连续的调试运行稳定、数据可靠。 本文首先介绍了高速实时数据采集系统的发展和现状。由于传统的设计方式的欠缺而考虑到将嵌入式操作系统引入到该系统中，很好的解决了多传感器的接入，使得本系统具有巨大的灵活性和可扩展性。 本文以源码开放的嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ为核心，以LPC2210微控制器为载体，充分利用GPRS无线网络传输技术，实现了高速实时信息监测系统的关键设计。 考虑到该系统以后的可扩展性，在设计的过程中硬件部分预留了一部分接口电路以备后续开发使用；软件的设计过程中应该注意的问题和实际操作中出现的一系列问题以及解决办法在文中都有详细的说明，并且软件的基本构架在文章中也有所体现，文章结尾给出了一些系统经实验后在WEB上发布显示的数据。
上传时间： 2013-05-17
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作为新能源与汽车工业相结合的产物，燃料电池汽车已经逐渐成为了汽车家族的后起之秀。随着电子控制单元与车载设备的不断增多，传统内燃机汽车的仪表盘已经不能满足以燃料电池为动力的汽车仪表复杂信息显示的要求。本文以燃料电池汽车为研究背景，设计开发了基于嵌入式技术的仪表系统，实现了对燃料电池汽车整车运行状态以及模块数据的实时监测、存储与图形化显示。 本文介绍了燃料电池汽车仪表系统的设计原理，对仪表系统进行了需求分析，确定了系统整体框架与模块划分，提出了基于ARM微处理器、实时操作系统以及图形用户界面的仪表系统解决方案。该方案采用高性能的S3C44BOX作为底层核心处理器，以RTOS和GUI为中间层构建软件系统平台，在此基础上以实时多任务软件设计方法进行仪表系统应用程序的开发。 在上述方案的基础上，进行了仪表系统硬件平台的设计，包括存储器系统、通信总线、人机交互界面等接口电路的设计。根据高速数字电路的设计要求，在双面板上实现了基于ARM的燃料电池汽车仪表系统的PCB布线。编写了系统初始化代码，完成了对硬件平台的调试工作。 根据仪表系统的实际情况，选择了实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ和嵌入式图形用户界面μC/GUI作为本系统的软件平台，完成了两者在仪表系统硬件平台上的移植。针对μC/GUI环境下简体中文汉字的显示问题，给出了一种比较完善的解决方案。μ按照实时多任务软件的开发流程，设计了仪表系统应用程序，包括CAN总线监听任务、数据处理任务、用户界面任务以及历史数据记录任务等，划分了各个任务的优先级，确定了任务之间的通信同步机制，描述了各个任务的主要功能和实现方法，重点论述了基于μC/GUI的用户界面任务设计的思路与过程，最后介绍了在硬件平台上进行系统集成、软硬件联合调试以及系统测试的流程。
上传时间： 2013-06-20
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随着生活水平的提高，人们对环境的要求越来越高，如何获取实时、可靠的环境数据已经成为一个迫在眉睫的问题，特别是在人迹罕至的地方或者危险区域，传统的环境监测手段已经无法满足需要。无线传感器网络具有低功耗、自组织、可靠性高等优点，非常适合野外环境监测。 本文介绍了环境监测无线传感器网络中的网关设计。从低功耗和可靠性出发，网关的ZigBee通信模块采用CC2430，负责组建管理无线环境监测网；GPRS模块采用TC35，实现了环境监测网络与监控系统的无线数据传输；主控制器采用嵌入式处理器LPC2210，通过与ZigBee模块和GPRS模块的通信，实现两种网络的协议转换。在硬件设计方面，介绍了主控制器模块的电源电路、串口电路、存储器电路、人机交互电路、与ZigBee通信模块的接口设计、与GPRS模块接口设计；在软件设计方面，提出了基于需时中断的软件设计方法，移植了μC/OS-II操作系统，设计了串口驱动、ARM与ZigBee通信、ARM发送短消息、人机交互以及监控中心软件等；对ZigBee网络中的组网、数据传输等进行了研究，设计了星型无线传感器网络，介绍了系统的测试情况。结果表明，星型ZigBee环境监测网络能通过GPRS网络实现对ZigBee网络的监测，整个系统具有实时、可靠、低功耗、监测范围广等优点。
上传时间： 2013-06-13
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电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度已成为一个国家发展水平的主要标志之一。随着计算机、电力电子和信息技术等高新产业的发展和普及，电能质量已成为电力部门及其用户日益关注的问题，对电能质量监测和分析也具有重要的现实意义。本文主要对电能质量监测分析的相关理论和技术进行了研究，设计了基于DSP和ARM的双CPU电能质量监测仪的硬件系统和软件系统。 本文首先对电能质量当前国内外的研究现状进行了分析，对电能质量相关分析方法进行了阐述，提出了电能质量监测仪的设计思路。本文采用双CPU的硬件结构方式，利用ARM管理键盘和显示等人机接口，采用高速数字信号处理器。TMS320LF2407作为运算单元，采用专门的14位AD转换芯片来实现高精度的采样，同时利用锁相环电路硬件跟踪电网频率。软件系统方面采用了模块化设计，以便于软件功能的改进和升级。在理论方面也有所研究，以谐波源-六脉动整流桥为研究对象，分析控制角和换相重叠角与谐波电流大小之间的关系，并通过PSCAD/EMTDC仿真验证理论分析的准确性；对于暂态电能质量扰动采用小波变换进行检测，并通过Matlab仿真验证检测效果。 本文最后对电能质量的实测数据进行分析，指出当前电能质量中存在的问题，并给出了相应的改善措施。对电能质量监测仪进行了误差分析，并结合误差的原因提出了软件校正方法。
上传时间： 2013-04-24
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文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低，对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品，同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天，这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能，同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求，这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术，数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天，最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80％以上，但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上，提出了一种新的数字化调节器方案，即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计，并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐，使系统电路更简单，精度更高，通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状，以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案，并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节，通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器，控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器，使电路更简单，精度更高，通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成，采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样，电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端，用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次，文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计，并给出了具体的电路图，同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统，要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC，这样就避免了高速采样占用系统资源的问题，减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节，从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率，从而达到闭环控制的目的。 最后，对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试，得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方，认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间，这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反，同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下，数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源，系统还有值得改进的地方，比如改进主控器，提高参考电压的精度，提高采样器件的精度等，都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域，将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上，只要是相关的领域都可以采用。
上传时间： 2013-06-21
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介绍了一种通用温度监测仪。阐述了以MSP430F149 为核心的温度检测仪的硬件模块和软件设计。该温度检测仪具有低成本、低功耗、可靠性高、抗干扰能力强等特点，根据不同需要可应用于多种温度检测系统中。
上传时间： 2013-07-29
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随着现代工业的高速发展，电力系统的非线性负荷日益增多，严重地污染了电网的环境，威胁着电网中的各种电气设备的安全经济运行，不论从保证电力系统和供电系统的安全经济运行或是从保证设备和人身的安全来看，对谐波污染造成的危害影响加以经常监测和限制都是极为迫切的。谐波测量是谐波治理的重要前提条件，也是分析解决谐波治理问题的基本问题。国内外已有各种谐波检测的研究，形成了多种谐波检测方法，基于快速傅立叶变化的FFT是当前谐波检测中应用最为广泛的一种谐波检测方法。特别是经过技术补偿后的FFT算法，在谐波检测中具有更好的性能。但该方法在实现上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司产品)，其实时性不强，影响了检测性能。随着微电子技术和数字信号处理技术的发展，基于FPGA的数字信号处理具有高速、开发简便、易于形成ASIC等优势而得到了广泛的应用。论文在分析谐波测量方法的基础上，提出了基于FPGA实现电网谐波测量系统。以嵌入式处理器NiosⅡ为核心，实现了电网谐波分析的周期图功率谱分析方法。在整个系统硬件设计的基础上，主要完成了基-28点、16点、32的FFT模块、完成了求模运算模块以及输出显示模块。通过比较仿真得到的方波、正弦信号的谱结构与实际系统输出的谱结构，验证了该实现方法的正确性。
上传时间： 2013-06-30
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在航空航天，遥感测量，安全防卫以及家用影视娱乐等领域，要求能及时保存高清晰度的视频信号供后期分析、处理、研究和欣赏。因此，研究一套处理速度快，性能可靠，使用方便，符合行业相关规范的高清视频编解码系统是十分必要的。 本文首先介绍了高清视频的发展历史。并就当前相关领域的发展阐述了高清视频编解码系统的设计思路，提出了可行的系统设计方案。基于H.264的高清视频编码系统对处理器的要求非常高，一般的DSP和通用处理器难以达到性能要求。本系统选择富士通公司最新的专用视频编解码芯片MB86H51，实时编解码分辨率达到1080p的高清视频。芯片具有压缩率高，功耗低，体积小等优点。系统的控制设备由三块FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分别负责视频输入输出，码流输入输出和主编解码芯片的控制。ARM作为上层人机交互的控制器，向系统使用者提供操作界面，并与主控FPGA相连。方案实现了高清视频的输入，实时编码和码流存储输出等功能于一体，能够编码1080p的高清视频并存储在硬盘中。系统开发的工作难点在于FPGA的程序设计与调试工作。其次，详细介绍了FPGA在系统中的功能实现，使用的方法和程序设计。使用VHDL语言编程实现I2C总线接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA内置的M4K快速存储单元实现128K的命令存储ROM，并对设计元件模块化，方便今后的功能扩展。编程实现了PIO模式的硬盘读写和SDRAM接口控制功能，实现高速的数据存储功能。利用时序状态机编程实现主芯片编解码控制功能，完成编解码命令的发送和状态读取，并对设计思路，调试结果和FPGA资源使用情况进行分析。着重介绍设计中用到的最新芯片及其工作方式，分析设计过程中使用的最新技术和方法。有很强的实用价值。最后，论文对系统就不同的使用情况提出了可供改进的方案，并对与高清视频相关的关键技术作了分析和展望。
上传时间： 2013-07-26
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