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基于FPGA的个人电子实验室

基于FPGA的个人电子实验室

作者：王瑞哲吉林大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,电子设计自动化(EDA, Electronic Design Automatic)的技术在中国飞速发展,而且它已成为世界发展的前瞻技术,在现代电子技术中占有举足轻重的作用。由于FPGA具有集成度高、开发周期短、编程灵活等优点,所以非常适合学生... 详细信息

进入21世纪以来,电子设计自动化(EDA, Electronic Design Automatic)的技术在中国飞速发展,而且它已成为世界发展的前瞻技术,在现代电子技术中占有举足轻重的作用。由于FPGA具有集成度高、开发周期短、编程灵活等优点,所以非常适合学生验证较为复杂的设计。常见的电子设计实验,往往用不到仪器性能的上限,而更多的要求仪器有较多的功能。设计中的“个人电子实验室”以Altera公司的DE2开发板为核心,配合简单硬件电路实现设计。软件部分在EP2C35中内嵌NiosII处理器协同多个硬件加速模块,将示波器、频谱分析仪、数字滤波器、信号发生器、逻辑分析仪、频率计、数字万用表等等仪器的功能集成。为爱好电子设计的学生和工程师提供了在专业实验室外进行数据测量,系统调试的便携综合检测工具。并且该设计还能进行仪器间的实时通信,可以与PC机结合引导自己轻松愉快地进行电子的学习和设计。 21世纪的教育是适合创新性人才的世纪,因此在这种大环境下,对于学生培养的主要目标是培养具有创新思维的高素质人才。各大高等学府的电子实验室和电子实验教学是理论和实践相结合的科研和教学基地,是培养学生对于电子产品认知以及创造能力的重要场所。因此开发集成化的电子实验室对学生的学习以及培养专业性人才有着很大的作用。

关键词：实验测量仪器可编程逻辑门阵列数字示波器数字万用表信号发生器 Nios II处理器 sopc技术

安全稳定控制装置的通信与数据采集系统的研究与设计

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安全稳定控制装置的通信与数据采集系统的研究与设计

作者：姚国国华中科技大学

学位级别：硕士

安全稳定装置的目标是确保电网在事故状态下的安全性和稳定性,可靠、实时的稳定控制通信方案是实现稳定控制装置功能的有力保证;采样数据的精确度以及动作快速性是判断稳定控制装置质量的一个重要指标,电力系统稳定控制要求装置的决策... 详细信息

安全稳定装置的目标是确保电网在事故状态下的安全性和稳定性,可靠、实时的稳定控制通信方案是实现稳定控制装置功能的有力保证;采样数据的精确度以及动作快速性是判断稳定控制装置质量的一个重要指标,电力系统稳定控制要求装置的决策和控制速度要快,因此安全稳定控制装置需要高速、可靠的通信系统和数据采集系统。本文首先综述分析了安全稳定控制装置的通信系统与数据采集系统的研究现状、发展趋势和研究的意义。然后结合安全稳定控制装置自身的特点及要求,设计了基于光纤通信的通信方案。首先分析研究了该通信方案的硬件总体设计和实现过程;其次对通信方案进行了测试和分析,试验结果表明,该通信方案可稳定、可靠、高速的运行;再次对通信系统需要进一步研究的课题进行了分析,并对该通信系统的研究和设计进行了总结。该通信系统已投入到现场中运行。其次对安全稳定控制装置的数据采集系统设计了两种方案,并对两种方案进行对比,最终选择基于sopc(System on Programming Chip)技术的高速数据采集系统的设计方案。分析研究了数据采集方案的硬件实现过程,对FPGA(Field Programmable Gate Array)程序的设计提出了两种设计方案:利用VHDL(VHSIC Hardware Description Language)语言实现和利用sopc技术实现。对数据采集系统进行了软硬件测试,测试表明该数据采集系统能够稳定、准确、高速的获得多路外部输入模拟量的最终转换结果。

关键词：安全稳定控制装置光纤通信数据采集 sopc技术 FPGA

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基于FPGA的铁轨漏磁检测系统研究

基于FPGA的铁轨漏磁检测系统研究

作者：徐兴虎哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

近年来，我国铁路系统建设日益加快，火车运输速度逐步提高，火车运行任务越发繁重，因此铁路铁轨的质量，维护，损耗评估及更换显得尤为重要，基于此本文以FPGA（现场可编程门阵列）为核心控制芯片，采用漏磁检测技术设计一套具有实用... 详细信息

近年来，我国铁路系统建设日益加快，火车运输速度逐步提高，火车运行任务越发繁重，因此铁路铁轨的质量，维护，损耗评估及更换显得尤为重要，基于此本文以FPGA（现场可编程门阵列）为核心控制芯片，采用漏磁检测技术设计一套具有实用性的铁轨检测系统。漏磁检测技术广泛应用于工业上铁质材料的无损探伤，与传统的铁轨检测技术相比，具有检测速度快，无需耦合剂，可探伤损种类多，对温度和气候的适应能力强等优势，配合铁轨统一的生产标准，使得铁轨漏磁检测技术具备可行性。本文描述了铁轨检测的研究现状及常用的无损检测方式，然后重点介绍了漏磁检测的原理及其描述方式。首先采用偶极子分析方式，将铁轨中常见的裂纹等五类伤损的漏磁磁场强度的理论数值进行了计算及分析，在此基础上提出了一类可对多种伤损进行统一描述的椭球台模型，可方便后续软件编程工作及无损评估工作。接着文章中设计了一套以FPGA为核心的漏磁检测硬件系统，包括信号检测部分，数模转换模块，FPGA控制模块及RS232通信模块，其中FPGA模块中采用VHDL编程语言编写数模转换驱动模块，分频模块并行转串行模块等部分，再利用QUARTUS II软件的NIOS II系统设计CPU，内存及串口通信等部分，使得FPGA实体化，再与其他各个外设部分相连接，得到一套铁轨漏磁检测硬件系统。对于采集到的数据，本文利用MATLAB软件，使用小波滤波等方式进行处理，数据处理后可以得到伤损漏磁场强度变化曲线，经过对比分析后发现与理论计算得到的磁场强度曲线图基本一致。

关键词：漏磁检测铁轨 FPGA 磁偶极子 sopc技术

基于sopc的温差电池在线监测系统的设计与实现

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基于SoPC的温差电池在线监测系统的设计与实现

作者：曾维军上海师范大学

学位级别：硕士

随着能源消耗量的急剧増加,温差电池的研究越来越受到重视。而在温差电池的研发过程中,科研人员需要长期对温差电池的冷热源温度及其电池产生的开路电压不同季节,不同环境,不同时段进行实时监控以及数据记录。为了减小研究代价提高科研... 详细信息

随着能源消耗量的急剧増加,温差电池的研究越来越受到重视。而在温差电池的研发过程中,科研人员需要长期对温差电池的冷热源温度及其电池产生的开路电压不同季节,不同环境,不同时段进行实时监控以及数据记录。为了减小研究代价提高科研效率,功能完备的电池在线监测系统显得十分必要。根据需求,本文设计了一套多种通信方式融合、高精度,高灵活性的温差电池在线监测系统。系统由采样模块,滤波模块、通信模块和相关软件组成。在设计过程中,充分的考虑到温差电池在线监测系统的智能化发展方向、远程集中管理和在线维护的发展趋势。设计系统时重点研究了以下方面内容:首先研究了电池的敏感参数,并提出了测量方案。实现了弱电压信号的24bit采样,将FIR滤波器进行参数化设计,系数可以远程通过命令动态调整,提高系统的场景适应能力。在实现FIR的过程中优化了系数处理的方式,降低了系数的精度损失。在sopc通信框架设计上面,本文在FPGA端设计了两个不同的带AHB接口的FIFO挂载在系统总线上,桥接Cortex-M3处理内核与FPGA应用逻辑,提高系统的处理效率与可靠性。在通信机制上,本文将RS485,WIFI以及以太网等多种传输信道进行融合,设计了一套相对完备的命令体系,实现了设备的集中管理和远程在线监测维护。在应用数据传输方面,采用Presence信息作为应用数据的传输,过滤掉大量用户命令信息,减轻了服务器端插件解析的压力,提高数据入库的效率。

关键词： sopc技术高精度ADC 在线监测

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基于sopc的实验转台测控系统设计与实现

基于SOPC的实验转台测控系统设计与实现

作者：赵胜斌哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

测控技术是现代工程实践中必不可少的重要组成部分，转台是用来对惯性元件进行测试和标定的主要设备，测控技术在转台研究的应用也越来越广泛，随着计算机技术的发展，测量与控制器在上个世纪就由模拟控制器逐渐转变为了数字控制器，测... 详细信息

测控技术是现代工程实践中必不可少的重要组成部分，转台是用来对惯性元件进行测试和标定的主要设备，测控技术在转台研究的应用也越来越广泛，随着计算机技术的发展，测量与控制器在上个世纪就由模拟控制器逐渐转变为了数字控制器，测控性能也不断提高。本世纪初诞生的sopc技术实现了在FPGA中嵌入内核处理器，使得FPGA同时具有了可编程逻辑器件和微处理器的功能，这样，用一片FPGA芯片就可以代替原来的微处理器和FPGA两片芯片所实现的功能，降低成本的同时提高了系统的可靠性，为测控技术的发展带来了新的曙光。本文以此为背景，将sopc技术应用到测控领域中，在一片FPGA上实现了常见的测控功能。本文以Altera公司的EP2C8系列FPGA芯片为主控芯片，详细介绍基于sopc系统的开发流程、开发工具以及NiosII处理器的结构、性能和Avalon总线规范。通过测控系统的功能设计，完成了FPGA平台的电路设计，包括电源电路、片外存储器、串口通信、外部AD/DA电路等。论文的主体部分是利用搭建好的硬件系统进行sopc测控系统的开发，主要完成的功能有测频、测角、信号发生、数据采集以及PWM波形的产生以及在转台伺服控制方面的应用。以上各个功能模块的实现充分利用了在FPGA上开发嵌入式系统的优越性，同时采用了自定义IP技术，将可编程逻辑器件和微处理器的优点相结合，完成相应的功能设计。

关键词： sopc技术测控系统 NiosII IP核电机控制

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基于新型组合算法的语音降噪系统

电子科技 2016年第10期29卷 79-82页

作者：周志平佟国香李远征上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

在研究VSLMS和子空间降噪原理的基础上,分析了两种算法的优缺点,提出了一种组合降噪算法,并进行了硬件实现。组合降噪算法试图寻找一个语音信号的分解点,利用子空间算法分离出带噪信号,作为自适应算法的输入,最后由VSLMS算法对带噪信号... 详细信息

在研究VSLMS和子空间降噪原理的基础上,分析了两种算法的优缺点,提出了一种组合降噪算法,并进行了硬件实现。组合降噪算法试图寻找一个语音信号的分解点,利用子空间算法分离出带噪信号,作为自适应算法的输入,最后由VSLMS算法对带噪信号进行增强处理。硬件实现在该组合降噪算法的基础上,利用sopc技术在FPGA芯片中搭建嵌入式语音降噪系统。实验结果表明,该方法能够优于传统降噪算法,使用硬件结构加快了算法的收敛速度。

关键词： VSLMS 子空间组合降噪算法 sopc技术硬件实现

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基于FPGA的图像预处理系统

今日电子 2007年第1期 86-88页

作者：韩娟娟邓文怡娄小平北京机械工业学院

基于FPGA应用sopc技术实现图像预处理,介绍硬件平台、系统工作原理、系统关键模块和片上系统的实现由于获取图像的工具或手段的影响,使获取图像无法完全体现原始图像的全部信息.因此,对图像进行预处理就显得非常重要.预处理的目的是改... 详细信息

基于FPGA应用sopc技术实现图像预处理,介绍硬件平台、系统工作原理、系统关键模块和片上系统的实现由于获取图像的工具或手段的影响,使获取图像无法完全体现原始图像的全部信息.因此,对图像进行预处理就显得非常重要.预处理的目的是改善图像数据,抑制不需要的变形或者增强某些对于后续处理来说比较重要的图像特征.

关键词：预处理系统图像预处理 FPGA sopc技术硬件平台工作原理片上系统应用

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基于sopc实验平台的创新型实验方法研究

微型电脑应用 2009年第1期25卷 28-30,27页

作者：江晋剑安庆师范学院计算机与信息学院

文章介绍了最新的sopc(基于可编程片系统)技术和传统的EDA(电子设计自动化)技术。讨论了传统的EDA技术的试验方法,并介绍了EDA技术的基本设计方法。接下来以一个具体的试验"SPWM电路设计与实现"阐述了怎样在sopc试验平台下实现SPWM电路... 详细信息

文章介绍了最新的sopc(基于可编程片系统)技术和传统的EDA(电子设计自动化)技术。讨论了传统的EDA技术的试验方法,并介绍了EDA技术的基本设计方法。接下来以一个具体的试验"SPWM电路设计与实现"阐述了怎样在sopc试验平台下实现SPWM电路设计。与sopc相比,在传统EDA技术下不能做出这个试验,必须还要加上一个微处理器。最后比较了EDA和sopc技术,说明sopc技术的优势。应用sopc平台开展创新型实验,通过实验使学生了解并掌握电子系统设计的方法,有利于提高学生的综合素质和培养学生的创新精神。

关键词： sopc技术 FPGA EDA 创新型实验

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便携式超声探伤系统设计

微处理机 2015年第5期36卷 92-96页

作者：卢伟雄曾松德李怀胜钟清华华南师范大学物理与电信工程学院广州510006

为克服传统超声探伤系统设计复杂以及电路调试困难等缺点,介绍了一种以Altera公司的Cyclone II FPGA为处理核心的设计方案。利用NIOS II软处理内核构建sopc嵌入式系统,使用IP核技术,结合超声传感器实现探伤系统的软硬件协同设计,灵活高... 详细信息

为克服传统超声探伤系统设计复杂以及电路调试困难等缺点,介绍了一种以Altera公司的Cyclone II FPGA为处理核心的设计方案。利用NIOS II软处理内核构建sopc嵌入式系统,使用IP核技术,结合超声传感器实现探伤系统的软硬件协同设计,灵活高效,有利于缩短设计迭代周期。实验结果表明,该系统能够实现数据实时采集和复杂算法处理,具有体积小、成本低和可靠性高等特点,能够有效分析判断缺陷的位置和特征。

关键词：超声探伤 FPGA处理器 sopc技术 IP核实时采集缺陷分析