课程文献中心 更多>>

关键词： 导盲仪   超声波传感器   电路设计  

摘要： 中国是世界上盲人数量最多的国家,盲人生活在黑暗的世界中,给工作、生活、社交活动带来莫大的困难,如何安全行走是盲人生活中最大的问题。为了解决这一问题,作者在研究超声波导盲系统工作原理的基础上,采用C8051F340单片机作为控制器,对导盲系统硬件电路进行设计,解决系统硬件电路问题。

关键词： 模块化技术   FMC总线   兼容性   高速高精度采样   CPCI  

摘要： 随着高集成化电路和FPGA应用的快速发展,测试系统模块化架构设计已经成为一种趋势。FMC(FPGA Mezzanine Card)是一种专门针对FPGA所定义的互联接口,在模块化数据采集系统的设计与实现中得到广泛应用。一方面,FMC模块之间的复用性和重构性为实现多功能数据采集系统奠定了基础;另一方面,FMC接口的高速多针特性有助于提升系统的采样率及带宽等性能指标。因此,基于FMC模块化构架的数据采集系统设计逐渐成为国内外学者研究的热点。论文基于FMC互联技术,设计了四种型号的FMC采集模块,分别为FMC3028(双通道3GSPS/8bits)、FMC1548(双通道1.5GSPS/8bits)、FMC4214(双通道400 MSPS/14 bits)和FMC5212(双通道500 MSPS/12 bits);同时,还设计了一种能兼容这四种采集模块的数据处理载板。模块与载板之间在物理互联的基础上,由载板FPGA中的接口逻辑进行控制而完成通信;其不同的组合方式可以实现功能特性各异的数据采集系统,适用于各种高速、高精度采集场合,具有高带宽、大动态范围等优势。FMC采集模块的兼容性接口逻辑设计划分为三种通用功能电路:型号识别及加密电路,采样时钟生成电路以及温度电压监控电路。其中,型号识别及加密电路采的主要功能是识别FMC采集模块的型号和保护系统设计的知识产权;采样时钟生成电路的主要功能是通过SPI总线配置采样时钟参数,产生相应的时钟供给ADC完成模数转换;温度电压监控电路的主要功能是对模块子板卡的温度、电压进行采集,并且把数据及时传给上位机显示和分析。在载板的数据流控方面,首先采用ChipSync技术实现对并行高速数据流的接收和处理;然后调用FPGA的DDR3 SDRAM存储控制IP核,完成大数据触发存储;最后,通过CPCI标准总线实现与上位机的命令通信,并完成高速大容量的数据流上传与显示。最后通过对型号识别及加密、采样时钟生成、温度电压监控、数据流接收以及触发存储电路的测试,验证了各个模块的功能实现;而且,上位机对采集数据的分析结果表明,每个FMC采集模块的SNR、SFDR及输入带宽等参数指标均到达了设计要求。

关键词： 电流频率转换电路   高分辨率   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着惯性技术的发展,对电流频率转换电路的分辨率要求越来越高,以往常用的I/F转换电路已经不能满足要求,本文在传统电路的基础上结合FPGA和DSP提出了一种电路设计思路来提高分辨率。设计了硬件电路和软件电路。根据大量的试验数据分析,此改进电路在不损失电流频率转换电路线性度和稳定性的精度下,把电路的分辨率提高了一个数量级,解决了高精度电流频率转换电路分辨率低的问题,进一步扩大了电流频率转换电路的使用范围。

关键词： 精密测温仪   硬件设计   分度试验   不确定度分析  

摘要： 温度是日常生活和生产活动中的重要参数，快速准确的获得温度信息具有重要的意义。尤其工业现场常用温度段-60℃～300℃范围内，还沿用传统的标准水银温度计作为精密测量和量值传递的标准。标准水银温度计由于自身材料性质等影响，无法实现测量数据的实时采集和传递，不能满足现状测温智能化的要求；且测量中操作不当容易造成水银遗洒，对人身健康及环境存在潜在危害和污染，禁止和限用水银已成为世界范围内的共识和不可扭转的发展趋势。因此有必要研制开发出一种精密测温仪实现智能化、高精密、高稳定性的测温系统，用来替代标准水银温度计。本课题正是基于此展开的研制，主要内容如下： 一是从硬件和软件两方面对显示仪表进行设计，设计过程中各部分采用模块化设计。本文对硬件部分的单片机系统、双通道A/D、精密恒流源等主要模块进行了简介，并对设计中的恒流换向电路、基于比例法的测温电路等关键技术进行了详细介绍，尤其是自制的精密铂电阻传感器，从筛选焊接封装到预处理的过程都进行了说明。在软件设计部分，在主程序下分成若干个彼此独立的编程调试的功能程序模块，本文给出了精密测温仪的软件流程图。 二是对制作的精密铂电阻温度计进行分度试验。首先采用ITS-90国际温标的固定点法分度精密铂电阻温度计，并对该方法进行了实验研究；然后基于CVD方程法，采用标准铂电阻对比分度的方法对精密铂电阻进行分度，并进行实验研究；根据实验结果，确定采用基于CVD方程法分度精密铂电阻温度计的分度方法。 三是对研制的高精度测温仪进行稳定性实验和示值误差实验，并和标准水银温度计进行比较；对研制的高精度测温仪和标准水银温度计进行不确定度分析，并将两者的不确定度进行比较；从实验和不确定度两方面说明高精度测温仪数据优于标准水银温度计，可进行精密测温。

关键词： SD卡协议   硬件设计   Modelsim仿真   FPGA原型验证  

摘要： SD卡即安全数码卡,其设计基于半导体快闪记忆技术,为新一代的记忆设备。在便携式电子设备如数码相机、智能手机以及多媒体播放器等领域有广泛的应用。SD卡具有体积小、重量轻的特点并拥有高容量存储、快速数据访问效率、移动灵活方便以及安全可靠的性能。FPGA有着灵活性强,开发周期短,并行处理速度快,可靠性高等优点。除此以外,因为FPGA是可编程逻辑器件,用户可对FPGA进行重新配置,以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态系统重构的特性。基于SD卡应用范围的广泛性和基于FPGA设计的灵活性和高效性设计的SD卡控制器将具有重大的研究和实际意义。 本文首先介绍SD卡的应用背景以及选题的意义和前景。接着阐述了SD卡的协议规范和工作流程,其中包括SD卡的引脚、工作模式以及SD卡的复位时序,初始化时序,读操作和写操作时序等内容;再次简单介绍了设计所需要的硬件描述语言,并且对设计模块进行了详细的分析介绍,主要包括SPI模块和主控制模块;接着介绍了验证工具Modelsim以及验证环境的搭建和仿真,实验结果完全符合协议规范;最后介绍了设计工具Quartus Ⅱ以及FPGA原型验证的系统搭建和下载调试检验设计的内容和功能最终完全符合设计的要求。

关键词： 光纤传感   嵌入式系统   FPGA硬件设计   DDR Ⅱ  

摘要： 本文主要研究了拉曼散射型分布式光纤测试传感系统数据采集与处理综合平台的硬件设计,综合平台的主要功能包括数据采集、数据缓存、数据处理与传感结果显示,是光纤传感系统的重要组成部分。 拉曼散射光由波长不同的斯托克斯光与反斯托克斯光组成,散射光经光电转换输出的两路模拟电信号分别被ADC以100MSPS的采样率、16bit的量化精度转换成数字信号。系统选用FPGA作为数据采集的控制核心,负责ADC输出数字信号的采集,数据的多次累加以及将数据缓存于DDR Ⅱ SDRAM中。多次平均完成后,数据经过UPP接口发送给CPU,并使用CPU中的DSP内核对数据进行数值运算,解析出温度分布结果,并将结果在LCD显示。 综合平台设计工作分为硬件设计与FPGA逻辑开发两部分。硬件设计部分介绍了电源设计、差分放大电路设计、ADC电路设计、FPGA外围电路设计与以ARM为核心的CPU子系统电路设计。FPGA软件由ADC接口逻辑、DDR Ⅱ驱动、UPP接口逻辑与中央控制逻辑组成,FPGA开发中使用了／ALTERA公司提供的DDR Ⅱ控制器IP核,降低了逻辑设计工作量。

关键词： 长基线定位系统   测距仪   TMS320C6474   核间通信  

摘要： 长基线定位系统是在世界范围内获得广泛应用的声学定位系统之一,它的基本工作方式是通过距离测量来对声学目标进行定位,测距仪是长基线定位系统的重要组成部分。本论文所完成的工作是以TI公司的三核DSP芯片TMS320C6474为主处理器来设计长基线定位系统测距仪的数字硬件平台。随着集成电路制作工艺的进步,DSP开始由单核向多核发展。与单核处理器相比,多核处理器无论在成本、功耗还是尺寸上都有着巨大优势,目前正在被越来越多的应用在工业领域。本论文首先从芯片性能特点出发,分析了应用三核DSP芯片TMS320C6474进行测距仪设计的可行性及优势。其次,本文以TMS320C6474芯片为核心,依次构建了最小系统电路以及外围电路功能模块,包括时钟电路、复位电路、JTAG电路、程序加载电路、AD采集电路、DDR2存储电路、串口通信电路、以太网电路、发射控制电路、温度传感器电路以及电源电路。之后,开发驱动软件对主要电路功能模块进行测试来验证电路设计的正确性,均能正常工作,符合设计预期。最后,鉴于TMS320C6474具有多个内核特性,进行了不同内核间的核间通信机制的研究,并且用软件实现了核间通信,为后续软件开发打下了一定的基础。

关键词： 集中器   抄表   硬件   Linux   移植  

摘要： 随着智能电网在全世界范围的兴起，一场抄表革命正在悄然发生。用电信息“全覆盖、全采集、全费控”新型电费抄收费管理模式可实现集中自动抄表、集中专业运维、集中智能核算、集中统一收费。电力客户将迎来更快捷、更智能的用电服务时代。 抄表系统主要由主站、集中器和智能电表三部分组成。本文的抄表系统中，集中器采用塑料光纤作为通信信道，对电表的数据进行抄读，采集后的数据通过CPU处理后，通过以太网方式将数据传送给主站，或者保存到集中器SQLite数据库中。 论文首先综述了课题研究的背景，以及电力抄表在国内外的研究现状。紧接着分析了集中器的总体设计，主要包括CPU的选型，上下行通信方式的设计以及集中器数据存储空间大小的分析。然后重点介绍了基于AT91SAM9260集中器硬件电路的设计，硬件电路主要有电源模块、存储器模块、通信模块、控制模块等。集中器硬件平台分为主板和底板两部分，其中主板采用四层板设计，底板为双面板。集中器原理图和PCB采用Protel99SE软件设计。集中器软件开发环境采用主流的嵌入式Linux操作系统，为了使硬件能够正常运行，针对该平台进行了BootLoad、Linux内核以及根文件系统的移植，并在此基础上完善和开发了集中器相关的硬件设备的驱动程序。最后在集中器上移植了SQLite数据库用于管理抄读的各类数据。该集中器为下一步抄表应用程序的开发提供了一个稳定、可靠的测试平台。

关键词： 可编程逻辑控制器   嵌入式硬件设计   ARM   电磁兼容  

摘要： 可编程控制器诞生于是六十年代末的美国,当时被称为PLC(Programmable Logic Controller),作为继电器的替代者,可以执行逻辑判断、脉冲输出、计数等一系列的过程控制功能。通用计算机功能完善、使用灵活,继电器控制系统操作方便易懂、价格低,PLC的基本设计思想是把两者的优点结合起来。控制器用的是标准的、通用的硬件。为了达到使控制器和被控对象连接方便的需要,根据实际应用需求,将控制指令梯形图下载到PLC的用户程序存储器内。到了七十年代,微电子技术逐渐成熟,尤其是微型计算机技术和微处理器的发展,微处理器已被广泛地使用作为PLC的中央处理器,中、大规模甚至超大规模的集成电路应用到输入输出模块和外围电路中,这时的PLC不但可以实现逻辑判断,同时还拥有了数据处理、网络通信和微积分调节功能。工业在发展,科技在进步。过去的PLC架构越来越无法满足现代工业自动化技术的要求,于是各大研发厂商都开始研究把时下最热门的ARM移植到PLC身上,注入新鲜血液,提高PLC的整体性能。了解在工业控制领域PLC的实际需求,查阅了大量的国内外关于嵌入式设计和ARM的相关资料,选用适合高功能应用的双核ARM 9作为主处理器。深入分析嵌入式结构的硬件设计,系统参数计算等,详细阐述了整体设计模块的硬件架构。同时根据设计思路,利用可用的经费和资源做出少量样品,进行设计的参数测试,功能测试等,来验证本设计的可行性。本文研究内容是设计一款基于ARM嵌入式的PLC系统模块,开发模块采用新一代PLC总线结构,使用双核CPU做数据处理,兼容多种通信与数字量输入输出协议规范,从而在提高整体性能的情况下具有较高的抗干扰能力并保证稳定工作。着重讲述硬件回路设计,并根据实际调试逐步完善设计PLC系统模块。

关键词： 软件无线电   信号检测   模数转换   硬件设计   FPGA  

摘要： 新型无线电通信业务不断涌现,频谱资源供需矛盾日益突出,电磁环境更加复杂多变,频谱资源的监测和管理早已上升到国家安全和战略高度。为了加强频谱资源的监督管理,急需能够对频谱使用情况进行实时监测和分析的通用无线信号检测分析系统(频谱检测系统)。 本论文从频谱检测系统的特点以及软件无线电的设计思想出发,确定了频谱检测系统模块化的软硬件设计思路,明确了中频采样板在频谱检测系统中的作用和主要设计难点,为后续设计提供方向。 接着,简要分析中频采样板的需求,结合以往设计方案中的存在不足,提出采样板的设计架构,完成核心数字处理器件的选型和关键接口协议的选择,提出采样板总体设计方案,搭建设计框架。 然后,针对模数转换所需的高性能指标,定量推导出分辨率、时钟抖动和信噪比三者之间的关系,分析减少时间抖动的主要措施,设计出高质量时钟的发生电路。估算实际时钟抖动,计算模数转换器分辨率,完成转换器选型。进而设计出外围的模拟接入电路和阻抗匹配电路。通过实际单板测试,验证模数转换器性能。 最后,结合模数转换部分电路,围绕核心数字信号处理器和核心控制器,完成采样板电路设计。针对FPGA配置程序不能灵活升级的问题,提出了远程配置方案。针对模数混合板卡中模拟信号和数字信号间电磁干扰的问题,仿真对比完全分割和部分分割回流地平面两种处理方式,提出部分分割回流平面并合理叠层的设计方案。完成中频采样板在频谱检测系统中的性能测试,验证满足设计需求。