目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-04-24
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域，目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分：相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加；相位一幅度码转换电路一般由ROM实现；D/A转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统，该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展，阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义；然后介绍了DDS的基本理论；接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等；随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片，具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点；接着对输出信号频谱进行了分析，特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论，由此得出了改善系统性能的几种方法；最后给出硬件实物照片和测试结果，并对此作了一定的分析。
上传时间： 2013-07-05
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现代雷达系统广泛采用脉冲压缩技术，用以解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩是指雷达通过发射宽脉冲，保证足够的最大作用距离，而接收时，采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲以提高距离分辨率的过程。同时，数字信号处理技术的迅猛发展和广泛应用，为雷达脉冲压缩处理的数字化实现提供了可能。 本文主要研究雷达多波形频域数字脉冲压缩系统的硬件系统实现。在匹配滤波理论的指导下，成功研制了基于FPGAEP1K100QC208-1和4片高性能ADSP21160M的多波形频域数字脉冲压缩系统。该系统可处理时宽在42μs以内、带宽在5MHz以下的线性调频信号(LFM)，非线性调频信号(NLFM)和Taylor四相码信号，且技术指标完全满足实用系统的设计要求。 本文完成的主要工作和创新之处有：(1)基于双通道模数转换器AD10242设计高精度数据采集电路，为整个脉压系统的工作提供必要的条件。完成了前端模拟信号输入电路的优化和差分输入时钟的产生，以实现高精度采样。 (2)根据协议和脉压系统的工作要求，以基于FPGAEP1K100QC208完成系统控制，使整个脉压系统正确稳定地工作。同时以该FPGA生成双口RAM，实现数据暂存，以匹配采样速率和脉压系统频率。 (3)设计基于4片高性能ADSP21160M的紧耦合并行处理系统，以完成多波形频域数字脉冲压缩的全部运算工作。4片DSP共享外部总线，且各DSP以链路口互连，进行数据通信。各DSP还使用一个链路口连接到接口板DSP，将脉压结果送出。 (4)以一片ADSP21160M和一片EP1K100QC208为核心，设计输出板电路，完成数据对齐、求模和数据向下一级的输出，并产生模拟输出。 (5)调试并改进处理板和输出板。
上传时间： 2013-06-11
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本课题完成了基于FPGA的数据采集器以及IIC总线的模数转换器部分、通讯部分的电路设计。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位软处理器MicroBlaze;ⅡC总线的模数转换采用Microchip公司的MCP3221芯片，通讯部分则在FPGA片内用VHDL语言实现。通过上述设计实现了“准单片化”的模拟量和数字量的数据采集和处理。 所设计的数据采集器可以和结构类似的上位机通讯，本课题完成了在上位机中用VHDL语言实现的通信电路模块。通过上述两部分工作，将微处理器、数据存储器、程序存储器等数字逻辑电路均集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统。FPGA片外仅为模拟器件和开关量驱动芯片。FPGA内部的硬件电路采用VHDL语言编写；MCU软核工作所需要的程序采用C语言编写。多台数据采集器与服务器构成数据采集系统。服务器端软件用VB开发，既可以将实时采集的数据以数字方式显示，也可以用更加直观的曲线方式显示。 由于数据采集器是所有自控类系统所必需的电路模块，所以一个通用的片上系统设计可以解决各类系统的应用问题，达到“设计复用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC设计的更加突出的优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。
上传时间： 2013-07-12
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用的频率合成技术有直接式频率合成，锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)。本次设计是利用FPGA完成一个DDS系统并利用该系统实现模拟信号的数字化调频。 DDS是把一系列数字量形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换器产生已经用数字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一个典型的DDS系统应包括：相位累加器，可在时钟的控制下完成相位的累加；相位码—幅度码转换电路，一般由ROM实现；DA转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。DDS系统可以很方便地获得频率分辨率很精细且相位连续的信号，也可以通过改变相位字改变信号的相位，因此也广泛用于数字调频和调相。本次数字化调频的基本思想是利用AD转换电路将模拟信号转换成数字信号，同时用该数字信号与一个固定的频率字累加，形成一个受模拟信号幅度控制的频率字，从而获得一个频率受模拟信号的幅度控制的正弦波，即实现了调频。该DDS数字化调频方案的硬件系统是以FPGA为核心实现的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整个系统由VHDL语言编程，开发软件为MAX+PLUSⅡ。经过实际测试，该系统在频率较低时与理论值完全符合，但在高频时，受器件速度的限制，波形有较大的失真。
上传时间： 2013-06-14
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在实际工程中，往往有大量分布广泛的现场数据需要远程采集传输。数据采集传输系统已经在实现自动化过程中发挥了重大作用。但还存在采集通道少、速率低、数据传输方式不灵活，操作复杂，对测试环境要求较高等问题。如何建立起新一代灵活、高效、高速、多通道、实用性强、覆盖面广、适应复杂监测环境的数据采集传输系统成为一个重要的工程问题。 随着社会的发展和进步，环境和生态的恶化越来越明显，日益威胁着人类的生存和发展。环境监测是环境保护的重要组成部分和基础性工作。国家环保部于2008年制定了《污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求标准》。本文在分析数据采集传输系统研究现状和发展趋势的基础上，依照该标准，研究了一种多种信号标准兼容，多种采集通道可选的环境监测用数据采集传输系统。课题来源于济南大陆机电有限公司委托科研项目(项目编号：W0624)。本文主要进行了以下工作： (1)分析研究数据采集传输系统的重要意义。调研数据采集传输系统的研究现状和发展趋势。分析环境监测用数据采集传输系统的特点。 (2)以国家环境保护部制定的《污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求标准》为依据，分析了环境监测用数据采集传输系统的特殊功能需求，制定了系统技术参数。为解决系统核心板与功能板架构存在的接口防震性差，系统不稳定等问题，提出功能主板与扩展接口板的系统架构。选用ARM9处理器S3C2440和嵌入式linux操作系统。 (3)以开发达到环保标准的数据采集传输系统为目标，进行了系统硬件设计制作。分析了系统的地址空间。详细分析了系统的扩展接口分配和地址空间分配，避免了总线等硬件资源的冲突。基于系统功能主板的总线扩展接口和GPIO扩展接口扩展了开关量采集单元、开关量输出单元、串口单元、模拟量采集单元、人机交互单元等功能单元等电路。设计制作了印制电路板。 (4)研究嵌入式linux开发过程，分析嵌入式linux驱动与应用程序架构。构建了交叉的嵌入式linux开发环境。对环境监测用数据采集传输系统的特定功能单元进行软件开发。主要进行了总线操作、模拟量采集、RS-232串口数据传输、GPRS数据传输、智能仪表的RS-485通讯等驱动应用程序开发。
上传时间： 2013-07-10
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在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的安全稳定运行提出了更高、更严格的要求。距离保护作为线路保护的基本组成部分，其工作特性对电力系统的安全稳定运行有着直接和重要的影响。为了适应现代超高压电网稳定运行的要求，微机保护装置在硬件和软件上都提出了越来越高的要求。 高速数字信号处理芯片（DSP）技术的发展，为开发一种速度快、处理能力强的微机保护系统奠定了基础。在这样的背景下，我们采用DSP芯片和ARM处理器，设计了一个并列式双处理器微机保护系统。该系统采用一个DSP芯片负责控制数据采集、采样数据处理，实现保护功能。ARM微处理器承担人机接口管理，通过串行通信方式实现与DSP端口之间的数据通信，丰富的通讯接口，使得与上位机的通讯、下载程序定值灵活方便。新的微机保护装置不断推出，投入运行的微机保护装置不允许用来进行试验、培训，该装置还可作为试验教学系统，供学生学习认识微机保护装置的内部结构，并可自行设计保护算法、编制程序，通过上位机下载到实验装置，完成相应保护功能的测试。 本文实现了微机保护方案的整体软硬件设计，内容包括DSP2812微处理器芯片，ARM7微处理器LPC2220芯片，开关量输入／输出电路、数据采集电路、通讯和网络接口电路、人机界面的显示板电路，文中对各部分电路的功能、特点以及器件的选择、引脚连接进行了详细介绍。系统采用模块化设计，采用双CPU并行处理模式，针对基于LPC2220微处理器的监控管理系统，完成了最小系统设计，详细完成了启动电路的设计。 本文初步设计了人机操作界面，给出了软件设计的流程图，将实时操作系统μC/OS-Ⅱ与模块化硬件设计相结合，共同构成一个可以重复利用的软硬件数字系统平台，除了可以最大限度地提高开发的效率、减少资源的浪费外，还可以通过长期对于该平台的研究，逐步优化平台软硬件资源，提高其性能，并满足日益复杂的应用需求。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式网络视频监控系统是一种以嵌入式技术、视频编码技术和网络传输技术为核心的新型视频监控系统，它在稳定性、实时性、处理速度、功能、价格、扩展性等方面和传统的视频监控系统相比有着突出的优势，同时也代表着目前视频监控系统研究和发展的方向。 本文研究并实现了以微处理器S3C2440和嵌入式Linux操作系统为核心的嵌入式网络视频监控系统。论文首先介绍了嵌入式视频监控技术的发展趋势和研究现状，而后阐述了该系统硬件总体设计方案，讨论了基于嵌入式Linux操作系统的开发平台的构建，详细论述了视频采集、编码、存储、传输等单元的软硬件设计，重点论述了基于AL9V576的视频编码模块和基于TW2835的视频处理模块的设计。 本文研究的主要内容如下： 1、研究视频采集单元的优化方法，设计采用音视频控制器TW2835采集四路模拟视频输入信号并叠加OSD环境信息显示，提高了视频处理的功能和视频质量； 2、研究双核构架，采用混合信号系统级芯片C8051F340控制TW2835、采集环境信息并与S3C2440串口通信，使视频采集单元模块化设计，增加了产品设计的灵活性，减小了主控芯片的负担和软件设计的复杂性，便于产品功能的扩展和二次开发； 3、研究并分析了MPEG-4的硬件实现方式，采用高品质、高性能、低功率视频压缩芯片AL9V576进行MPEG-4编码，大幅提升了压缩效率，另外还设计了SRAM主机接口与主控芯片通信，突破了传统芯片大多采用的PCI接口的限制，方便模块的组合； 4、研究并设计了CF卡存储方案，实现了一种在嵌入式视频服务器上的视频检索和存储方法。
上传时间： 2013-05-16
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本文设计的井下网络分站作为“煤矿安全自动检测、监控及管理系统”的一个重要的组成部分，以ARM微控制器为核心，以操作系统μC/OS-Ⅱ为操作平台，采用TCP/IP协议栈实现了分站的网络通信功能，很好的解决了当前煤矿企业安全监控系统通信协议不一致的问题。 在硬件方面，严格按照《煤矿安全监控系统通用技术要求》完成了监控分站的总体硬件设计，并通过驱动网卡芯片RTL8019AS实现了以太网连接。选用PHILIPS的32位ARM芯片LPC2214作为分站的控制芯片，它带有16KB的静态RAM和256KB的高速FLASH，包含8路10位A/D，还有多个串行接口，可使用的GPIO高达76个(使用了外部存储器)，很好了满足了分站外接传感器的多样化要求。在人机对话方面，系统扩展了128×64的液晶和1×4的键盘。在通信方面，采用TCP/IP协议与地面主机进行通信，将各种参数传送到地面主机进行复杂的运算处理。 在软件方面，介绍了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植过程，并在此基础上分析了TCP/IP协议栈的实现；制定了统一的数据交换格式；通信过程中采用了标准的TCP/IP协议；详细介绍了几个主要程序模块的编程思路，如LCD显示、外部输入频率信号的计数及数据存储，并给出了在实际编程过程中遇到的问题及解决方法。 本监控分站根据《本质安全型“i”》标准将外部接入设备和分站作了电气隔离，该分站具有2路A/D数据采集；6路光电隔离数字量输入；2路光电隔离数字量输出对外部设备进行远程管理和控制；人机接口提供人机交互界面，提供按键操作和数据显示；RS485通信接口负责与外界设备进行通信；网络通信接口负责为各种监测监控系统提供兼容的接入接口；非易失性铁电存储器作为数据存储区以保证掉电后存储数据不丢失。
上传时间： 2013-04-24
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本文对基于ARM的可编程控制器进行了研究。本文研制的可编程控制器配置简单，扩展方便，抗干扰能力强，可靠性高。能够采集4～20mA/0～5V的模拟量以及12路开关量；输出1路-10～+10V、4路0～5V与2路0～20mA的模拟量以及8路开关量；能够采集6路温度信号：可以应用于开关量的逻辑控制；能实现简单的PID控制：并配有RS232串行通信接口以及CAN总线通信接口，能满足基本工业控制的要求。
上传时间： 2013-04-24
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