目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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随着21世纪的到来,计算机技术,信息处理技术,半导体技术和网络技术不断发展,人类社会进入了信息化时代。与此同时,无线视频传感器网络也得到了突飞猛进的发展,成为当今国际上备受关注的热点研究领域。无线视频传感器网络有着很多的优点和十分广泛的应用前景。在军事,工业,城市管理和监控系统等重要领域都有潜在的使用价值。 无线视频传感器网络有着显著的特征,例如：网络节点能源有限；网络带宽有限；对处理速度要求较高等。由此可见,传统的视频编码标准无法应用于无线视频传感器网络。MPEG-4,H.263,H.264等视频编码标准,全是基于运动估计补偿实现的,计算量十分巨大,在能量,存储空间和处理能力均有限的节点难以实现这类高复杂度的编码算法。 本文针对无线视频传感器网络对视频编码算法的具体需求,提出一种基于运动检测的低复杂度视频编码算法。该算法只对当前编码帧中的运动对象进行编码,并且以面向对象的结构输出码流。实验结果表明,与H.264全I帧编码相比,本文提出的算法编码速度提高了约3倍,编码性能提高了约2dB。与H.264基本档次相比,虽然编码性能略有下降,但是编码速度平均提高了8倍左右。因此,本文提出的算法可以在编码效率和编码速度之间获得很好的折衷,在一定程度上可以满足无线视频传感器网络的需求。 本文选用ALDVK_270作为硬件实验平台。在分析算法结构的同时,结合嵌入式系统的特点,从算法,内存,高级语言和汇编语言等几个方面提出优化方案,最终在ARM嵌入式平台下实现了面向无线视频传感器网络的低复杂度视频编码算法。测试结果表明,与优化前相比,优化后的编码速度有了很大的提高,对于CIF格式的监控视频序列能够满足实时处理的要求。
上传时间： 2013-07-26
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指纹识别是在指纹图像上找到指纹的特征，通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的特征模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。本文对现已存在的多种指纹识别算法进行编程比较，并对细化算法提出改进。同时采用基于ARM7TDMI内核的32位处理器S3C44B0作为主控制器，半导体电容传感器FPS200作为指纹数据采集设备，构建了自动指纹识别系统。论文完成主要工作如下： 1、指纹采集模块的设计：根据FPS200的相关寄存器资源和管脚特性，完成指纹传感器FPS200的电路设计；研究FPS200主要寄存器的功能和图像采集方式，给出FPS200在三种工作方式下的工作流程，并且对三种工作模式进行分析。 2、指纹识别算法研究：通过对现已存在的多种图像预处理算法进行编程实现和对比研究发现，细化后的图像多存在短线、断线、毛刺等干扰以及细化不彻底的现象，为此提出了新的修复算法：分析目标点周围纹线的走向趋势，选择去除或者保留周围的相连点，较好地解决了细化不彻底的问题；再对细化后的图像采用方形模板进行纹线跟踪，去除伪特征点，克服了逐步递进的纹线跟踪算法过于复杂、不易实现等问题。 3、采用Sansung公司基于ARM7TDMI内核的32位RISC处理器S3C44B0，构建了自动指纹识别系统。该系统主要包括电源管理部分、指纹图像采集模块、存储器模块、JTAG调试接口以及与外设连接的串行接口。硬件部分主要完成指纹采集模块接口的设计与开发，软件部分主要完成指纹图像采集程序、指纹识别算法程序和串口通信程序的开发，此外还通过串口实现指纹数据上传到上位机，在VB环境下实现了简易的人机交互软件，提供指纹图像的直观显示，用于对指纹识别程序进行测试，并对测试结果进行了分析。
上传时间： 2013-05-22
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随着半导体工艺的飞速发展和芯片设计水平的不断进步，ARM微处理器的性能得到大幅度地提高，同时其芯片的价格也在不断下降，嵌入式系统以其独有的优势，己经广泛地渗透到科学研究和日常生活的各个方面。 本文以ARM7 LPC2132处理器为核心，结合盖革一弥勒计数管对Time-To-Count辐射测量方法进行研究。ARM结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的，其指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多，使用一个小的、廉价的ARM微处理器就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微处理器，其工作频率可达到60MHz，这对于Time-To-Count技术是非常有利的，而且利用LPC2132芯片的定时/计数器引脚捕获功能，可以直接读取TC中的计数值，也就是说不再需要调用中断函数读取TC值，从而大大降低了计数前杂质时间。本文是在我师兄吕军的《Time-To-Count测量方法初步研究》基础上，使用了高速的ARM芯片，对基于MCS-51的Time-To-Count辐射测量系统进行了改进，进一步论证了采用高速ARM处理器芯片可以极大的提高G-M计数器的测量范围与测量精度。 首先，讨论了传统的盖革-弥勒计数管探测射线强度的方法，并指出传统的脉冲测量方法的不足。然后讨论了什么是Time-To-Count测量方法，对Time-To-Count测量方法的理论基础进行分析。指出Time-To-Count方法与传统的脉冲计数方法的区别，以及采用Time-To-Count方法进行辐射测量的可行性。 接着，详细论述基于ARM7 LPC2132处理器的Time-To-Count辐射测量仪的原理、功能、特点以及辐射测量仪的各部分接口电路设计及相关程序的编制。 最后得出结论，通过高速32位ARM处理器的使用，Time-To-Count辐射测量仪的精度和量程均得到很大的提高，对于Y射线总量测量，使用了ARM处理器的Time-To-Count辐射测量仪的量程约为20 u R/h到1R/h，数据线性程度也比以前的Time-To-CotJnt辐射测量仪要好。所以在使用Time-To-Count方法进行的辐射测量时，如何减少杂质时间以及如何提高计数前时间的测量精度，是决定Time-To-Count辐射测量仪性能的关键因素。实验用三只相同型号的J33G-M计数管分别作为探测元件，在100U R/h到lR/h的辐射场中进行试验.每个测量点测量5次取平均，得出随着照射量率的增大，辐射强度R的测量值偏小且与辐射真实值之间的误差也随之增大。如果将测量误差限定在10％的范围内，则此仪器的量程范围为20 u R/h至1R/h，量程跨度近六个数量级。而用J33型G-M计数管作常规的脉冲测量，量程范围约为50 u R/h到5000 u R/h，充分体现了运用Time-To-Count方法测量辐射强度的优越性，也从另一个角度反应了随着计数前时间的逐渐减小，杂质时间在其中的比重越来越大，对测量结果的影响也就越来越严重，尽可能的减小杂质时间在Time-To-Count方法辐射测量特别是测量高强度辐射中是关键的。笔者用示波器测出此辐射仪器的杂质时间约为6.5 u S，所以在计算定时器值的时候减去这个杂质时间，可以增加计数前时间的精确度。通过实验得出，在标定仪器的K值时，应该在照射量率较低的条件下行，而测得的计数前时间是否精确则需要在照射量率较高的条件下通过仪器标定来检验。这是因为在照射量率较低时，计数前时间较大，杂质时间对测量结果的影响不明显，数据线斜率较稳定，适宜于确定标定系数K值，而在照射量率较高时，计数前时间很小，杂质时间对测量结果的影响较大，可以明显的在数据线上反映出来，从而可以很好的反应出仪器的性能与量程。实验证明了Time-To-Count测量方法中最为关键的环节就是如何对计数前时间进行精确测量。经过对大量实验数据的分析，得到计数前时间中的杂质时间可分为硬件杂质时间和软件杂质时间，并以软件杂质时间为主，通过对程序进行合理优化，软件杂质时间可以通过程序的改进而减少，甚至可以用数学补偿的方法来抵消，从而可以得到比较精确的计数前时间，以此得到较精确的辐射强度值。对于本辐射仪，用户可以选择不同的工作模式来进行测量，当辐射场较弱时，通常采用规定次数测量的方式，在辐射场较强时，应该选用定时测量的方式。因为，当辐射场较弱时，如果用规定次数测量的方式，会浪费很多时间来采集足够的脉冲信号。当辐射场较强时，由于辐射粒子很多，产生脉冲的频率就很高，规定次数的测量会加大测量误差，当选用定时测量的方式时，由于时间的相对加长，所以记录的粒子数就相对的增加，从而提高仪器的测量精度。通过调研国内外先进核辐射测量仪器的发展现状，了解到了目前最新的核辐射总量测量技术一Time-To-Count理论及其应用情况。论证了该新技术的理论原理，根据此原理，结合高速处理器ARM7 LPC2132，对以G-计数管为探测元件的Time-To-Count辐射测量仪进行设计。论文以实验的方法论证了Time-To-Count原理测量核辐射方法的科学性，该辐射仪的量程和精度均优于以前以脉冲计数为基础理论的MCS-51核辐射测量仪。该辐射仪具有量程宽、精度高、易操作、用户界面友好等优点。用户可以定期的对仪器的标定，来减小由于电子元件的老化对低仪器性能参数造成的影响，通过Time-To-Count测量方法的使用，可以极大拓宽G-M计数管的量程。就仪器中使用的J33型G-M计数管而言，G-M计数管厂家参考线性测量范围约为50 u R/h到5000 u R/h，而用了Time-To-Count测量方法后，结合高速微处理器ARM7 LPC2132，此核辐射测量仪的量程为20 u R/h至1R/h。在允许的误差范围内，核辐射仪的量程比以前基于MCS-51的辐射仪提高了近200倍，而且精度也比传统的脉冲计数方法要高，测量结果的线性程度也比传统的方法要好。G-M计数管的使用寿命被大大延长。 综上所述，本文取得了如下成果：对国内外Time-To-Count方法的研究现状进行分析，指出了Time-To-Count测量方法的基本原理，并对Time-T0-Count方法理论进行了分析，推导出了计数前时间和两个相邻辐射粒子时间间隔之间的关系，从数学的角度论证了Time-To-Count方法的科学性。详细说明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count辐射测量仪的硬件设计、软件编程的过程，通过高速微处理芯片LPC2132的使用，成功完成了对基于MCS-51单片机的Time-To-Count测量仪的改进。改进后的辐射仪器具有量程宽、精度高、易操作、用户界面友好等特点。本论文根据实验结果总结出了Time-To-Count技术中的几点关键因素，如：处理器的频率、计数前时间、杂质时间、采样次数和测量时间等，重点分析了杂质时间的组成以及引入杂质时间的主要因素等，对国内核辐射测量仪的研究具有一定的指导意义。
标签： TimeToCount ARM 辐射测量仪
上传时间： 2013-06-24
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在电力现代化建设中，提高发电机发电效率是其中重要的一环，氢气作为导热性冷却介质广泛的应用于发电设备，作为冷却剂，它可以有效地提高其发电效率，但它又是一种易燃易爆气体，所以使氢气参数处于正常范围，保证发电机高效、安全正常工作就变得至关重要，因此对氢气参数进行实时监测有着重要的意义。 本论文研究和开发了基于ARM和CPLD的氢气参数监测系统，首先简要的分析了氢冷发电机系统对氢气参数进行监测的必要性以及当前电力系统氢气参数监控系统的发展情况。然后提出了一种利用无线通信手机短消息业务SMS、工控总线Modbus通信协议和RR485总线、SD卡海量存储等技术实现发电机系统多氢气参数的现场实时监测系统的设计方案。该方案以功能强大的ARM处理器作为系统的核心。采用高精度的16位AD转换芯片，并使用两种滤波算法的结合对信号进行数字滤波，满足系统对氢气参数采集精度的要求。同时系统结合CPLD技术，用于解决系统内微控器I/O口不足以及SD卡驱动的问题，本论文采用一片CPLD扩展I/O口，每一个扩展的I/O口都分配固定的地址，ARM微控器可以通过外部总线控制扩展I/O口的输出电平。SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，具有低成本，大容量的特点，系统的历史数据存储使用了SD卡作为存储介质，系统并没有直接使用ARM处理器读写SD卡，而是使用了拥有1270个逻辑单元的MAXⅡ1270 CPLD来驱动SD卡，在CPLD中使用VHDL语言设计了SD卡的总线协议，外部总线接口，SRAM的读写时序等，这样既可以提高微处理器SD卡的读写速度，增强微处理器程序的移植性，又可以简化微处理器读写SD卡的步骤并减少微处理器的负担。 本论文的无线数据传输采用GSM无线通信技术的SMS业务远传现场数据，设计了GSM模块的软件硬件，实现了报警等数据的无线传输，系统的有线传输采用了基于Modbus通信协议的RS485总线通信方式，采用这两种通信方式使系统的通信更加灵活、可靠。本论文最后分析了系统的不足并且提出了具体的改进方向。
上传时间： 2013-05-26
上传用户：emouse
本文首先介绍了主流8位MCU(微控制器)的通用架构，通过比较分析主流国际MCU半导体供应商的MCU产品，结合作者在德国英飞凌公司的项目实践，分析了英飞凌XC866系列8位MCU的架构特点和功能特性。在此基础上，介绍了该MCU芯片的系统集成方法，以及组成模块的架构和功能。 LlN协议是当前广泛应用的车载局部互连协议，作为英飞凌XC866MCU上很关键的一个外围IP，本论文在介绍了MCU架构基础上，设计实现了LlN控制器。LIN协议是UART在数据链路层上的扩展，其关键是LlN协议数据链路层的检测实现。本文给出了一种可靠，高效的协议检测机制，从而使软件和硬件更好配合工作完成协议检测。在完成LlN控制器设计后，本文结合了XC866ADC的架构，介绍了ADC模拟和系统的数字接口概念和实现要点，介绍了如何考虑分析选择合理的数字接口方案。论文最后以XC866的系统架构为基础，提出了一种高效的基于FPGA的IP原型验证平台方案，并以LlN控制器作为验证这一平台的IP，在FPGA上成功的实现了验证方案。论文同时介绍了从SOC设计向FPGA原型验证转换时的处理方法及工程经验，介绍了MCU及验证平台的测试平台思想，以及基于FPGA原型和逻辑分析仪实时测试的MCU固件代码覆盖率测试方法。 目前8位MCU在中低端的应用越来越广泛，特别是目前发展迅速的汽车电子和消费电子领域。因此对MCU架构的不断研究和提高，对更多面向应用领域的IP的研究和设计，以及如何更快速的实现芯片验证将极大的推动MCU在各个领域的应用和推广，将产生极大的经济和应用价值。
上传时间： 2013-07-14
上传用户：李梦晗
本文设计了一种基于单片机的精密温控系统。该系统采用单片机为核心控制部件进行PID 运算，数字式温度传感器DS18B20 芯片测量温度，大功率放大器OPA548 驱动半导体致冷器TEC
上传时间： 2013-05-17
上传用户：xingisme
自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的应用物理中的逆问题，例如费米体系逆问题、信号处理等，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》杂志的整版专评与高度评价。华侨大学苏武浔、张渭滨教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形（包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等）的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 在新型通信系统中，把这种正交函数族应用于系统的相干调制解调中，取代传统通信系统中调制解调所采用的三角正交函数族。正是这种正交函数族使得通信系统的传输性能大大提高，保密性加强，而且正交函数族产生很方便。 本文从软件仿真和硬件实现两个方面对Chen-Mobius通信系统进行了验证。首先，利用MATLAB软件构建Chen-Mobius数字通信系统，通过计算机编程，对Chen-Mobius单路、四路和八路的数字通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，在QuartusⅡ软件平台上，利用VHDL语言文本输入和原理图输入的方法构建Chen-Mobius数字通信系统，对该系统进行了仿真，包括设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；再次，在QuartusⅡ软件仿真的基础上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，实现了硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius数字通信系统的FPGA实现；最后，从MATLAB软件仿真和硬件实现的结果出发，通过分析系统的性能，简单展望了Chen-Mobius数字通信系统的应用前景。 本文通过软件仿真得到了Chen-Mobius数字通信系统的信噪比-错误概率曲线，从理论上验证了该系统的强的抗干扰能力；利用FPGA完成了系统的硬件实现，从实际上验证了该系统的可实现性。从两方面都可以说明，Chen-Mobius通信系统虽然只是一个新的起点，但它却预示着光明的应用前景。
标签： ChenMobius MATLAB FPGA 数字通信系统
上传时间： 2013-05-19
上传用户：sa123456
随着计算机技术、半导体技术、微电子技术技术的不断融合，嵌入式系统的应用得到了迅猛发展。本文以嵌入式系统开发为背景，研究基于ARM和μC/OS-II的嵌入式系统及其在加密解密模块中的应用。 本文在介绍了嵌入式系统和硬件实现Rijndael算法的研究现状之后，简要概述了Rijndael加密算法的结构、轮变换、密钥扩展和该加密模块选用Rijndael算法的原因以及ARM系列微处理器选型和S3C44BOX芯片体系结构、开发板平台的选择和板上主体硬件电路等相关内容。 在深入地研究了Rijndael加密算法之后以及根据嵌入式系统的一般要求，本文设计了一个基于ARM和μC/OS-II的嵌入式加密模块。该加密模块采用了32位高性能ARM微处理器S3C44BOX为硬件核心，并以嵌入式实时操作系统μC/OS-II为软件平台，在ARM ADS1.2环境下进行系统软件开发。该加密模块充分地利用了ARM微处理器性能高、功耗低和成本低的优势以及发挥了μC/OS-II可移植性好、稳定性和可靠性高的优点。 本文重点论述了嵌入式加密模块BootLoader文件的装载、I/O端口初始化、基于S3C44BOX微处理器的μC/OS-II移植及应用软件部分中任务和模块的流程设计。在该加密模块应用软件设计部分中，对各个任务的创建、定义、优先级设置和事件的定义、对文件的操作进行了设计，并且按照系统软件设计的流程描述了模块所有任务和部分子模块的功能。
上传时间： 2013-05-24
上传用户：Alibabgu
逆变器在自动控制系统、电机交流调速、电力变换以及电力系统控制中都起着重要的作用；各系统对逆变器的性能需求也越来越高。PWM控制多重逆变器正是基于这些需求，实现可变频、调压、调相、低谐波、高稳定性的解决方案。 PWM控制逆变器通过对每个脉冲宽度进行控制，以达到控制输出电压和改善输出波形的目的；多重逆变器则是把几个矩形波逆变器的输出组合起来起来形成阶梯波，从而消除谐波；PWM控制多重逆变器综合上述两种技术的特点，非常适合于应用在对谐波、电压输出及稳定性要求比较高的场合。电力半导体技术和集成电路技术的快速发展，使得多重逆变器的控制、实现成为可能。 本文首先分析风力发电系统对逆变器的要求，从多重逆变器理论和PWM逆变器理论出发，提出同步式PWM控制电压型串联多重逆变器系统解决方案。本方案也可以应用在逆变电源、交流电机调速及电力变换领域中。 文中建立了一个多重逆变器的PWM控制算法模型。该算法可完成频率、相位、幅值可调的多重逆变器的PWM控制，且能完成逆变器故障运行下的保护与告警。并在MATLAB/SIMULINK环境下对算法模型进行仿真与分析。 在比较了现有PWM发生解决方案的基础上，本文提出了一个基于FPGA(可编程逻辑阵列)的多重逆变器PWM控制系统实现方案。并给出一个主要由FPGA、ADC/DAC、驱动与保护电路、逆变器主回路及其他外围电路构成的多重逆变器系统解决方案。实验结果表明，此方案系统结构简单、可行，很好完成上述多重逆变器的PWM控制算法。
上传时间： 2013-06-28
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