本文将EDA技术与传统的控制理论相结合,研制了一种全新的基于FPGA技术之上的PID和模糊控制器,并加以优化后应用于FESTO液位控制系统上.该控制器基于PLD组成的系统,很自然地避开CPU的程序跑飞、死循环、复位不可靠等缺点,最大程度的提高设计效率和系统的可靠性;同时相对于传统的硬件控制器而言,它的高集成度所需较少外围电路,降低设计成本,为控制器地实现提供了一种新方案.此外,本文的模糊控制器对传统规则表进行改进,在被控量接近稳态值时规则表部分自适应于具体的期望值,消除了稳态值附近的震荡,大大提高了系统的稳定性.
上传时间： 2013-06-21
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如今电力电子电路的控制旨在实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展。现场可编程门阵列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年来崭露头角的一类新型集成电路，它具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势，又具有全集成化、适用性强，便于开发和维护(升级)等显著优点。与单片机和DSP相比，FPGA的频率更高、速度更快，这些特点顺应了电力电子电路的日趋高频化和复杂化发展的需要。因此，在越来越多的领域中FPGA得到了日益广泛的发展和应用。 本文提出了一种采用现场可编程门阵列(FPGA)器件实现数字化通用PWM控制器的方案。该控制器能产生多路PWM脉冲，具有开关频率可调、各路脉冲间的相位可调、接口简单、响应速度快、易修改、可现场编程等特点，可应用于PWM的全数字化控制。文中对方案的实现进行了比较详细的论述，包括A/D采样控制、PI算法的实现、PWM波形的产生、各模块的工作原理等。 本文还提出一种新型ZCT-PWMBoost变换器，详细的分析了该变换器的工作过程，并采用基于FPGA的数字化通用PWM控制器对这种软开关Boost变换器进行控制，给出了比较完满的实验结果。实验结果验证了该控制器以及该ZCTBoost变换器的可行性和有效性，
上传时间： 2013-07-10
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随着星载电子系统复杂度、小型化需求的提高，SoC已经成为应对未来星载电子系统设计需求的解决途径。为了简化设计流程并且提高部件的可重用性，在目前的SoC设计中引入了称之为平台的体系结构模板，用它来描述采用已有的标准核来开发SoC的方法。在星载电子系统中常用部件的分类设计，最终建立一个包括多种功能部件，互连部件和处理部件的设计平台，从而有效的提高星载电子系统的设计能力。在当前NASA和ESA的空间应用中，PCI总线广泛作为背板总线和局部总线，有鉴于此，本研究选择PCI总线作为星载电子系统设计平台要提供的一个互连部件对其进行设计。 针对这一需求，本论文采用自项向下的设计方法对PCI总线从设备控制器的设计与实现进行了研究，对PCI总线协议做了深刻的分析，完成了PCI总线目标设备控制器的设计，采用Verilog HDL对其进行了RTL级的描述。 在该课题的研究中，采用了目前集成电路设计中常见的自顶向下设计方法，使用硬件描述语言Verilog HDL对其进行描述，重点分析了PCI总线设备控制器的设计。以PCI总线协议的分析和理解为基础，对PCI总线设备控制器进行了功能分析和结构划分。根据PCI总线设备控制器的功能和结构划分，对PCI总线目标设备控制器的设计思路和各个子模块电路的设计和实现进行了详细的分析阐述，并且通过编写测试激励程序完成了功能仿真。应用FPGA作为物理验证和实现载体，进行了面向FPGA的电路综合，进行了布局布线后的时序仿真，证明所实现的PCI目标设备控制器符合基本功能要求，在以上基础上完成了PCI目标设备控制器的FPGA实现。通过这整个论文的工作，按照设计、仿真、综合验证及布局布线的步骤，完成了PCI总线目标设备控制器IP软核的设计。
上传时间： 2013-06-07
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随着微电子技术的快速发展，电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展；人们在要求设备性能不断提升的同时，还要求设备功耗低、体积小、重量轻、可靠性高。同样在我军武器装备的研制过程中，也对各武器装备都提出了新的要求，特别是针对单兵配备的便携设备，对体积、功耗、扩展性的要求更是严格。 在某手持式设备的开发项目中，需要设计一块接口板，要求实现高达8个串行口扩展以及能源管理和数字输入输出接口等功能，该接口板与处理器模块的连接总线采用LPC总线，整个手持设备除了对功能有基本的要求以外，对体积及功耗都提出了极高的要求。针对项目的具体设计要求，经过与传统设计方法的比较，决定采用FPGA来实现LPC接口及UART控制器功能。 论文的主要目标是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的实现。对于各模块中的关键的功能部分，文中对其实现都进行了详细的说明。整个设计全部采用硬件描述语言(HDL)实现，并且采用了分模块的设计风格，具有很好的重用性。 为了在硬件平台上验证设计，还实做了FPGA验证平台，并用C语言编写了测试程序。经过验证，该方案完全实现了接口板的功能要求，并且满足体积和功耗上的要求，取得了良好的效果。 论文通过采用FPGA作为电路设计的核心，以一种新的数字电路设计方法实现电路功能；旨在通过这种方式，不断提高设备的性能并拓展设计者思想。
上传时间： 2013-05-21
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近年来，LED(light emitting diode，发光二极管)电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域。 LED显示屏的核心技术主要集中在控制器中。目前，大部分异步显示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。 针对以上情况，本文研究开发了一种全新的，由32位高性能ARM微处理器组成的LED显示屏控制系统，就控制平台、硬件结构和软件开发实现给出了驱动部分和控制部分的详细分析与设计。 本文根据LED显示屏在列车车厢和火车、汽车车站旅客导向系统中为应用背景，结合LPC2138的功能特点和LED显示屏的功能需求。详细介绍了显示屏控制系统中包括电源模块、复位模块、RS485通讯电路等主要模块的设计。成功实现了数据扫描、数据发送、数据通讯等LED显示屏所需的功能。 结合控制系统RS485通讯协议和系统显示的要求，分析了LED显示屏通讯和控制系统的软件开发流程。并详细分析了显示屏的静、动态图文显示软件流程结构；系统从上位机接受数据到信息显示的整个软件处理流程。 最后本文分析了LED显示屏控制系统研发中所遇到的几个难点问题，包括：提高RS485总线可靠性和抗干扰问题、系统在频繁更换内容死机的问题、显示内容较多时视觉效果的处理问题，并给出了解决方法。 经过实际测试，本文所述LED显示屏控制系统性能良好，工作稳定可靠，易于维护升级，具有很高的性价比。
上传时间： 2013-05-28
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为了满足外围设备之间、外围设备与主机之间高速数据传输，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)总线的概念，即周边器件互连。因为PCI总线具有极高的数据传输率，所以在数字图形、图像和语音处理以及高速数据采集和处理等方面得到了广泛的应用。 本论文首先对PCI总线协议做了比较深刻的分析，从设计要求和PCI总线规范入手，采用TOP-DOWN设计方法完成了PCI总线接口从设备控制器FPGA设计的功能定义：包括功能规范、性能要求、系统环境、接口定义和功能描述。其次从简化设计、方便布局的角度考虑，完成了系统的模块划分。并结合设计利用SDRAM控制器来验证PCI接口电路的性能。 然后通过PCI总线接口控制器的仿真、综合及硬件验证的描述介绍了用于FPGA功能验证的硬件电路系统的设计，验证系统方案的选择，并描述了PCI总线接口控制器的布局布线结果以及硬件验证的电路设计和调试方法。通过编写测试激励程序完成了功能仿真，以及布局布线后的时序仿真，并设计了PCB实验板进行测试，证明所实现的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介绍了利用驱动程序开发工具DDK软件进行软件设计与开发的过程。完成系统设计及模块划分后，使用硬件描述语言(VHDL)描述系统，并验证设计的正确性。
上传时间： 2013-07-15
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随着电力电子变流技术的不断发展，各种先进的控制技术层出不穷。控制器也从过去的模拟电路时代逐渐进入到全数字控制时代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在实现复杂算法时往往难以满足系统要求的快速性与实时性的要求，FPGA的出现为解决这个问题提供了一个新的方向。 本文首先对三相PWM整流器系统进行了研究。在查阅大量国内外文献资料的基础上，对整流器及其控制器的国内外发展现状及研究趋势做了详细的研究，并对课题研究的意义有了更深入的认识。接下来对三相电压型整流器的拓扑结构、数学模型、整流器的控制技术进行了分析。文中所采用的滞环电流控制算法具有结构简单，电流响应速度快，不依赖系统参数，系统鲁棒性好的特点。运用matlab仿真软件，对该控制方法进行了仿真。然后对FPGA的发展历程、应用、分类、开发工具、语言等内容进行了介绍。最后对滞环控制算法进行了模块划分，将其划分为PI算法模块，限幅与指令电流生成模块，滞环比较模块，PWM脉冲生成及死区保护模块，AD控制及数据储存模块，并在Quartus II软件环境下，使用VHDL语言通过编程实现模块化设计。实践证明，采用FPGA来实现PWM整流器控制算法是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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基于微处理器的数字PID控制器改变了传统模拟PID控制器参数整定不灵活的问题。但是常规微处理器容易在环境恶劣的情况下出现程序跑飞的问题，如果实现PID软算法的微处理器因为强干扰或其他原因而出现故障，会引起输出值的大幅度变化或停止响应。而FPGA的应用可以从本质上解决这个问题。因此，利用FPGA开发技术，实现智能控制器算法的芯片化，使之能够广泛的用于各种场合，具有很大的应用意义。 首先分析FPGA的内部结构特点，总结FPGA设计技术及开发流程，指出实现结构优化设计，降低设计难度，是扩展设计功能、提高芯片性能和产品性价比的关键。控制系统由四个模块组成，主要包括核心控制器模块、输入输出模块以及人机接口。其中控制器部分为系统的关键部件。在分析FPGA设计结构类型和特点的基础上，提出一种基于FPGA改进型并行结构的PID温度控制器设计方法。在PID算法与FPGA的运算器逻辑映像过程中，采用将补码的加法器代替减法器设计，增加整数运算结果的位扩展处理，进行不同数据类型的整数归一化等不同角度的处理方法融合为一体，可以有效地减少逻辑运算部件。应用Ouartus Ⅱ图形输入与Verilog HDL语言相结合设计实现了PID控制器，用Modelsim仿真验证了设计结果的正确性，用Synplify Pro进行电路综合，在Quaitus Ⅱ软件中实现布局布线，最后生成FPGA的编程文件。根据控制系统的要求，论文设计完成了12位模数AD转换器、数据显示器、按键等相关外围接口电路。 将一阶、纯滞后、大惯性电阻炉温作为控制对象，以EP1C3T144 FPGA为核心，构建PID控制系统。在采用Pt100温度传感器、分辨率为2℃、最大温度控制范围0～400℃的条件下，实验结果表明，达到无超调的稳定控制要求，为降低FPGA实现PID控制器的设计难度提供了有效的方法。
上传时间： 2013-05-24
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汽车工业在国民经济增长中发挥着越来越重要的作用。近几年，虽然我国的汽车工业已经得到了飞速的发展，但汽车ECU(Electronic Control Unit)的设计制造一直无法实现国产化，严重制约了汽车工业的发展。针对这个现状，本课题对于ECU的设计进行了初步研究。首次尝试了基于SOPC技术的ECU系统设计，并利用dSPACE实时仿真发动机，完成了ECU的硬件在回路仿真，对控制效果进行了测试和分析。 目前，市场上的ECU系统都是基于专用单片机的。本文首先对现有的汽车发动机控制器结构进行了分析比较，总结出ECU的主要组成部件；而后通过各类方案的对比，确定了本课题采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ软核的SOPC技术方案。 之后，进行了汽车发动机模型搭建和控制算法的设计。发动机模型以Hendricks提出的均值模型为基础，参考mathworks公司的发动机建模方案进行设计。并在该模型基础上，参考Fekete提出的针对多缸发动机的基于模型的空燃比控制策略和mathworks发动机控制方案，建立了以控制空燃比为核心的发动机喷油控制算法。并通过simulink的仿真，验证了模型和算法的合理有效性。 基于系统设计总体方案，完成了ECU硬件电路设计，并在该系统中完成了上述算法的移植和优化。最后，利用dSPACE实时仿真发动机，进行ECU的硬件在回路仿真，对本文设计的ECU系统进行了测试。证实了该ECU方案在空燃比控制方面取得了较好的效果。 本论文以大量的图示形式介绍了发动机模型和系统软硬件设计，使得系统结构和软件流程等一目了然，浅显易懂。同时论文中采用的基于SOPC技术的ECU设计具有一定创新性，对于其他ECU系统的开发和设计具有一定指导意义。
上传时间： 2013-07-11
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激光打标是一种利用高能量的激光束在打标物体表面刻下永久性标识的技术。与传统的压刻等方法相比，激光打标具有速度快、无污染、质量高、性能稳定、不接触物体表面等优点。激光打标是目前工业产品标记的先进技术，是一种高效的标记方法。传统的基于ISA总线、PCI总线或者USB总线的激光打标控制器增加了激光打标机的成本和体积。本文提出一种基于ARM+FPGA架构的嵌入式系统方案，主要的研究工作如下：首先，介绍了激光打标系统的组成，激光打标技术的发展现状和激光打标机的原理。根据激光打标控制系统的功能要求和性能要求，提出了ARM+FPGA的总体设计，并简要讨论了ARM和FPGA的特点和优势。ARM处理器的主要功能是完成打标内容的输入和变换处理，打标机参数的设置和控制打标。FPGA的作用是接收、存储和转换打标数据，然后产生控制信号去控制激光打标设备。然后，详细讨论了激光打标机控制器的硬件电路设计，包括ARM控制单元电路、FPGA控制单元电路和数模转换模块等。为了使控制器能够长时间可靠稳定地工作，还采取了隔离技术等许多抗干扰措施。完成了 FPGA中各个模块的程序设计，利用Quartus Ⅱ软件进行了仿真验证，调试了控制器的功能。本文所设计的嵌入式激光打标控制器发挥了ARM和FPGA各自的优势。经过在实际打标系统中的测试，证明本次设计的激光打标机控制器实现了预期的功能，取得了满意的打标效果。关键词：ARM，FPGA，激光打标，FIFO，CO2激光器，扫描振镜系统
上传时间： 2013-04-24
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