运动控制技术是机电一体化的核心部分，提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说，最重要的是控制各个电机轴的运动，这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的，数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说，运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能，而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用，使运动控制卡的性能得到了不断改进，集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究，并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状，结合当前运动控制领域的具体需要，紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势，吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。 本课题的具体研究主要有以下几方面： 首先，通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研，和对运动控制技术的深入学习，在比较了几种常用的运动控制方案的基础上，提出了基于FPGA的运动控制设计方案，并规划了板卡的总体设计。 其次，根据总体设计，规划了板卡的结构，详细划分并实现了FPGA各部分的功能；利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 再次，利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口，达到跟控制卡通信的目的，针对运动控制中的一些具体问题，如运动平稳性、实时控制以及多轴联动等，在FPGA上设计了四轴运动控制电路，定义了各个寄存器的具体功能，设计了功能齐全的加／减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等，自动降速点运动、A／B相编码器倍频计数电路等特殊功能。最后，进行了本运动控制卡的测试，从测试和应用结果来看，该卡达到预期的要求。
上传时间： 2013-07-27
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离散余弦变换(DCT)及其反变换(IDCT)在图像编解码方面应用十分广泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等国际标准所采用。由于其计算量较大，软件实现往往难以满足实时处理的要求，因而在很多实际应用中需要采用硬件设计的DCT/IDCT处理电路来满足我们对处理速度的要求。本文所研究的内容就是针对图像处理应用的8×8二维DCT/IDCT处理核的硬件实现。 本文首先介绍了DCT和IDCT在图像处理中的作用和原理，详细说明了DCT变换实现图像压缩的过程，并与其它变换比较说明了用DCT变换实现图像压缩的优势。接着，分析研究了DCT的各种快速算法，总结了前人对DCT快速算法及其实现所做的研究。本文给出了两种性能、资源上有一定差异的二维DCT/IDCT的FPGA设计方案。两种方案均利用DCT的行列分离特性，采用流水线设计技术，将二维DCT/IDCT实现转化为两个一维DCT/IDCT实现。在一维DCT/IDCT设计中，根据图像处理的特点对Loeffler算法的数据流进行了优化，通过合理安排时钟周期数和简化各周期内的操作，大大缩短了关键路径的执行时间，从而提高了流水线的执行速度。最后，对所设计的DCT/IDCT处理核进行了综合和时序仿真。 结果表明，当使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件时，本文设计的方案一能够在116M时钟频率下正确完成8×8的二维DCT或IDCT的逻辑运算，消耗2827个逻辑单元；方案二能够在74M时钟频率下正常工作，消耗1629个逻辑单元。
上传时间： 2013-07-14
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在合成孔径雷达的研究和研制工作中，合成孔径雷达模拟技术具有十分重要的作用。本文以440MHz带宽线性调频信号，采样频率500MHz高分辨合成孔径雷达视频模拟器为研究对象。首先对模拟器的几项主要技术进行分析，在对点目标回波信号模型分析研究的基础上，对点目标原始回波数据进行模拟并做了成像验证，从而为硬件实现提供了正确的信号模型；针对传统的“波形存储直读法”方案，即在计算机平台上用模拟软件产生原始回波数据并存储，再通过计算机接口实现数据传输，最后完成数模转换产生视频信号这一过程，分析指出该方案在实现高分辨率时的速度和容量瓶颈。 针对具体的设计要求，围绕速度和容量问题，本文着眼于高分辨率SAR模拟器的FPGA实现研究，指出FPGA实时生成点目标原始回波数据是其实现的核心；针对这一核心问题，充分利用现代VLSI设计中的流水线技术与并行阵列技术以及FPGA的优良性能和丰富资源，在时间上采用同步流水结构、空间上采用并行阵列形式，将速度和容量问题统一为数据的高速生成问题；给出了系统总体设计思想，该方案不需要大容量存储器单元，大大减少模拟器复杂度；对原始回波数据实时生成模块的各主要单元给出了结构并进行了仿真，结果表明FPGA可以满足课题设计要求；同时，对该模拟器片上系统的实现、增强人机交互性，给出了人机界面的设计思路。 分析指出了点目标原始回波数据实时生成模块通过并行扩展即可实现多点目标的原始回波数据实时生成；最后对复杂场景目标模拟器的实现进行了构思，指出了传统方案在改进的基础上实现高分辨率视频模拟器的可行性。本文首次提出以FPGA实现高分辨率合成孔径雷达原始回波数据实时生成的思想，为国内业界在此方向做了一些理论和实践上的有益探索，对于国内高分辨率合成孔径雷达的研制具有一定的实际意义。
上传时间： 2013-04-24
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在合成孔径雷达的研究和研制工作中，合成孔径雷达模拟技术具有十分重要的作用。本文以440MHz带宽线性调频信号，采样频率500MHz高分辨合成孔径雷达视频模拟器为研究对象。首先对模拟器的几项主要技术进行分析，在对点目标回波信号模型分析研究的基础上，对点目标原始回波数据进行模拟并做了成像验证，从而为硬件实现提供了正确的信号模型；针对传统的“波形存储直读法”方案，即在计算机平台上用模拟软件产生原始回波数据并存储，再通过计算机接口实现数据传输，最后完成数模转换产生视频信号这一过程，分析指出该方案在实现高分辨率时的速度和容量瓶颈。 针对具体的设计要求，围绕速度和容量问题，本文着眼于高分辨率SAR模拟器的FPGA实现研究，指出FPGA实时生成点目标原始回波数据是其实现的核心；针对这一核心问题，充分利用现代VLSI设计中的流水线技术与并行阵列技术以及FPGA的优良性能和丰富资源，在时间上采用同步流水结构、空间上采用并行阵列形式，将速度和容量问题统一为数据的高速生成问题；给出了系统总体设计思想，该方案不需要大容量存储器单元，大大减少模拟器复杂度；对原始回波数据实时生成模块的各主要单元给出了结构并进行了仿真，结果表明FPGA可以满足课题设计要求；同时，对该模拟器片上系统的实现、增强人机交互性，给出了人机界面的设计思路。 分析指出了点目标原始回波数据实时生成模块通过并行扩展即可实现多点目标的原始回波数据实时生成；最后对复杂场景目标模拟器的实现进行了构思，指出了传统方案在改进的基础上实现高分辨率视频模拟器的可行性。本文首次提出以FPGA实现高分辨率合成孔径雷达原始回波数据实时生成的思想，为国内业界在此方向做了一些理论和实践上的有益探索，对于国内高分辨率合成孔径雷达的研制具有一定的实际意义。
上传时间： 2013-05-26
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随着现代雷达技术的不断发展,电子侦察设备面临电磁环境日益复杂多变,发展宽带化、数字化、多功能、软件化的电子侦察设备已是一项重要的任务.然而,目前的宽带A/D与后续DSP之间的工作速率总有一到两个数量级的差别,二者之间的瓶颈成为电子侦察系统数字化的最大障碍.通信领域软件无线电的成功应用为电子侦察系统的发展提供了一种理想模式.另一方面,微电子技术的快速发展,以及FPGA的广泛应用,在很大程度上影响了数字电路的设计与开发.这也为解决高速A/D与DSP处理能力之间的矛盾提供了一种有效的解决方法.为了解决宽带A/D与后续DSP之间的瓶颈问题,本文给出了一种基于多相滤波的宽带数字下变频结构,并从软件无线电原理出发,从理论推导和计算机仿真两方面对该结构进行了验证,并进一步给出该结构改进方案以及改进的多相滤波数字下变频结构的硬件实现方法.本文将多相滤波下变频的并行结构应用到数字下变频电路中,并在后继的混频模块中也采用并行混频的方式来实现,不仅在一定程度上解决了二者之间的瓶颈问题,同时也大大提高了实时处理速度.经过多相滤波下变频处理后的数据,在速率和数据量上都有大幅减少,达到了现有通用DSP器件处理能力的要求.另外,本人还用FPGA设计了实验电路,利用微机串口,与实验目标板进行控制和数据交换.利用FPGA的在线编程特性,可以方便灵活的对各种实现方法加以验证和比较.
上传时间： 2013-07-13
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智能电表、水表、煤/燃气表、热量表等大量地出现在人们的生活中，同时这些仪表的抄录工作变得越来越烦琐，工作量大，工作效率低，不仅给用户带来不便，而且会存在漏抄、误抄、估抄的现象。随着电子技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，人工抄表已经逐步被自动抄表所代替。 集中器是一个数据集中处理器，是多对象自动抄表系统的通信桥梁，负责对各智能表的数据进行采集、存储和管理，及时有效地向上位机传输数据并执行上位机发送的指令。提高多对象集中器数据处理能力，有效完成上下行通信是多对象自动抄表系统AMRS（Automation Meter Reading System）目前需要解决的关键问题。 本文针对多对象集中器这样一个较复杂的通信与控制系统，提出采用32位的高性能嵌入式微处理器。32位ARM9微处理器处理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，集成了相当多的硬件资源，硬件的扩展和设计大大简化，ARM9（S3C2410）为工业级芯片，抗干扰能力强，能够适应运行现场的较恶劣环境，8/16位微控制器运算能力有限，对于较复杂的通信与控制算法难以顺利完成；硬件平台依赖性强，不利于软件的开发、升级与移植；在缺乏多任务调度机制的情况下，应用软件不仅实现难度大，且可靠性难以保证。 本文首先对多对象远程抄表系统的总体结构进行研究，主要研究了多对象远程抄表系统中集中器的软件和硬件实现，对硬件资源进行了外围扩展，对S3C2410微处理器芯片的外围硬件进行了扩展设计，使之具备了满足使用需求的最小系统硬件资源，包括时钟、复位、电源、外围存储、LCD、RS-485通信模块、CAN通信模块等电路设计。实时时钟为多对象集中器定时抄表提供时间标准；电源电路为多对象集中器系统提供稳定电源；看门狗电路的设计保证多对象集中器系统可靠运行，防止系统死机；数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数，负责智能表的参数以及智能表用量等。上行通道即多对象集中器与上位机之间的通信线路，采用CAN现场总线进行通信；下行通道即多对象集中器与智能表之间的通信，采用RS-485总线进行通信。软件设计上，主要针对多对象集中器的数据存储功能和串行通讯功能进行程序编写。基于ARM的多对象远程抄表系统集中器可以实现多对象远程抄表，提高了数据处理能力，有效完成了上下行通信，可靠性强，稳定性高，结构简单。
上传时间： 2013-06-07
上传用户：heminhao
本课题为研究大功率永磁无刷直流电机及其驱动系统而设计了一台50kW 多相永磁无刷直流电机，该电机的设计最大限度地模拟了某大功率多相永磁无刷直流电机的基本结构，驱动系统也基本采用了某大功率永磁无刷直流电机的主电路结构。全文内容如下： 本文介绍了一种以晶闸管为主要功率元件的大功率永磁无刷直流电机驱动系统。本文通过对电机各运行的状态的分类分析，总结了这种驱动系统的触发逻辑控制规律，优化了逻辑控制程序，为永磁无刷直流电机驱动系统的仿真和实际系统的开发提供了依据。 本文通过对驱动系统换流过程的详细分析，总结了有关参数如电机电感、换相电容等对电机换流过程的影响程度、趋势和规律。给出了驱动系统主要参数选取的依据和选择方法，并通过样机进行了实验验证，为大功率永磁无刷直流电机驱动系统的主电路设计提供理论支持。为准确预测大功率永磁无刷直流电机驱动系统的运行性能，建立了永磁无刷直流电机的电路模型和S函数模型，并阐述了其在Matlab/Simulink 平台下的建模原理和实现方法。 本文提出的两种电机模型，相互补充，准确预知了永磁无刷电机驱动系统的运行特性，大大加速驱动系统研制过程。其中，电路模型具有仿真效率高，便于研究驱动系统主电路参数对系统性能的影响，从而对主电路参数进行优化；S 函数模型便于对电机内部细节进行分析，为揭示电机内部变量的变化规律提供了有力的手段。
上传时间： 2013-07-04
上传用户：mikesering
基于嵌入式技术的远程监控系统可以达到动态、无死角的监控目的，可以对一些特殊环境进行远程监视和控制，且不受湿度、温度等条件的影响，广泛应用于军事、交通、智能家居、医疗监护等多个领域。可以解决传统监控系统将图像采集设备固定在一个地方而使监控范围有限，适用场合少等弊端。 本文设计了一款基于ARM和FPGA的远程监控系统。首先在对远程监控系统功能分析的基础上，设计了以ARM为主控制器和FPGA为辅助控制器的硬件电路，采用ARM芯片控制图像采集、速度采集、网络传输等干扰小的模块，采用FPGA芯片控制电机驱动、舵机驱动、电池监控等干扰大的模块，大大提高了系统的稳定性；其次设计了基于WinCE操作系统的图像采集、GPIO、PWM、外中断EINT-19的流接口驱动程序；同时设计了基于WinCE操作系统的图像采集及压缩、网络通信、车模速度采集的应用程序；FPGA内部逻辑电路采用Verilog语言完成电源监控、舵机控制、直流电机控制等功能。 本系统集图像采集和压缩、运动控制、网络传输于一体。其图像采集速度达30帧/秒，图像分辨率达640x480，JPEG压缩比达10：1，控制命令响应时间为1s，网络传输速率达10Mbps。其功能扩展容易，功耗低，体积小，抗干扰能力强，具有很好的市场前景。关键词：winCE；S3C2440A；FPGA；远程监控；流接口驱动
上传时间： 2013-04-24
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随着多媒体技术和网络技术的发展，嵌入式图像采集系统的研究与实现越来越受到人们的重视。传统的图像采集系统一般采用基于PC机平台和视频采集卡的形式，该方案系统体积大、成本高，在远距离、多点系统中实现困难。在这种背景下，设计一种轻便小巧的采集系统来采集、存储并显示所需的图像成为市场所需。 本论文研究设计了一种基于嵌入式的图像采集与传输系统，具有体积小、成本低、稳定性高等优点。该系统硬件平台采用基于ARM920T核的S3C2410X处理器，软件采用嵌入式Linux操作系统，利用USB摄像头采集图像并在目标板的LCD上进行显示，通过网络还可将采集到的图像传输到PC机上显示。该方案大大降低了系统的复杂性，同时提高了系统的稳定性和图像质量，可以扩展应用在远程监控系统等诸多领域，具有广阔的市场和应用前景。 本论文首先介绍了课题研究的时代背景、实践意义和研究现状，并对嵌入式系统开发的基础理论知识作了介绍，在此基础上给出了嵌入式图像采集与传输系统的总体结构设计；接着详细分析了嵌入式Linux操作系统的开发技术，包括嵌入式开发环境的建立、Bootloader移植、Linux内核移植和根文件系统的制作，并介绍了嵌入式Linux下的设备驱动程序，实现了USB摄像头驱动的移植，完成了利用摄像头采集图像的功能；然后完成了MiniGUI图形用户界面的移植和图像在LCD上的显示；最后实现了基于socket的网络通信，完成了视频采集和传输系统的整体功能，并给出了最终的实验结果。 论文的最后是对全文的一个总结，对系统设计所完成的工作进行了概括，指出所存在的不足，对后续的研究工作做了进一步的展望，并给出了改进方法。
上传时间： 2013-04-24
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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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