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基础应用

  • 基于FPGA的PCI接口设计及其应用

    该文进行的设计作为数控系统大课题中的一个子课题,主要研究利用PCI总线来实现对外围IO的操作,硬件上包括设计一块PCI接口卡并测试通过,软件上实现了PCI接口卡在Linux下的驱动和用软PLC来实现对外围IO的操作.该文在比较几种微机总线的基础上,为了实现数控系统高速、高精度、低功耗的要求,采用PCI总线进行设计.随着可编程逻辑器件的发展,为在一片PLD芯片内实现复杂的逻辑控制提供了条件.该文在综合比较开发PCI卡的几种方法的基础上,选择了使用FPGA来实现PCI接口卡设计.用VHDL语言对FPGA编程,采用模块化的设计方法进行设计,用状态机来控制PCI逻辑的时序.设计首先在EDA软件上仿真通过后,制作成PCI板卡并在现场调试通过.为方便所设计的PCI卡在数控系统及其它系统中应用,该文设计了PCI卡在Linux下的设备驱动程序,主要包括设备的注册与注销、与Linux内核的接口、相关的入口函数、驱动程序的编码、编译、加载与卸载等,并编写了相应的测试代码,在Linux环境下调试通过.为了解决数控系统中PLC的应用问题,该文还设计了PCI卡在软PLC中的应用.采用的软PLC软件是Linux下的MatPLC软件.在详细讨论MatPLC工作原理的基础上,设计了一个输入模块、一个输出模块和一个MatPLC配置文件.输入模块通过驱动程序从PCI卡中读取数据,传送到MatPLC内核的全局变量中,输出模块从内核全局变量读取数据并进行逻辑运算,再输出到PCI卡.将他们编译通过,并进行测试,最终实现软PLC对外围IO端口的读写.该论文受到广东省科技攻关项目[2002A1040402]、广东省科技攻关项目[2003C101002]、广州市重大科技攻关计划[2002Z1-D0051]的资助.

    标签: FPGA PCI 接口设计

    上传时间: 2013-07-18

    上传用户:szchen2006

  • 基于FPGA的可编程控制器现场集成技术应用研究

    传统PLC使用时会出现一些问题,如程序死循环、程序跑飞、需要庞大的编译系统作支持和不能实现精确位置控制等等;而发展到OPENPLC后,这些问题依然存在。为了更好地解决这些问题,本文提出一种全新的可编程控制器现场集成技术,用FPGA来实现PLC的功能,抛弃传统PLC“程序”的概念,以“硬件线路”来实现控制功能,不论在经济上还是在性能上都具有更大的优势。 本课题在对国内外可编程控制器,重点是HardPLC的开发和应用的进展进行概述和分析的基础上,系统开展了HardPLC组成模块原理及其仿真模拟的研究。本研究的主要贡献为: 1.对比分析了CPLD和FPGA的性能特点,阐明了Xilinx公司FPGA芯片结构的两个创新概念,指出了其优越性能的结构基础; 2.系统分析了用HardPLC实现控制系统时的一些通用模块,对每个模块的工作原理进行了深入的探讨,用VHDL语言建立了每个模块的模型,在此基础上进行了仿真、综合,为进一步研究可编程控制器的现场集成奠定了基础; 3.在仿真综合的基础上,用所建立的模型完成了特定逻辑控制系统的控制要求,充分展示了其实际应用的可行性; 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基础上,确定了应用于实际的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本课题研究建立的模型对于开发具有我国自主知识产权的HardPLC组成IP库具有一定的理论意义;对特定系统的控制实现,充分展示了基于FPGA的可编程控制器现场集成技术可以广泛应用于工控领域,加大推广力度和建立更多的IP库,在许多应用场合可以取代传统的PLC控制系统,为工控领域提供高可靠、低价格、简单易操作的解决方案,这将带来巨大的社会经济效益;所确定的FPGA芯片配置模式可广泛应用于对FPGA芯片配置数据的加载,在实践生产中具有重要的实用价值。

    标签: FPGA 可编程控制器 集成技术 应用研究

    上传时间: 2013-05-30

    上传用户:dtvboyy

  • 高速FPGA在激光回波检测中的应用

    激光测距是激光技术在军事上最早和最成熟的应用,自1961.年美国休斯飞机公司研制成功世界上第一台激光测距机之后,激光测距技术发展迅速。如今,它已经被广泛运用于军用领域和民用领域。为了进一步提高我国激光测距水平,研制更高性能激光测距机依然是我国国防科技研究中的重要课题之一。其中,测距精度是激光测距机的一个重要参数。而激光测距机能否准确的检测激光回波信号将直接影响测距精度。 脉冲激光测距系统主要包括激光发射子系统、激光回波探测子系统、回波检测与主控子系统、终端显示子系统等组成。其中设计高精度激光回波检测与主控子系统是实现高精度激光测距的核心问题。传统激光回波检测与主控子系统通常采用分立元件和小规模集成电路设计,电路复杂且精度较低。随着数字电路设计技术的发展,已出现大规模可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)。采用FPGA代替传统的分立元件和小规模集成电路来设计激光回波检测与主控子系统,不仅提高了回波检测精度,同时简化了整个测距系统的设计。 本文研究了将激光回波信号直接送入FPGA进行检测的方案。同时,采用这种方案设计了一种激光回波检测系统,并把它成功运用在一引信项目中。这种方案电路设计简单,易于实现。在实际应用中,由于激光回波探测子系统只是完成由光信号到电信号的转换及简单放大,理论分析和试验结果均表明,采用该方案进行回波检测的精度较低,这种回波检测方法也只能应用在测距精度要求低的项目中。 为了满足另一高精度测距项目的需要,在FPGA直接进行激光回波检测方案的基础上,设计了一种高精度激光回波检测系统。文中介绍了其实现原理,理论上分析了该系统所能达到的回波检测精度及整机测距系统的测距精度。与第一种方案相比,该方案引入了超高速数据采集电路。由于采样速率高达lGsps,该方案实现的难点在于如何保证数据采集电路的稳定工作。文中从总体方案的设计,到器件的选型,硬件电路板的实现等方面做了详细的阐述,最终完成了系统硬件电路设计。接着介绍了系统程序设计。后面给出了试验测试结果,该系统工作稳定,性能良好。系统设计中引入的超高速数据采集电路有着广泛的应用,为其他相关设计提供了参考。最后,对全文做了工作总结,并给出了接下来的后续工作与展望。 本文在高速FPGA对激光回波信号检测方向取得了一定的成果,为进一步研究提供了参考价值。

    标签: FPGA 激光 回波 中的应用

    上传时间: 2013-06-13

    上传用户:cy1109

  • PCI总线接口的FPGA实现及应用

    本论文重点分析了PCI总线接口的设计.对PCI总线协议的分析理解是进行PCI总线接口设计的前提,而对PCI总线接口的功能分析和结构划分是设计的关键.本文在理解协议的基础上,对PCI总线接口的整体设计和子模块的划分以及Verilog实现进行了详细的分析和阐述,并编写测试激励程序完成功能仿真,最后通过PCB试验板进行了测试.我们设计了DMA控制器作为PCI总线接口板的应用,对DMA的Top层结构和各个子模块及其与PCI总线的接口等都做了详细的划分.论文中FIFO的实现也做了详细的描述.但由于时间的限制,代码的编写和仿真还没完成.这也是本项目需要进一步完善的地方.

    标签: FPGA PCI 总线接口

    上传时间: 2013-06-12

    上传用户:lizhizheng88

  • 基于DSP和FPGA的开放式运动控制平台研究及其应用

    该文主要介绍基于DSP(TMS320LF2407A)和CPLD(MAX3128A)伺服运动控制平台的设计.文中在讨论了永磁同步电机的控制策略的基础上提出了针对表面式永磁同步伺服电机的i=0的矢量控制,介绍了通过光电码盘确定永磁同步电机转子磁极位置的方法,以及SVPWM的原理和特性及其数字实现方法.详细阐述由TMS320LF2407A和MAX3128A构建的传动控制系统平台.以上述平台为基础,设计了一个基于矢量控制的三环永磁同步伺服系统,为解决典Ⅱ系统超调和抗扰性的矛盾,将IP调节器引入系统.通过试验证明IP调节器在不影响系统抗扰性和稳态精度的前提下,大大降低了电流的超调.工程实践证明了设计的正确性.为了满足用户对系统方便操作和监视的要求,实现参数在线修改以及故障综合,并满足一定可视性,提出并设计了基于RS232的串行通讯程序,包括两部分:PC机的监控系统和数字操作器.文中详细分析了设计数字操作器的硬件模块及框图和软件流程,实际应用表明数字操作器方便了用户对系统的操纵和监视,已在实际工程中得到应用.

    标签: FPGA DSP 开放式 运动控制平台

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:ainimao

  • 基于ARM的嵌入式Linux系统研究与应用

    当前,嵌入式系统已经广泛地应用到人们生活的各个领域。同时,随着嵌入式处理器性能的不断增强,特别是32位高性能嵌入式微处理器的广泛使用,嵌入式操作系统逐渐成为嵌入式系统中最重要的组成部分。而在各种嵌入式操作系统中,IAnux凭借其代码公开,性能稳定,网络功能强大等多方面的优势,在嵌入式系统中被广泛地采用,得到了嵌入式系统设计者的普遍认可。研究Linux操作系统理论,进行嵌入式Linux系统的移植和应用程序的开发,具有重要的理论意义和现实意义。 研究课题以32位ARM架构的嵌入式处理器$3C2410A为硬件平台核心,系统地介绍了S3C2410A处理器和系统的硬件组成。在此基础上重点研究了嵌入式Linux系统的构建和移植,其中首先研究了基于Linux的嵌入式交叉开发环境的构建。之后详细地研究了系统引导程序的原理,分析了系统引导程序VIVI的结构并在此基础上实现了VIVI的移植。接下来论文研究了ARM Linux内核结构和启动引导过程,讨论了ARM Linux内核移植及配置编译的具体方法和过程。作为嵌入式Linux移植的另外一个重点,课题还详细地研究了嵌入式Linux根文件系统的结构、根文件系统内容的构建以及如何为嵌入式系统进行多文件系统的选择。在完成Linux内核与文件系统的移植后研究了嵌入式Linux驱动程序的原理,设计了S3C2410A微处理器扩展CAN总线接口,给出了ARM Linux上CAN设备驱动程序实现方法。课题最后还研究了嵌入式Linux系统下的图形用户界面,在分析国内外嵌入式GUI的特点和MiniGUI的技术优势基础上,介绍了为嵌入式Linux系统配置、编译和安装MiniGUI的方法,而且以一个状态显示界面程序为实例介绍了MiniGUI程序的设计方法。

    标签: Linux ARM 嵌入式 系统研究

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:wangyi39

  • 基于ARM的嵌入式μClinux应用研究

    嵌入式系统近年持续迅猛发展,已经成为后PC技术时代信息化的中坚力量。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高及面向行业应用的突出特点,目前已经广泛应用于网络、消费电子、国防军事及自动化控制等领域。 ARM(Advaneed RIS Cmachines)公司的32位RISC处理器,以其高速度、低功耗、低成本、功能强和特有的16/32位双指令集等诸多优异性能,已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案中的首选处理器。在众多的ARM处理器中,Samsung公司的S3C44B0X处理器以其低价格、低功耗及强大的网络支持等优点在市场上占有重要份额。 uClinux是从Linux衍生出来的优秀嵌入式操作系统,专门针对没有MMU的处理器设计,支持众多嵌入式处理器类型。uClinux继承了Linux的许多优秀性能,有良好的网络支持,完善的驱动支持,高度的模块化,开放的源码。uClinux已成为许多嵌入式系统研究领域的首选操作系统之一。 本课题以嵌入式手持式电能质量分析仪前期实验开发板为研究目标,根据嵌入式体系结构和嵌入式系统设计的原理,构建了基于Samsung公司S3C44B0X ARM7 TDMI处理器的硬件开发平台,并根据该硬件平台的结构特点移植了uClinux操作系统,同时针对uClinux实时性能不高和嵌入式平台硬件资源有限的缺点,结合uClinux多进程和共享内存机制设计了数据采集程序,实现了对三路0~2.5V模拟信号的高性能采集,增强了系统数据处理的实时性,提高了工作效率,为后续开发奠定了基础。 论文从嵌入式系统应用的角度出发,分析了嵌入式体系结构、uClinux运行机制和内核特点;阐述了Bootloader设计及操作系统移植的要点;介绍了接口驱动及上层应用程序的设计方法等问题。

    标签: Clinux ARM 嵌入式 应用研究

    上传时间: 2013-07-23

    上传用户:cjf0304

  • 基于ARM的嵌入式网络控制系统在馈电开关中的应用与研究

    矿用隔爆馈电开关是煤矿井下配电系统的关键设备,作为配电开关,用于含有瓦斯或煤尘等爆炸危险环境的矿井中,控制和保护低压供电网络。其性能好坏直接影响着煤矿井下的生产安全和生产效率,而目前国内馈电开关普遍存在集成度低、可靠性差、智能监控水平低等缺点。 本课题将嵌入式网络控制系统应用到馈电开关中,通过对矿山供电系统工作原理、真空馈电开关工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210为处理器、ARM7为内核)嵌入式网络控制系统的研究,实现了总体网络拓扑结构的设计和智能馈电开关控制系统硬件电路的设计;通过对嵌入式实时操作系统的移植、嵌入式TCP/IP协议栈的实现和移植以及基于C/S模式下的套接字编程等的研究和分析,完成了监控主机与嵌入式系统的通信软件和保护控制算法的应用程序的编写,从而实现了矿井地面监控主机与井下嵌入式系统馈电开关的快速通信,解决了地面监控主机对井下馈电回路及电气开关的远程智能监控的难题,最终设计出一套集实时保护控制和远程监控功能于一身的智能型馈电开关网络控制系统。 实验结果表明:在嵌入式系统端的通信软件和监控主机端的通信软件的驱动下,实现了嵌入式系统与监控主机的快速远程通信,通信速度快、可靠性高、可视化效果好,完全满足了监控系统的快速通信要求。 本课题的研究成果为工业控制领域提供了一个开放式、全分布、可互操作性的通信控制平台,为提高煤矿井下设备的远程智能监控水平和安全操控系数提供了新的解决方法,为地面监控系统实现更大规模、更深层次地对井下电气设备的集中控制、分散管理奠定了理论和实践基础。

    标签: ARM 嵌入式网络 中的应用 控制系统

    上传时间: 2013-06-25

    上传用户:wl9454

  • 基于ARM和μCOSⅡ的嵌入式系统研究及其在焊接机器人中应用

    以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络之后,又一个IT领域新的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高等特点,目前已经广泛的应用在国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制等领域。其中具有代表意义的是32位的控制器和嵌入式操作系统的应用。 本文是以弧焊机器人的焊缝跟踪系统为例,研究了基于嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ和32位ARM微处理器的嵌入式系统的实现。该焊缝跟踪应用系统实例实现的功能是使弧焊机器人能及时检测并自动纠正当前焊接点与焊缝之间出现的偏差,以提高弧焊机器人的智能化水平。 论文首先介绍了32位的ARM控制器工作原理,然后介绍了嵌入式操作系统的工作原理以及焊缝信号的处理原理,在此基础上设计了弧焊机器人焊缝跟踪系统的硬件电路,最后完成了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植工作,并且编写和调试了控制软件。基本上达到了控制要求。

    标签: ARM COS 嵌入式 系统研究

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:mpquest

  • 基于FPGA的扩频通信芯片设计及应用

    随着网络技术和通信技术的突飞猛进,人们对通信的保密性能,抗干扰能力的要求越来越高,而且对信息隐蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。这些要求的实现都离不开扩频通信技术的应用,而扩频通信芯片作为扩频通信网络的核心器件,自然也成了研究的重点。本论文旨在借鉴国内外相关研究成果,并以家庭电力线通信环境为背景,验证了一种CDMA码分多址通信的实现方案,并通过智能家庭系统展示了其应用效果。 本课题以构建家庭电力载波通信网络为目标,首先,以两块Cyclone系列FPGA开发板为基础,分别作为发送单元和接收单元,构建了系统的硬件开发平台;以QuartusⅡ 7.2为开发环境,运用Verilog硬件描述语言,编写扩频模块和解扩模块,并且进行了测试、仿真和综合,验证了通过专用芯片实现扩频通信系统的可行性。应用方面,采用电力线载波通信芯片,提出了一种由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统。用户通过WEB方式登陆嵌入式网关,智能插线板能够在嵌入式网关的控制下控制电器的电源、发送红外遥控指令,实现对家电的远程遥控。使用两块FPGA开发板,实现了扩频通信基本收发是本设计得主要成果;将扩频通讯技术、嵌入式Web技术引入到智能家庭系统的设计当中是本文的一个特点。 仿真和实验表明:采用电力线载波通信芯片组建家庭网络的方案可行,由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统能灵活、便捷地实施家电控制,并具有一定的节能效果。

    标签: FPGA 扩频通信 芯片设计

    上传时间: 2013-06-17

    上传用户:vaidya1bond007b1