随着计算机和自动化测量技术的日益发展，测量仪器和计算机的关系日益密切。计算机的很多成果很快就应用到测量和仪器领域，与计算机相结合已经成为测量仪器和自动测试系统发展的必然趋势。高度集成的现场可编程门阵列（FPGA）是超大规模集成电路和计算机辅助设计技术发展的结果，由于FPGA器件具备集成度高、体积小、可以利用基于计算机的开发平台，用编写软件的方法来实现专门硬件的功能等优点，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。 本文研究基于网络的高速数据采集系统的设计与实现问题。论文完成了以FPGA结构为系统硬件平台，uClinux为核心的系统的软件平台设计，进行信号的采集和远程网络监测的功能。 论文从软硬件两方面入手，阐述了基于FPGA器件进行数据采集的硬件系统设计方法，以及基于uClinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述语言在Xilinx公司提供的ISE辅助设计软件中实现FPGA编程。将微处理器MicroBlaze、数据存储器、程序存储器、以太网控制器、数模转换控制器等数字逻辑电路通过CoreConnect技术用OPB总线集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC设计的突出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。 软件方面，为了更好更有效地管理和拓展系统功能，移植了uClinux到MicroBlaze软处理器上，设计实现了平台上的ADC设备驱动程序和数据采集应用程序。并通过修订内核，实现了利用以太网TCP/IP协议来访问数据采集程序获得的数据。
上传时间： 2013-05-23
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近年来，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展，FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心，系统的可重构型不强，FPGA解决了这一问题，并且现有的FPGA中，多数已集成DSP模块，结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此，FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求，作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心，使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析，设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配，核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术，从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴，因此必须重视信号完整性的设计与分析问题，作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法，在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上，顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节，作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题，并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能，本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板，完成了应用板，视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作，对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试，该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点，能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求，可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作，为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词：通用实时信号处理；FPGA；信号完整性；DDR2；LVDS
上传时间： 2013-05-27
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根据交通部公布的数据，交通事故呈逐年上升趋势，交通事故不仅给公民的财产造成了损失，而且给公民的人身安全也会造成威胁。因此如何更好地避免交通事故成为一个焦点课题，汽车安全系统更是成为汽车生产商和研究机构的研究热点。 当前汽车安全系统有两大种类：一是被动式安全系统。例如：安全带，安全气囊等。二是主动式安全系统。主动安全系统又分为主动被动式和主动自动式。前者有ABS等。后者有汽车自动防撞系统和倒车雷达等。 本文采用激光测距系统，开发一种汽车在高速公路上行驶的主动式防撞系统，本文的重点是开发测距预警系统，采用专门的激光测距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作为主控芯片，对前车进行有效的监控，根据检测得到的数据，实时提出建议和报警，提醒驾驶员减速或者采取制动措施，从而达到预防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下几个方面： 1) 在比较分析激光、雷达和毫米波等测距方法的基础上，根据市场需求及潜在用户分析，确定采用激光脉冲测距方式。针对激光脉冲测距存在的技术难题，提出以FPGA作为系统核心控制模块的测距系统设计方案。 2) 根据对车载动态测距系统测量精度、测量频率和测量范围的基本要求，结合脉冲激光测距的特点，提出采用多头脉冲激光测距和多周期脉冲测量的技术方案。该方案可有效提高系统测距精度和测量范围，降低系统成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多头脉冲激光测距系统的各功能模块的详细设计、功能仿真、综合优化及板级测试实验。实验表明，各主要功能模块基本达到预期设计要求，为测距系统的后期开发奠定了基础。 4) 完成了激光测距传感器外围光电转换电路、电源转换电路及通讯接口的设计、制作、安装及实验室调试。 5) 最后对论文研究工作进行了总结，提出了系统的不足之处和进一步研究工作的方向。
上传时间： 2013-05-24
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互联网、移动通信、星基导航是21世纪信息社会的三大支柱产业，而GPS系统的技术水平和发展历程代表着全世界卫星导航系统的发展状况。目前，我国已经成为GPS的使用大国，卫星导航产业链也已基本形成。然而，我们对GPS核心技术的研究还不够深入，我国GPS产品的核心部分多数还是靠进口。 GPS接收机工作时，为了将本地信号和接收到的信号同步，要完成复杂的信号处理过程。其中，如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪是最重要的核心技术。很多研究者提出了多种解决方法，但这些方法多数都只停留在理论阶段，无法应用于GPS接收机系统进行实时处理。 本课题在分析了多种现有算法的基础上，研究设计了基于FPGA的GPS信号捕获与跟踪系统。在研究过程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片组设计制作了GPS接收机模块，它能正常稳定地工作，并可用作GPS基带信号处理的研究平台；该平台可实时地输出GPS数字中频信号；本课题在中频信号的基础上深入研究了GPS信号的捕获与跟踪技术。先详细分析比较了几种GPS信号捕获方法，给出了步进相关的捕获方案；接着分析了跟踪环路的特点，给出了锁频环和锁相环交替工作跟踪载波以及载波辅助伪码的跟踪方案，并最终实现了这些方案。 本课题设计的GPS信号捕获与跟踪处理系统是通过硬件和软件协同工作的方式实现的。硬件电路主要实现数据速率高、逻辑简单的相关器功能；而基于MicroBlaze软处理器的软件主要实现数据速率低、逻辑复杂的功能。本文给出了硬件电路的详细设计、仿真结果以及软件设计的详细流程。 本课题最终在FPGA上实现了GPS信号的捕获与跟踪功能，而且系统的性能良好。由此可以得出结论：本设计能够满足系统功能和性能的要求，可以直接用于实时GPS接收机系统的设计中，为自主设计GPS接收机奠定了基础。 本课题的研究得到了大连市信息产业局集成电路设计专项的资助，项目名称是“定位与通信集成功能的SOC设计”，研究成果将在2008年上半年投入试用。
上传时间： 2013-04-24
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本文对基于FPGA的液晶显示控制系统的设计与实现进行了研究。设计中从LCD技术参数着手，通过对显示驱动系统结构与工作原理的研究，设计出显示控制系统的框图及各功能模块的VHDL程序，通过单片机系统配置FPGA芯片，控制LCD显示相应的汉字和图形。LCD显示控制系统由显示控制电路、显示驱动电路和相关外围辅助电路组成。显示控制电路从电路中各个功能模块所需要的控制时序信号出发，通过对其工作过程的研究，设计出控制器、RAM控制器等各功能模块。显示驱动电路从LCD工作所需要的扫描时序信号出发，设计出时序发生电路等各功能模块。所有的VHDL程序通过了MAX+PLUS—II软件实现编译及仿真后，在实际的硬件中调试通过。
上传时间： 2013-04-24
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随着经济的发展，城市交通的压力越来越大，很多城市都开始建设地铁项目，发展地下轨道交通事业。在地铁列车上，驾驶员需要方便、快捷地控制各种语音功能，保障列车可靠、安全的运行，从而为乘客提供优质的服务。驾驶员语音控制器就是为了满足这一需求而提出来的。 在描述列车乘客信息系统的发展、介绍了公共广播系统的功能的之后，本文分析了驾驶员语音控制器的设计需求，设计了一种具有人机交互功能的驾驶员语音控制器。它带有LCD显示屏和输入键盘；能够在内部存储路线、站点和紧急信息等用户数据。通过窗口菜单以图形化的方式向驾驶员显示列车运行信息。通过通信端口，按照双方约定的通讯格式，将运行模式，路线站点，紧急信息等内容发送给列车显示与广播控制单元，完成语音及显示控制。根据需求分析，提出了一种基于ARM的控制器设计平台。设计了该控制器的硬件和软件的整体方案，采用模块化设计的思想给出了系统各主要模块的具体设计与实现方法，并给出了相关电路的实现原理图。最后介绍了本控制器的测试方法与过程，并给出了具体应用。该驾驶员语音控制器实现了人工广播、司机对讲、紧急对讲和系统设置等功能。具有操作方便、便于维护、可配置、成本低等优点，满足了驾驶员以及列车语音与显示控制的实际需求。关键词：ARM；RS485；乘客信息系统；图形用户界面；嵌入式系统
上传时间： 2013-07-30
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随着煤矿高产高效技术的推广和应用，井下长距离、大运量、大功率下运带式输送机的应用越来越普遍。其中，解决好倾角较大（大于6°）的下运带式输送机的运行制动和安全制动问题对保障全矿安全、高效生产具有重要意义。 本文在对国内外现有下运带式输送机制动系统的现状分析基础上，针对煤矿生产的特殊性，提出了基于ARM的嵌入式计算机控制液压调速软制动系统方案，所用元件可靠性和防爆性好，系统简单，动态制动性能好；结合成熟的工业PID控制经验和智能控制理论，并依据制动控制方案，设计了一种模糊自适应PID控制器用于控制电液比例调速阀的开口大小，其PID参数Kp、Ki和Kd可根据系统状态进行在线调整，结构简单、鲁棒性强，在系统结构参数发生改变时也可获得较好的控制效果；在基于S3C44BOX的最小ARM系统基础上，设计了系统控制信号的输入、输出方式及其电路；分析了实时操作系统μC/OS-ⅡBootLoader的设计及其在S3C44BOX上的移植过程；制动系统应用软件采用多任务机制，状态检测与控制任务并行运行，数据采集采用定时中断的方式；系统可扩展性、可移植性好，控制算法容易实现多样性且开发简单、维护方便。 该液压调速软制动系统可用于大型下运带式输送机的正常工作制动、紧急停车和断电防止飞车事故发生的安全制动，对输送机的辅助启动也起重要作用。制动力矩依据输送机载荷大小和输送机制动减速时速度的变化进行自动调整，制动曲线可调，输送机减速时不产生较大冲击、安全平稳，并按照规定的减速度大小减速停车。
上传时间： 2013-07-09
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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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课题分析了目前国内外减摇鳍控制技术的发展与现状，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的功能设计与实现方案。 减摇鳍是一种由微机控制的自动化程度很高的船舶减摇装置。减摇鳍控制系统根据人为输入的信号和来自鳍本身的反馈信号，及时输出不同的控制指令，控制鳍转动到期望的角度，达到减小船舶横摇的目的。但目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的，前者集成度不高，稳定性也不好，而后者成本较高。因此，课题设计了一款新型的基于ARM嵌入式处理器的嵌入式减摇鳍控制器，解决了上述问题。 该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2290的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要是基于ARM的软件，包括启动代码和应用程序；为实现系统的可靠运行，同时也采取了一些保证系统可靠性的措施。 目前，减摇鳍系统大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。由于船舶横摇运动的非线性、复杂性、时变性以及海况的不确定性，经典PID控制很难获得令人满意的控制效果。因此，如何实现PID参数的自整定就显得犹为重要。模糊控制事先不需要获知对象的精确数学模型，而是基于人类的思维以及经验，用语言规则描述控制过程，并根据规则去调整控制算法或控制参数。本论文将模糊控制与PID控制相结合，实现了无须精确的对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，实时改变控制策略，便可对PID参数实现最佳调整。 研究结果表明：采用该控制手段能较好的满足设计要求，开发的嵌入式减摇鳍控制系统具有设计合理、集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势，所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。
上传时间： 2013-06-06
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小型无人直升机具有悬停、侧飞、倒飞等独特的飞行特性，能够实现固定翼飞机所不能完成的飞行动作，在军事和民用方面都有很大的应用需求。飞行控制系统是小型无人直升机系统的重要组成部分，是飞行控制算法的运行平台，也是实现小型无人直升机自主飞行的关键部分。进行小型无人直升机飞行控制系统的研究具有重要的现实意义。 本文围绕小型无人直升机飞行控制系统的设计与实现展开论述。首先，文章对目前小型无人直升机及其飞行控制系统的研究现状与发展趋势进行了综述，在此基础上提出了一种以ARM处理器为控制核心、以CPLD为辅助控制器件的飞行控制系统方案。 其次，文章重点描述了小型无人直升机飞行控制系统的软硬件设计过程和相关方案。飞行控制系统的硬件部分由ARM模块和CPLD模块两大部分组成，其中包括数据采集电路、串口通讯电路、舵机控制电路、电源电路等硬件功能模块。软件部分由基于Linux2.6内核的操作系统和相关的设备驱动组成，并设计了基于SD卡的软件存储系统。 最后，文章对小型无人直升机的导航控制系统进行了一些探讨。讨论了从飞行控制系统到导航控制系统的平台升级方案和小型无人直升机在未知环境中的导航控制算法。
上传时间： 2013-05-20
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