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关键词： 小尺寸   通用性   高速   存储   传输  

摘要： 本文设计了一种小尺寸、高性价比、通用性强的高速信号处理存储传输系统,采用1片Spartan-6系列FPGA作主控,1片Kintex-7系列FPGA作信号处理,信号处理用FPGA兼容多个型号以满足不同领域对资源要求。主控单元支持512Mbit DDR2缓存和512Mbit Nor Flash,可在Microblaze软核运行linux进行控制管理;处理单元支持主串、JTAG等多种加载方式,8GB DDR3缓存,同时采用FMC标准分离I/O,可扩展AD/DA、射频等功能;此外该板采用灵活多路选择时钟方案,具有丰富传输接口(支持10/100/1000M以太网、40Gbps QSFP+、3Gbps USB3.0、串口)。首先,描述各领域对高速信号处理、存储、传输的要求,介绍当前处理器、存储器、总线技术发展,列举领先信号处理平台厂商产品特点,引出设计该硬件平台意义。然后,针对通信、雷达等领域应用场景(MIMO、OFDM等)提出高速信号板的功能和性能需求,由此设计系统硬件架构(包括模块间数据流向,控制关系,板卡时钟如何分配),在此基础上确定核心器件型号、信号板的机械结构,评估了极限工作下功耗,进行了散热设计。接着,设计FPGA、USB控制器、以太网PHY、存储器、时钟等各功能模块具体电路并最终设计整板的电源,确定高速PCB层叠、布局、布线约束以保证信号完整性。最后,对板卡各功能模块进行测试,重点介绍测试的软硬件环境、存储传输接口的测试方法,测试结果表明千兆以太网MAC层正常,DDR2等效频率达625MHz,DDR3等效频率达1066MHz,光口速率达40Gbps,USB速率达640Mbps。论文设计的硬件平台具有强大信号处理能力、缓存能力,具备通用、高带宽接口,而且配置灵活,扩展方便,成本低廉,可应用于MIMO、高速光网络、相控阵雷达等领域算法验证,应用前景广阔。

关键词： 嵌入式数控系统   硬件设计   OMAPL138   FPGA  

摘要： 数控机床是国家的关键重大战略装备,是国之重器。而数控系统又是数控机床的核心技术之一,它决定着数控机床的功能和性能。然而长期以来,数控系统的高端产品几乎皆被诸如法纳克、西门子等国际巨头所垄断,勒索和讹诈。近年来,国内数控产业经过长时间的自主研发与积累取得了长足进步,开发出少量在局部性能上不断逼近国外高端数控机床,并且以价格优势占据着国内中低端数控市场;然而,这些国内基于PC开发的数控系统存在功耗大、实时性较差以及硬件成本高等缺点。针对上述现状和问题,本文提出了一个基于异构双核处理OMAPL138+FPGA的嵌入式数控系统,以期为将来的高端五轴数控系统的开发奠定坚实的基础。为满足高速高精数控系统的硬件资源需求,在分析对比基于PC的数控系统与嵌入式数控系统优劣后,最终选定／ARM+DSP+FPGA的嵌入式系统架构,并确定异构双核处理器OMAPL138和FPGA作为数控系统的处理核心。本文围绕该两款性能优异的双核芯片的特点,最后设计了整个嵌入式数控系统硬件的总体架构图。第二部分围绕OMAPL138芯片设计了嵌入式数控系统的OMAPL138模块硬件电路。设计的电路包括电源管理、DDR2、FLASH等外围电路,为OMAPL138提供了高效稳定的工作环境。在OMAPL138强大的运算能力支持,所设计的系统实现了次/20us插补周期,最多支持控制八轴进给运动。第三部分围绕FPGA芯片设计了系统扩展IO资源及控制脉冲电路。高端数控机床所需控制的IO非常多,单靠OMAPL138并不能提供足够的I0资源。高速高精数控系统的运算量很庞大,且控制脉冲频率很高,OMAPL138在进行大量插补运算的同时产生高频脉冲,势必会影响数控系统的实时性。因此,所设计的光耦、信号差分或三极管扩流等电路,既保证了数控系统实时性,又提高了信号的抗干扰和负载能力。第四部分设计了OMAPL138芯片与FPGA芯片两芯片间EMIFA总线通讯。为了实现芯片间数据的高速互联,确保系统的实时性,详细进行FPGA端EMIFA总线模块的程序设计。本文最后对所设计开发的嵌入式数控系统进行功能验证,结果表明本设计达到初始的高速高精度目标,超出目前国内同行的1m/s进给速度以及次/100us插补周期等关键核心技术指标。该系统已应用于四轴皮革切割机上无故障运行了六个月,表明了所设计系统的可靠性。

关键词： 电能计量   单相复费率电表   硬件设计   软件开发  

摘要： 论文首先简述了国内外对于单相复费率电表的研究现状及以后的发展趋势。论文的设计采用的是德州仪器(TI)公司生产的电能计量专用单片机MSP430FE425，围绕着其内嵌的电能计量模块ESP430CE1以及其它片上资源展开工作。电能表的硬件方面主要包括电源电路、备用电源设计、信号采样、通讯电路、显示模块、按键电路、数据存储、电网电压检测等。软件设计方面主要包括电能计量、时钟设置、复费率、按键处理、显示和通讯等。另外，还对电能表进行了硬件抗干扰设计、可靠性设计、防窃电及低功耗设计等方面的简单研究。实现了智能电表复费率、多参数测量、低功耗等功能及特点。

关键词： 万能试验机   测控系统   硬件设计   软件设计  

摘要： 材料试验机可对各种金属和非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等力学实验。随着自动化水平的不断提高,老式的液压万能试验机己不能满足现代测量的要求。如果对其测控系统进行技术改造升级和功能扩展,提高其使用性能,即可满足试验机的智能化、精准化、自动化的需求,具有较大的实用意义。本论文主要是对现有的一台老式的液压万能试验机的测控系统进行改造设计。论文在分析比较国内外材料试验机的基础上,针对目前试验机测控系统的特点,制定了相应的改造参数,设计了基于STC单片机的试验机测控系统的总体改造方案。本论文对液压万能试验机测控系统的改造是通过在油路中加装压力传感器来检测油压变化,在机体上加装位移传感器和引伸计,检测位移量和形变量,运用电液比例技术进行流量控制,设计了基于STC单片机的硬件系统和软件系统。本论文中根据整体的测控系统改造方案,论述了位移传感器、压力传感器、引伸计的选型情况及工作原理,介绍了电源、信号处理电路、A/D采集、数据存储、人机交互等硬件电路,并设计了配套的系统软件;设计了基于LABVIEW的上位机系统软件,给出了详细的流程图;阐述了电液比例阀的相关原理及控制方案设计,并对其数学模型进行了研究。将老式的液压试验机改造成现代数字化的试验机,提高了原有试验机的使用性能。最后通过实验验证了试验机改造后的性能。改造后的试验机实现了系统的数字化,达到了对旧设备改造重新利用的目的。

关键词： 脑电采集   32导联   直流耦合   高性能  

摘要： 在研究大脑认知功能的技术方式中,PET、fMRI、脑磁等高端设备发挥着很重要的作用,相比这些高端设备,数字脑电图仪因其具有毫秒甚至微秒级别的高时间分辨率以及设备购置和维护成本低的特点在常用的科学研究、常规诊断中受到科研人员和临床人员的青睐。目前,国内外主流脑电采集产品大部分采用交流耦合方式,系统带宽一般为0.5Hz00Hz。随着研究的深入发展,在接近直流的低频段和较高的1000Hz频段附近,被证实含有有关疾病的有用信息。本文针对脑电研究的发展趋势,设计了一种带宽为DC000Hz的32导脑电采集系统。32导脑电采集系统硬件部分采用板卡结构设计而成,有4个8通道高性能脑电采集硬件电路板卡,1个主控板卡。其中脑电采集板卡分为模拟部分和数字部分。模拟部分采用自稳零与斩波技术乒乓配置的运算放大器和单片集成仪表放大器,结合数模转换器共同组成具有直流耦合功能的前置放大部分,采用状态变量型集成芯片搭建工频陷波电路,数字部分包括微控制器、隔离电路以及阻抗检测电路。主控部分主要有DSP和USB构成,负责与上位机通讯,同时控制4块脑电采集板卡。文中对设计的采集系统进行了初步验证,包括按照数字脑电图仪标准JJG954-2000进行了部分关键性能测试及按照国家标准GB9706.1进行关键安全性测试,同时采用典型实验采集脑电验证系统可行性,测试结果说明本文设计的32导脑电采集系统性能指标较好,可以用于脑功能研究和临床诊断中。

关键词： 泵站   计算机监控系统   现地控制单元   硬件设计   软件设计  

摘要： 为减小洪涝等自然因素对人来带来的破坏,需要采取一定的措施去防洪排涝。目前防止洪涝主要是建立泵站,最原始的泵站的工作方式主要依靠人力,在河堤标记水位高度,工作人员定期去采集水位数据。当泵站设备发生事故,或者需要采取措施调节水位时,泵站的维修人员或者控制人员需要现场和控制室两地奔波。利用快速提高的计算机技术和自动化管理水平建立一套集控制、保护、管理于一体,同时保证实时性和可靠性的泵站系统已成为不可阻挡的发展趋势,借助于计算机技术的泵站监控系统已得到广泛应用,不仅确保泵站的安全运行,同时对于事故的紧急处理给予可靠的保障。本文分析了泵站计算机监控系统的构成要素及其设计与选型,对贵港航运枢纽库区泵站群的计算机监控系统进行分析研究,设计了贵港航运枢纽库区泵站群的计算机监控系统方案。根据设计方案,选择子库区中装机容量最大的瓦塘江泵站的泵组LCU (Local Control Unit)的软硬件进行了详细设计,其中按照瓦塘江泵站的实际工作需求,对其监督控制系统实现了相应的硬件设计;对瓦塘江泵站计算机监控系统软件部分进行了设计,包括瓦塘江泵站计算机监控系统的软件结构设计、数据采集系统软件设计、传输系统软件设计、各功能模块以及数据库的设计。本研究设计成果实现了贵港航运枢纽库区泵站群一期、二期的计算机监控系统,为三期的计算机监控的设计奠定了基础,对全国的防洪排涝泵站和泵站群的计算机监控系统改造具有一定的借鉴和指导意义。

关键词： 天体测量   新型等高仪   转台控制系统   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着天文观测技术手段的发展,天文学家逐渐认识到大气对天体测量精度的影响,其中之一就是大气层倾斜。为此中国科学院云南天文台冒蔚研究员提出了一种新的能够解算大气层倾斜的理论,并根据这一理论提出了一种新的等高观测方法——双等高圈观测方法。为验证这一理论和观测方法的可行性,云南天文台天体测量技术及应用研究团组结合这套新的等高观测方法开始了新型等高仪的研制工作。本学位论文主要研究新型等高仪转台控制系统的设计方法与实现技术。根据新型等高仪及其观测控制的技术要求,确定了本仪器转台控制系统的总体设计要求,并进一步将其细化为硬件设计要求和软件设计要求。据此,开始了控制系统硬件和软件的设计。先以PC机作为系统上位机,以PMAC控制卡作为系统的下位机。制定了系统硬件框架结构,根据系统硬件框架结构对各个硬件进行选型,并详细介绍了硬件电气连接和控制单元的参数设计。软件的设计围绕PMAC强大的功能和开放式的特性展开。系统软件设计包括下位机程序设计和上位机程序设计。下位机程序设计是在Pewin32PRO软件上以PMAC独特的PLC语言编写,上位机程序是在VS2010开发平台上以VC++语言编写,它们共同实现了实时显示转台的位置和速度信息、调节转台的转速、控制转台定点运行、控制转台手动运行、手动进给(增量)运行、停止转台转动、关闭电机使能、设置并保存转台零点位置和依据观测纲要运行等系统软件控制功能的设计。最后,进行了系统软硬件的综合调试与测试。实验证明本转台控制系统以达到新型等高仪试验阶段的要求,并为后续系统升级做好了铺垫。目前本系统已投入使用,且运行良好。本论文中的工程项目由云南省社会发展科技计划项目(2011BC010)和国家自然科学基金项目(U1331109)共同资助。

关键词： FPGA   原理   硬件设计   应用技术  

摘要： FPGA是英文Field-Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列。在现代的数字电路系统的设计中，FPGA器件发挥着越来越重要的作用。作为可编程器件的一种，在短短十多年时间里，FPGA逐渐从电力电子设计外围器件演变为数字电路的核心器件，在通信、计算机、汽车、航空航天等领域都有广泛的使用。由于半导体技术工艺的进步，FPGA设计技术也得到了飞跃式的突破。本文主要对当前FPGA器件的先进技术进行研究和总结，并且着重对FPGA器件硬件系统的设计和应用进行分析和研究。

关键词： 微位移   压电陶瓷   驱动电源  

摘要： 精密定位技术是精密制造、精密测量和精密驱动中的关键技术之一。压电陶瓷驱动的微位移器是近年来发展起来的新型微位移器,具有体积小、承载力大、精度高、分辨率高、效率高、刚度好、易于控制及伸长时无能量消耗等特点,在广泛的领域中得到应用。本文在分析压电陶瓷的工作机理及特性的基础上,针对其特性设计出一款压电陶瓷驱动电源。该电源以直流稳压电源为直流放大电路的高压电源,具有线性度好、纹波小、带负载能力强、频率响应高等特点,克服了传统驱动电源频率响应低、输出低电压时出现饱和失真等缺陷。

关键词： 物联网   实验系统   传感器   ARM9  

摘要： 物联网产业的发展带来了对物联网技术人才的迫切需求。该文设计了一种基于感知层、传输层和应用层三层架构的物联网实验系统,设计采用了模块结构,接口开放,有助于实验者深入学习物联网基本技术,并理解物联网在各种典型应用行业中的功能和系统设计方法,具有很好的推广价值。