基于TEDS技术的智能执行器设计

IEEE 1451.2 标准定义的TEDS技术使智能变送器具有自我描述和自识别能力,是智能变送器实现即插即用的关键;对IEEE 1451.2标准下的智能变送器模型进行了研究,以XC2S50为主控单元设计了智能执行器接口模块,并从硬件和软件两个方面阐述了具体的实现方法; 该模块采用TEDS技术,具备TII接口通信能力;用测试系统对智能执行器接口模块进行测试,测试结果表明:该模块能与测试系统实现无缝连接,能被系统智能识别和控制。      

基于TEDS接口的智能传感网络系统

为了扩展测试系统挂接传感器的数量,使不同类型传感器在配置时实现即插即用,提出了一种基于TEDS接口的智能传感网络系统;此网络系统采用温度传感器和倾角传感器分别对-55～+125 ℃环境温度和-90°～+90°的倾角进行实时测量;通过TEDS(Transducer Electronic Data Sheets)技术实现了传感器的智能化要求;传感器采集到的信号,经过FPGA进行相关的处理,通过RS485总线传输到总的网络适配器,网络适配器的控制单元通过USB接口上传给上位机;实验结果证明,温度测量精度达到0.1 ℃,倾角的测量精度达到0.5°,验证本系统的稳定性和可靠性。     

海洋水环境网络化智能监测系统的建模设计研究

针对海洋渔业养殖水环境健康监测的多参数检测与快速设计的需求,基于IEEE 1451标准框架,开展混合标准模式下的网络化智能传感系统的建模设计研究;论文从监测系统的静态功能分析出发,建立多参数监测系统模型架构图,然后利用监测系统传感器用例模型图,通过TEDS的合理配置,完成不同传感器的初始化、参数配置和传感信息校正,实现传感器的即插即用,可为传感器接入、维护带来很大便利;通过海洋渔业水环境监测系统的构建,验证了该监测系统建模设计方法的有效性和必要性,可减少35%的研发设计时间。     

基于FPGA的G.SHDSL接口设计与实现

为提高G.SHDSL接口灵活性,降低接口实现和维护成本,通过分析研究ITU-T G.991.2 G.SHDSL推荐标准,结合FPGA强大的数字处理能力和可重配置能力,搭建了以FPGA和AFE1230模拟前端芯片为核心的硬件平台,并通过Xilinx ISE14.6开发套件在FPGA上进行软件编程,设计实现了基于FPGA的G.SHDSL接口。仿真实验结果表明,该接口功能实现正常,工作稳定,并允许用户通过修改程序代码和系统输入来实现对接口的动态配置和维护更新,有效地解决了传统G.SHDSL接口灵活性差和维护成本高的问题,并为其它信号接口系统的设计实现提供了有益的参考。     

CMOS传感器感光范围测定系统及其可编程接口的实现

介绍了一种实用的CMOS传感器感光范围测定系统。利用积分球作标准光源,并用逻辑分析仪作数字输出信号的分析统计,测出CMOS传感器光照度接收曲线。在此基础上提出了一种基于可编程接口(FPGA)芯片控制的CMOS传感器自动调光技术。利用FPGA控制CMOS传感器的电子快门,以此来控制其光照度,达到自动调光的目的。由于FPGA是在线可编程器件,具有电路简单,实时性好,适应性强等特点,并能与后期的图像处理有机结合,所以简化了整个系统的设计。     

嵌入式Linux设备的高精度IEEE 1588时钟同步实现

IEEE 1588时钟同步协议用于解决分布式网络测控系统中远距离仪器设备之间的同步问题;在分析IEEE 1588时钟同步实现原理的基础上,提出一种嵌入式Linux设备的高精度IEEE 1588时钟同步实现方案;采用专用PHY芯片DP83640在物理层为PTP报文加盖硬件时间戳,设计网络设备驱动与PTP硬件时钟控制驱动,并在用户层利用Linux系统标准API实现IEEE 1588协议软件;实验结果表明,两台设备直接相连时,时钟同步精度可稳定在±100 ns以内。     

基于NIOS II处理器的USB双向数据传输系统

介绍了一种双向数据传输系统设计方案和实现方法,采用USB2.0接口芯片CY7C68013A与FPGA相结合构建硬件系统,FPGA内嵌NIOS II软核处理器负责数据处理;系统通过USB接口向上传输数据到上位机,结合基于VC++开发的数据传输控制软件平台,发送控制命令及数据到硬件系统端,从而实现USB接口的双向数据传输功能;详细描述了系统的硬件电路设计和软件实现过程,实验证明该系统具有高速、便携、通用性强的特点,系统数据最高传输速度达到33 MB/s,且工作稳定可靠。     

多核DSP高速实时信号处理系统设计

介绍了基于TI公司多核定点DSP(TMS320C6474)的高速实时数字信号处理系统。系统利用FPGA作为控制单元和转接芯片,通过SRIO接口作为DSP芯片的数据输入输出接口,具有信号处理能力超高、输入输出接口简洁、以及存储能力较大的优点。在软件实现中,利用了乒乓数据吞吐,静态内存分配技术和三核软件同步机制,通过优化算法,高效地实现了三核DSP实时信号处理,计算效率达到了设计要求。在项目图像信号实时处理中得到了成功应用,取得了良好的效果。     

基于FPGA的大容量数据高速采集系统的设计

介绍了一种基于DDR2 SDRAM与USB 2.0接口的大容量数据高速采集系统,该系统以FPGA为控制核心;利用FPGA的内部模块化的编程、DDR2 SDRAM的大容量存储以及USB 2.0接口的高速传输能力实现了数据的高速采集、大容量存储和传输;该系统支持热插拨和即插即用,使用方便;实验结果表明该系统可以实时高速的进行数据采集、存储和传输,最高传输速率可达20 MByte/s;在信号的高速采集领域有着很高的应用价值。     

人体外骨骼控制器硬件设计

为了适应外骨骼机器人的发展需求,设计了一款可以实现外骨骼控制的控制器,该控制器采用以PowerPC芯片为核心,FPGA芯片为辅的硬件设计,文中详细说明了各个模块的设计思想及外围接口电路的设计,由于PowerPC芯片较高的内部集成了多种功能,以及在平台中加入了以FPGA来集中控制各个接口,因此可以实现多个传感器接口信号采集和控制,并使用实时操作系统对各个传感器信号处理和控制。该控制器具有运算速度快,扩展方便,可靠性较高的特点。     

阻性电子负载卡的设计及其在航空测试中的应用

阐述了采用PCI接口芯片和FPGA技术研制阻性电子负载卡的方法,重点分析了基于FPGA芯片控制逻辑的实现方法,总结了使用接口芯片开发PCI总线板卡的关键要点和开发驱动软件的步骤;通过在航空测试系统中的实际应用,验证了该PCI阻性电子负载卡的设计能够达到航空修理领域对电阻模拟的实时响应性、准确性的需求。     

基于PCIE接口的光电图像采集系统设计与实现

在光电系统中,为了获得更高质量的光电图像,需增加传感器数量、提高传感器分辨率等,这使得光电图像采集系统采集的数据量剧增。为满足对大量光电图像数据的高速采集及实时显示,提出一种基于PCIE接口的光电图像采集系统,该系统以FPGA作为控制核心,利用专用桥接芯片PEX8311实现PCIE协议,采用模块化设计思想,并预留丰富拓展接口。测试结果表明,单通道采集实时光电图像数据与主机通讯实际速率达到170 MB/s,超出PCI理论带宽132MB/s约30%,能解决传统基于PCI接口的系统数据传输带宽不足等问题。     

兰州重离子加速器控制系统DSP组件设计

针对重离子加速器部分电源的控制要求,进行了分析研究,提出并实现了一种实时、高效、多功能的控制系统。该系统基于数字信号处理器（DSP）和两片现场可编程门阵列（FPGA）芯片相结合的核心处理构架,在系统后端利用PXI总线接口配合FPGA来与工控机箱中的系统控制器和其他控制组件进行大批量数据交互;系统前端利用直接数字频率合成器、模数转换器和数模转换器等器件结合DSP和FPGA中的控制算法及相应控制机制来实现对不同电源控制参数的处理和功率的输出;平台中两组光纤模块也与FPGA相配合实现对同步触发事例等实时数据的收发和调试。     

嵌入式数字视频实时采集技术研究

激光通信的视频采集需要嵌入式标准化接口的实时数字采集,采取FPGA+SAA7111A的架构来实现系统的实时化、小型化、标准化和模块化。FPGA作为控制器,经I2C总线对视频解码芯片SAA7111A进行初始化。设计了两个读写互斥的存贮单元,分别用来存贮所采集的奇场和偶场数据,并专门设计了一个用于和图像处理单元通信的标准握手接口;为减小传送数据流量,对采集后的图像进行了提取和预处理。通过反复试验仿真,基于FPGA的整个图像采集方案可行,能够在图像采集处理系统中得以应用。     

HD-SDI视频嵌入式图像采集系统设计

为了满足光电测量系统中以HD-SDI接口的数字相机的视频图像处理需求,提出了基于HD-SDI接口的嵌入式图像采集系统解决方案;应用FPGA与TI公司的解码芯片将HD-SDI数字视频的串行数据转换成为并行的图像数据以满足DSP等处理器输入需要;利用FPGA外部扩展一定容量的存储单元来缓冲和重组图像数据,并以特定顺序发送给DSP;图像数据通过DSP的EMIF接口以DMA方式存入DSP内存,从而实现对HD-SDI视频的图像数据采集;系统集成HD-SDI数据链路均衡、解码以及数据采集功能,为DSP的后续图像处理提供了可以无缝连接的数据源。     

远程控制高时间分辨多通道脉冲发生器设计

基于FPGA为四分幅相机研制了高时间分辨的多通道脉冲发生器;该系统具有4个独立的输出信号,配合高压快门电路实现对分幅相机4个通道曝光时间和延迟的控制;采用FPGA内部计数方法实现各个通道输出脉冲的宽度和延时的精确调节,同时采用光纤通信的方式实现远程控制,并利用高速高压输出驱动接口提高了系统的输出能力;研制的同步脉冲发生器最小时间分辨可达4 ns、输出幅度可达7.5 V、传输距离大于10 km。     

高速多光谱 TDI CCD 成像电路系统

为实现多光谱TDI CCD的高速高信噪比成像,利用可空间应用的多光谱TDI CCD传感器研制出了高性能成像电路系统。该系统以现场可编程门阵列（ FPGA）为核心逻辑单元,带有RS422外围通信控制接口,并采用CAMERALINK接口输出图像数据。系统具有动态推扫成像的能力,可同时输出全色和彩色两种模式的图像数据。利用灰度条纹的靶标对传感器的3个多光谱（ R、G、B）感光区标定白平衡,利用彩色条纹的靶标对系统进行成像测试,在驱动频率为15 MHz的情况下,系统单片CCD输出的图像数据率达到1.2 Gbps。试验结果表明,获取全色图像的信噪比达到了53.56 dB,各多光谱图像的信噪比较高的也在40 dB以上,满足空间对地高分辨多光谱遥感成像的技术指标要求,对高速空间多光谱遥感相机的研制具有借鉴意义。     

IIC总线和LVDS在高速数据传输接口电路中的应用研究

当前在高速数据系统中,LVDS接口已被广泛应用,为实现同系列设备之间的智能识别、自动握手以及LVDS高速数据链路通信质量的检测,利用FPGA的IO电路结构,设计一种模拟IIC总线协议电路,该IIC总线高效地实现设备之间的信息双向传递;同时利用FPGA内部丰富寄存器资源设计PRBS码型电路来检测LVDS接口芯片电路误码率。实际测试表明该多通道LVDS传输方式在2米长电缆连接能够实现数据的稳定、低误码率传输,并且在时钟频率为100MHz时,数据传输速率高达4.68Gb/s。     

基于二维细分技术的时栅信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性能及测量精度,提出了一种基于FPGA和二维细分技术的时栅位移传感器信号处理系统。利用二维细分技术对插补脉冲进行倍频处理,降低了对插补脉冲频率的要求,通过倍频后的高频脉冲插补时栅感应信号和参考信号之间的相位差完成了时栅角位移的测量,提高测量精度。该系统在FPGA内基于NiosII软核完成数据的采集和处理,简化了系统,并加入自定义指令提高了数据处理效率。实验表明,采用该系统后,时栅位移传感器在960MHz插补脉冲下测量误差峰峰值为±1.3″,实现了时栅的高精度角位移测量。     

基于PCIe高速总线的飞秒激光测距信号采集系统设计

设计并实现了一种基于PCIe高速总线接口的飞秒激光测距回波信号采集系统。该系统以FPGA为控制核心,集成了数据高速采集、数据高速存储和PCIe高速DMA传输控制。设计了PCIe接口传输驱动和上位机程序。通过系统测试,验证了该系统性能稳定、功能完备。将飞秒激光测距中的多种设备集成在一块FPGA板卡中,提升了系统的集成化。