基于FPGA和ARM的GPS基带处理平台设计

本文研究了基于FPGA和ARM的GPS基带处理平台,详细介绍了C/A码跟踪环路及载波跟踪环路的设计和实现方法。采用Maxim公司的Max2769、Atmel公司的AT91SAM7SE25和Altera公司的EP3C25搭建硬件系统。Max2769完成下变频、采样并输出中频数据;ARM实现控制功能;FPGA完成解调、相关累加功能。实验结果表明基带处理平台可以稳定跟踪GPS信号,16通道情况下,冷启动时间为80秒,系统水平定位误差优于40米。     

基于FPGA的扭矩转角传感器仿真信号发生器

针对EPS控制器试验台设计中接入扭矩转角传感器存在成本高和微处理器无法输出多路同步SENT信号的问题,设计了基于FPGA的仿真信号发生器来模拟真实扭矩转角传感器输出的6路SENT信号。通过硬件电路设计实现模拟电压、PWM和RS232三种方式输入目标扭矩和转角信号。基于FPGA实现系统的信号采集和数据处理。利用FPGA并行架构设计了通用型SENT协议模块实现多路同步信号的输出,该模块支持节拍时间,帧总长度等多项参数配置。最后,采用逻辑分析仪对输出波形多次测量,验证了系统的精度满足设计要求。     

基于FPGA的光电编码器信号采集与处理

介绍了一种16位绝对式矩阵编码器信号采集与处理的设计.为提高编码器信号的处理速度以及系统的可靠性,以现场可编程门阵列(FPGA)代替传统的单片机为控制核心,采用VHDL硬件描述语言进行设计,FPGA实现AD控制,精、粗码处理,以及精粗校正组合等功能,最终输出二进制形式的角位移信息.实践证明,该设计运行稳定,可靠性高,处理时间小于10μs.     

基于以太网的多通道时序控制系统设计与实现

针对光电检测系统对时序控制的多样化需求,设计了基于以太网的多通道时序控制器.采用ARM+FPGA架构设计系统控制核心,提高时序信号精度的同时保证了系统的灵活性.利用可编程控制液晶显示器设计用户界面,使人机交互更加方便快捷.基于LabVIEW开发系统上位机软件,上位机通过串口转以太网模块与下位机通信.实验结果表明:控制器时间精度达到1μs,时序信号运行周期可达24 h,并具有外部触发功能和以太网远程控制功能,可应用于有毒有害等危险环境,具有很高的实用价值.     

用于纳米通道单分子检测的数据采集系统的设计与实现[BT)]

针对纳米通道单分子检测系统的信号特点和对数据采集的采样精度、采样速率及实时性等要求,设计并实现了基于FPGA和USB2.0接口的数据采集系统;该系统以FPGA作为控制核心,包括数据采集模块、电压输出模块和USB接口电路模块;通过USB2.0接口与计算机连接,实现数据的实时采样和参数的在线配置;此外本系统还采取了低噪声设计;经过相关试验表明,该系统引入的噪声在1 mV内,能够稳定进行数据采集,且采集信号与电压输出信号同步传输,证明该系统能够满足纳米通道单分子检测系统对数据采集的要求.     

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。     

多通道混合数据采集系统设计与实现

静爆试验中需要对各测控点上多个前级差分式梳状激光光幕探测器输出的多路模拟数据进行采集,针对前级设备通道数多,时间精度高且数据量大后期难处理的问题;设计了一种具有自治能力的混合数据采集系统,该系统能自动剔除无效数据,将破片过幕时所产生的弹形信号及该弹形信号对应的UTC时刻值组成的混合信号缓冲并传输至上位机。该系统采用FPGA+ARM的架构完成采集缓冲任务,根据上位机配置和阈值自动剔除无效数据,结合GPS驯服温补晶振的手段使本地时钟与UTC时钟保持us级同步,并对采集弹形模拟数据进行UTC时钟打标形成混合数据包,通过USB2.0总线高速模式传至上位机。经实际测试该设计满足静爆试验中对前级探测器输出信号的采集需求,数据量大大减少,UTC时标精度满足后续处理要求并且成本低廉,稳定性高。     

基于FPGA并行技术的多通道被动声呐信号模拟

利用FPGA并行技术,采用软实时的嵌入式处理器与高速硬实时的可编程FPGA模块结合方式实现了128路被动模拟信号的高速实时动态生成;系统由一路信号实时产生出具有不同相位和噪声的128路信号;实时系统将一路信号下发后,FPGA通过并行插值运算产生不同通道间的时延,叠加高斯背景噪声信号后经乒乓缓存输出;系统以192kHz输出采样率每333μs更新缓冲区数据,由此输出节拍控制装订参数与实时计算节拍;系统测试结果表明生成128路的模拟信号可编程FPGA工作时钟只需要12M即可保证连续输出,需要系统开辟的输出乒乓缓冲区大小为32K,可保证系统在最高采样速率下实时计算输出被动辐射噪声信号,满足系统实时性要求.     

FPGA芯片的多路模拟信号源设计

基于国产FPGA芯片FMK50设计了一种多路高精度模拟信号源。设计由FPGA控制14位高精度DAC完成D/A转换,将产生的信号通过高速模拟开关及采样保持电路实现96路输出;采用内部ADC配合上位机设计自检模块对96路输出信号进行回采与标定。测试结果表明,系统在100%国产化的基础上稳定输出可配置的0～5 V电压信号且精度优于0.2%FS,自检模块设计大大提高了系统的输出精度及自动化程度。     

基于ARM与FPGA的气象微波辐射计测控系统设计

针对中小尺度气象预测对微波辐射计的应用需求,提出一种气象微波辐射计数据测量与控制系统。该系统以STM32F4系列的ARM处理器为核心,以Altera Cyclone IV E系列的FPGA为辅助。通过设计系统整体结构、ARM处理器与FPGA芯片的外围电路以及相应的嵌入式软件,实现数据采集、上下位机通信、电压检测等功能。为提高后续的反演精度与时间分辨率,将FPGA与ARM处理器相结合,以同步采集接收机16通道的电压输出。实验结果表明,该系统能够对天线、噪声源状态、恒温开关等进行精确控制,且实时性较好。     

FPGA与ARM的GPMC总线通信接口设计

为满足数据快速、稳定的传输,同时简化硬件设计,增强设计的灵活性,本文提出了一种利用A RM自身带有的GPMC总线作为ARM与FPGA数据传输的接口方案,并详细介绍了GPMC接口原理及FPGA内部GPMC接口时序的实现.首先,FPGA内部要实现ARM处理器的GPMC接口的读写时序,从而完成ARM与FPGA的通信.其次,FPGA完成对高速信号的采集以及存储,当存储到一定量时,FPGA中断ARM处理器进行数据的读取.仿真结果表明,与以往接口相比,该接口能完成高速信号的稳定传输.     

基于ARM和FPGA的高扩展性超声检测模块设计与实现

介绍了一种以ARM和FPGA联合作为中央控制处理单元的4路超声探伤模块。给出了其整体结构方案,阐述了以4路超声模拟信号为一组的多路超声探伤模块硬件扩展的设计思路和实现方案,讨论了FPGA对高速LVDS数据的采集、处理、时序同步功能的实现,ARM与FPGA之间总线接口的实现,ARM嵌入式系统功能以及网络通信功能的实现。实际应用表明,该功能模块能达到预期的设计要求,并能方便地实现硬件扩展。     

基于Zynq的图像角点及边缘检测系统的设计与实现

以Zynq芯片为基础,采用软硬件协同设计的方法设计并实现整个系统。Zynq芯片内部采用ARM+FPGA的异构架构,既具备ARM处理器的灵活性,又拥有FPGA并行处理的能力。本系统的设计充分发挥了Zynq芯片的优势,在软硬件划分上, 通过ARM处理器来实现图像的采集;图像角点及边缘检测用FPGA来完成,即通过硬件加速提升系统的整体性能。ARM处理器与FPGA通过AXI4总线进行数据交互,在Zynq上实现集图像采集、图像特征提取、图像显示为一体的片上系统。最终系统测试结果表明,采用硬件加速实现图像特征提取的相关算法比在ARM处理器软件上实现的算法的速度提高了6～8倍。     

FPGA和USB的双通道数据采集测试系统

提出了一种双通道数据采集测试系统的硬件实现方案。该系统采用FPGA芯片EP1C12Q240C6,SRAM芯片CY7C1061AV33和USB芯片CY7C68013A构成硬件框架,可通过USB总线接收上位机命令并上传采集的数据到PC。本文对该系统的硬件电路和FPGA内部逻辑设计做了详细的介绍。最后经过实际测试,该系统可以有效采集ADC输出信号,验证了设计方案的正确性。     

基于ZYNQ的远程图像采集系统设计

针对传统图像采集系统远程图像传输延时长和数据丢失的缺点,设计了一种基于ZYNQ芯片开发的实时视频采集与图像传输系统;系统具有两个采集通道,模拟视频信号通过BNC(bayonet neill-concelman)信号线接入设备并经过ADC(analog-to-digital converter)完成信号的数字化;利用主控芯片内部的FPGA资源部署并行处理单元完成对数字化图像数据的低时延处理;通过驱动片内AXI(advanced eXtensible interface)总线以DMA(direct memory access)的方式将数据传输至DDR3存储器中;利用芯片内部的双核ARM Cortex-A9处理器高性能,在采集设备上移植嵌入式Linux系统,搭建Gstreamer流媒体应用服务器端,实现整个采集系统复杂任务调度和图像数据远程网络传输;与传统单ARM或DSP处理器的图像采集系统相比,该系统具有FPGA的并行处理能力和高带宽的内部互联总线的优势,提高了图像数据处理速度,降低了图像数据由采集端到存储器的传输延时,提供了稳定远程图像传输功能,经实验测试该系统实现了每秒25帧的视频信号...     

基于CAN总线与以太网的远程测控系统

提出了一种基于飞利浦32位ARM7芯片LPC2292与89C61单片机的CAN-以太网远程测控系统的设计方案,LPC2292芯片作为主节点控制器,外扩10M网卡芯片RTL8019AS,实现CAN-以太网信息的相互转换,工业现场节点控制器则使用89C51单片机,同时外扩键盘显示电路,方便用户现场参数的输入输出,远程监控端采用VB编程,实现了以太网客户端的远程监控;实验表明,该系统结构简单,可靠性高,性能价格比较高,能很好地应用于一些中型/大型的远程监控/数据传输网络.     

基于DSP的UUV目标探测通用系统设计与实现

为实现UUV系统对不同的探测系统外围传感设备信号进行快速处理和控制,利用DSP的数据高速处理能力和FPGA的高速接口数据交互能力,设计了基于高速数字信号处理器(DSP)的UUV目标探测通用处理系统;该系统采用了XC7Z045T芯片扩展TMS320C6678芯片的硬件架构设计,通过配置SPI总线进行编程设计,产生250 MHz、156.25 MHz、100 MHz和50 MHz的时钟分配设计方案,支持2路百兆以太网接口通信和16路RS232串口数据的发送及接收,并可根据实际需求扩展CAN通信以及RS485通信;经实验测试,该系统设计方案可完成百兆以太网到目标探测传感设备的数据传输,实现对不同RS232传感器设备进行地址定义、读写和数据通信操作;结果表明,该系统设计方案达到了对以太网传感设备和不同RS232外围传感器快速处理和控制的目的,实现了基于DSP的UUV目标探测通用系统设计。     

基于双核处理器的机敏结构振动主动控制器设计

针对分布植入式压电机敏结构振动主动控制技术需求,提出一种新型基于嵌入式架构的多通道振动响应控制器;该系统以嵌入式处理器(ARM)和数字信号处理器(DSP)为双处理器核心,ARM处理器上运行实时操作系统μC/OS-II,并提供人机接口单元和通信等功能,DSP处理器主要负责数据采集、算法运算和处理结果输出,整个系统充分结合了ARM处理器强大的中断处理能力和DSP处理器高效快速的数据处理能力;详细阐述系统总体设计思想、系统软硬件设计方案、系统构成与核心部件、功能指标和开发过程,以及实验测试设置与结果验证;设计开发与测试分析表明,该控制器性能良好且功能丰富,能够满足实际研究工作的需要。     

WinCE 下ARM+FPGA 系统

ARM嵌入式单片机和FPGA逻辑电路组成的系统平台是实现仪器仪表便携式、智能化发展的重要方法。系统设计的核心为ARM对FPGA进行管理控制。通过分析ARM的外围总线和与GPIO研究,设计出FPGA通过数据总线交换数据、GPIO完成状态传递的直接连接方式,有效利用了ARM处理器的地址资源,简化了接口电路;通过研究Windows CE系统驱动程序原理和编程,设计了简化的Windows CE对数据总线和GPIO驱动过程,节省了系统资源,完成了ARM+FPG A系统的多通道数据采集系统应用开发。     

一种基于PC机的高速16位并行数据采集接口

介绍了一种在PC机上实现的高速16位并行数据采集接口。该接口由高速光电隔离电路,双端口FIFO存储缓冲器电路及由FPGA芯片构成的计算机接口逻辑与控制电路等组成。该接口电路将终端显示处理系统与前端数据处理系统通过光电耦合器隔离开来,避免了它们之间的相互干扰,较好地解决了16位并行数据高速传输中存在的电磁干扰问题和大数据量实时有效传输问题。采用现场可编码门阵列FPGA芯片,使硬件设计软件化,既实现了复杂逻辑功能设计,又减少了硬件电路规模,提高了系统的可靠性,在雷达、声纳等复杂系统中具有良好的应用价值。