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关键词： 多相DFT   SoC   AXI传输协议   信道化分解  

摘要： 宽带通信信号分析仪是无线通信、遥感遥测等系统中需要用到的重要测试仪器,以软件无线电相关技术为基础,其实现的主要功能包括频谱分析、矢量信号分析等。本文以基于SoC通信信号分析仪为项目基础,对通信信号分析仪硬件进行了全新的研究和设计,平台采用新型片上系统“FPGA+ARM”架构,不仅体积和功耗小而且实时性强,采用信道化的频谱分析等技术,使得信号分析仪在较宽的频带下也能获得高分辨率的频谱,所以,本文研究的基于SoC的通信信号分析仪具有重要的理论和应用价值。本文首先对用到的国内外技术加以说明,并讨论了未来在这一领域的发展趋势,再结合具体的项目需求,确定了本设计中需要实现的最终目标。接着对通信信号分析系统进行概述,并对分析仪硬件总体方案的设计和技术指标进行说明,分几部分功能对各子模块的设计和关键技术进行概括性介绍,包括方案中涉及到的:数据采集板硬件电路、中频信号预处理,信道化频谱分析等。然后对各模块用到的的理论技术以及在片内系统的实现过程进行了详细的分析论述。具体来说,（1）结合采样定理和项目需求,确定数据采集板部分技术指标,并完成原理图的绘制,分电源、时钟以及数据电路几部分加以说明。接着完成数据采集和中频信号预处理部分逻辑设计并在SoC平台加以实现。（2）结合多相DFT结构,提出了基于多相DFT结构的信道化信号分析方法,并进行仿真验证,仿真结果符合预期要求,说明了多相DFT结构信道化频谱分析的正确性。接着将其在硬件平台上完成逻辑设计,采集经过信道化之后的输出数据做出更高频率分辨率的频谱图,说明了基于多相DFT结构的信道化过程对频谱分析的优势所在。（3）由于本设计的硬件平台是基于片上系统SoC,所以信号分析仪内部数据的传输需要满足AXI传输协议等相关技术,为实现高吞吐量的数据传输设计中创造性的提出采用三个AXI Interconnect互联矩阵并搭配两个AXIHP和一个AXIGP口的设计方法,优化了整个数据传输系统,并保证了信号分析的实时性。（4）对各功能模块进行测试分析并给出结果,包括数据采集、中频信号预处理、信道化频谱分析、Zynq内部数据交互、USB3.0数据传输等。通过对基于SoC通信信号分析仪硬件系统及其内部逻辑的调试和验证,各模块均能正常工作,测试结果基本满足预期要求。

关键词： Altium   Designer   机器人比赛   项目实践教学   硬件电路设计  

摘要： 在机器人比赛当中,离不开软硬件与机械结构的结合,才能更好完成机器人设计.其中要想完美控制机器人,硬件的设计是设计机器人的最为关键的一个环节.在学生角度来看,想要保证自己独立完成性能稳定的硬件设计,前提下学生至少掌握一款画图电路板软件的使用.所以要在学生基础课中引入一门《Altium Designer》电路板设计课程,锻炼了学生的硬件电路板的设计能力,从而提高学生在机器人比赛设计的水平.

关键词： 数字音频   TMS320DM6446   硬件设计  

摘要： 文章以多媒体音频系统为研发背景,采用TI公司的双核(ARM+DSP)芯片TMS320DM6446,构建出低功耗、高性能的音频系统硬件平台.详细介绍了TMS320DM6446平台的系统结构,并结合其特点,分别从电源模块、存储模块、音频模块这三个方面描述了该音频系统的硬件设计.

关键词： 涡轮流量计   信号模拟   硬件设计   软件开发  

摘要： 农业智能控制系统中水肥一体化系统和精准灌溉系统等很多智能系统，需要使用涡轮流量计实时监测液体流量以控制肥量或者水量供给。在研发该农业智能控制系统和研究相应智能控制算法时，需要大量实验室调试试验，而使用实际系统进行试验成本高、周期长并且无法提供过载疲劳试验条件。设计涡轮流量计信号模拟系统，在实验室条件下为控制算法试验系统提供模拟流量信号，具有重要应用价值。　　本文基于单片机设计了涡轮流量计信号模拟下位机硬件系统，使用Visual Studio开发平台采用C#语言开发了上位机应用软件，并对整个系统进行了调试试验，主要工作如下：　　（1）涡轮流量计信号模拟系统总体设计。涡轮流量计信号模拟系统包括下位机系统硬件电路和上位机应用软件两部分，上位机软件接收用户的流量信号模拟设置，通过串口发送给下位机，下位机根据上位机的命令信息产生模拟信号输出。　　（2）模拟系统下位机硬件电路设计。基于51单片机采用定时器中断和串口通信技术，设计了可以模拟出不同流量信号的下位机硬件电路，包含了单片机模块、用户交互模块、串口通信模块、EEPROM存储模块。单片机模块利用C语言进行开发，用户可以通过下位机、上位机与读取设置记录三种方式来进行设置，模拟系统能在流量恒定、流量加速变化与流量阶跃变化三种模式下工作，它可以根据用户的不同需求使用单片机的定时器功能来准确地输出不同频率的脉冲信号来模拟流量计信号。用户交互模块包含了设置参数按键输入、LCD屏显示和蜂鸣器发声。　　（3）模拟系统上位机应用软件设计。采用C#语言进行上位机应用软件设计开发，包括用户界面设计、上位机与下位机串口通信设计。用户界面可以设置模拟方式、初始流量、流量变化率、最大流量等各个参数，通过上位机进行设置更简单便捷。串口通信模块采用RS232来进行上位机与下位机的通信，使用USB转串口线进行连接，用户设置的参数通过串口传输到单片机模块中，从LCD屏上能直观看到数据的显示。

关键词： 光学位移测量   直线位移   光场分布   误差分析   硬件设计  

摘要： 高精度位移测量作为一个国家工业竞争力与综合国力的重要衡量指标,广泛的运用于航空航天、国防军工,超精密数控加工等国家重大工程领域。光学位移测量凭借精度高、量程宽、稳定性好、分辨率高、非接触方式等优势在高精密测量领域占据了主导地位。由于传统光学测量仪器制造工艺困难、系统构件复杂、价格昂贵以及前期课题研究中光场式时栅位移传感器测头的体积较大,难于集成以及光源特性不一致等原因,设计了一种单交变光场时栅直线位移传感器,利用单光源与低制造工艺实现高精度位移测量。主要研究工作如下:(1)通过多交变光场时栅与单交变光场时栅的对比,讨论了两者的结构差异。详细地阐述并推导了单交变光场时栅的传感机理。(2)根据单交变光场时栅的结构建立了仿真模型,定量计算了其光场分布情况,详细分析了引入测量误差的关键因素。(3)根据单交变光场时栅的传感机理设计了单交变光场时栅测量系统,包括极板结构与安装结构的设计、激励板与采集板硬件电路的设计和激励信号与可编程数字电位计FPGA程序的设计。(4)搭建了单交变光场时栅实验平台,分别对激励信号与行波信号等进行了测试;根据误差成分的分析进行了误差修正。实验表明:在60mm测量范围内,利用栅距为0.6mm的测量样机测量精度可达±0.40μm,验证了利用单光源与低制造工艺实现高精度位移测量的可行性。综上所述,本文经过理论模型的推导和分析、实际装置的设计与调试、实验系统的测试与验证,通过大量的实验研究验证了单交变光场时栅测量基本理论的正确性,为后续的高速高精度光场式时栅传感器研究奠定了坚实的基础。

关键词： 卫星导航   接收机   电路设计   布线策略   硬件调试  

摘要： 卫星导航系统能够为全球用户提供全天时、高精度的导航定位和授时服务。而导航定位和授时最终通过接收机才能得以实现。单卫星导航系统接收机受外界干扰和屏蔽容易导致信号的中断,而多卫星导航系统接收机将大大提高卫星导航定位的可靠性、准确性和实时性。本文设计了一种基于ARM和FPGA架构的多卫星导航系统接收机硬件平台,该硬件平台集射频部分,基带信号处理部分以及导航解算部分为一体,可以接收北斗B1,B3频点,GPS的L1频点以及GLONASS的L1频点的三系统四频点卫星信号,既可以利用单系统进行定位,也可以利用多系统进行组合定位。本论文的重点主要集中在硬件平台的电路设计,制作以及调试。由卫星导航系统的背景和意义,引出设计多卫星导航系统接收机的必要性,并提出了研究创新点。结合导航接收机的研究现状,提出进一步的研究和发展方向。再结合接收机的设计和需求,制定多卫星导航系统接收机硬件平台总体方案以及射频前端,基带信号处理模块,导航解算模块以及电源系统这四大模块的核心以及外设接口电路的设计方案。在设计好的方案基础上,进行各部分单元电路设计,FPGA和ARM之间的GPMC接口设计,系统复位以及电源系统设计;研究多层电路板的布局方法,射频、时钟和高速数字信号的布线策略;以及对设计完成的硬件平台的调试和指标测试。经测试,此多卫星导航系统接收机硬件平台的各种指标都可满足设计要求,且能够正常稳定工作。

关键词： 汽车超速   传感器   报警   LED显示  

摘要： 本文从驾驶员自身安全角度出发,设计了一种检测车辆超速的报警系统.本设计基于单片机技术,利用按键对速度进行初设,其中通过LED数码管与其驱动芯片实现视显,再利用速度传感器进行测速,最后通过单片机对现时速与初设时速进行对比,如若超速,发出警报,警示驾驶者减速.本设计方便驾驶员能根据自己的需要设置合适的车速上限,保障行车安全,具有很好的实用价值.

关键词： 规定动作技术挑战赛   仿人组   传感器  

摘要： 重点研究全国机器人大赛规定技术挑战赛仿真机器人项目规则,并以此规则为指导,设计含有多传感器的仿真机器人控制系统硬件组成、软件架构,并对系统硬件、软件经过多轮调试,实现机器人在该项目中过各种规定技术动作,并与该项目组中其他硬件平台的仿真机器人完成动作的时间、方式作了对比,发现该系统平台下的机器人均占优势。

关键词： SSPS演示系统   波束指向控制器   微波功率计   FPGA   加减速控制  

摘要： 随着工业自动化与智能化进程的不断推进,能源问题逐渐成为制约经济和社会发展的主要因素。太阳能作为清洁无污染能源以及其丰富的储量越来越受到世界各国广泛的关注,而空间太阳能电站(SSPS)作为未来能源获取的主要来源,更是各国争先发展的重中之重。为了对空间太阳能电站关键技术和发电效率进行分析和验证,课题组依据SSPS-OMEGA(Orb-shape Membrane Energy Gathering Array)即“球形薄膜能量收集阵”方案,搭建SSPS地面演示验证系统,演示系统包括:光学收集、微波能量传输、电能管理、地面测控平台等。为了提高演示系统对能量收集、转换和传输的效率,本文提出一种波束指向控制系统总体方案,该方案能实时调整OMEGA球形聚光器空间位姿以及微波发射天线俯仰角和方位角,完成对波束指向的控制。具体研究内容为:(1)利用电机控制六索平台实现聚光器空间位姿调整;(2)利用电机控制发射天线指向平台,实现对微波发射天线俯仰角和方位角控制;(3)利用微波功率计对地面接收天线表面微波功率密度分布进行测量与分析。针对上述研究内容,本文完成了以下主要工作:(1)给出了由索系支撑控制平台和微波发射天线指向控制平台组成的波束指向控制系统总体方案。该方案采用基于ARM+FPGA的波束指向控制器(BPC)实现对聚光器空间位姿以及微波发射天线俯仰角和方位角的调整。(2)对相控阵天线空间场强分布相关理论进行研究,推导出接收天线表面微波功率密度理论分布公式,并进行仿真分析,得出接收天线表面微波功率密度理论分布曲面,并依据理论分布给出微波功率计分布测量方案。(3)依照运动控制策略与方案,面向BPC,进行核心控制电路、驱动器接口电路、脉冲转换电路等硬件电路的设计;在FPGA中实现电机控制逻辑设计,并采用S型曲线加减速算法实现电机控制脉冲平稳输出;完成ARM的控制程序设计。(4)完成实验平台搭建,包括上位机、BPC、运动平台、微波功率计以及激光跟踪仪(API Tracker3 )等测量装置。对SSPS演示系统中的BPC进行功能测试,初步验证了本文提出的波束指向控制系统硬件设计的可行性和合理性,为项目的后续进展打下坚实的基础。

关键词： 计算机硬件   安全问题   分析  

摘要： 随着我国互联网运用规模的不断扩大,当前计算机硬件的设计水平也逐渐成为互联网安全的重要限制性因素.为了更好的分析计算机硬件安全设计与优化,本文首先介绍了计算机硬件安全的相关理论,其次对计算机硬件设计中存在的隐患进行了分析,最后结合上述内容对计算机硬件设计的安全优化策略进行了阐述,也希望能够为我国计算机硬件设计安全工作顺利实施创设条件.