开放式电阻抗成像中数字相敏检波器设计

开放式电阻抗成像技术对测量系统的精度要求很高,为此研制了基于FPGA的数字相敏检波器(DPSD)以用于电阻抗成像的数据测量。通过分析DPSD的信号采集与计算原理,给出了关键参数的计算,基于DDS技术的ADC时钟设计方法。同时设计了高速多通道ADC转换电路,低抖动性能的ADC时钟电路、FPGA实现实时数字相敏检波的计算方法,提高了系统的信噪比。经实验测试表明,在1KHz~1MHz正弦信号注入频率的条件下,系统的信噪比最高可达104dB,精度高,稳定度好。     

基于FPGA的机载PWM信号转换器仿真与实现

无人机系统常采用脉冲宽度调制信号(PWM)控制舵机执行机构,在进行飞行控制系统闭环半物理仿真中,需要实时采集舵机控制信号作为无人机模型的控制输入,进而构成闭环仿真.提出并实现了一种以FPGA为核心的PWM信号转换器的设计,给出了PWM信号转换器各部分模块的详细设计,并用Verilog在FPGA中实现了其全部功能.在对FPGA设计的PWM信号转换器模块功能仿真和时序仿真正确后,下载到Altera开发板中进行验证.测试结果表明,利用FPGA设计的PWM信号转换器模块具有测量精度高、简单高效的特点,满足了实时仿真的要求.     

基于FPGA的高精度电磁信号采集系统设计

为了满足瞬变电磁探测中晚期电磁信号采集的要求,选择高性能24位模数转换器AD7762,以FPGA为控制核心实现信号的高精度采集,结合USB2.0接口芯片CY7C68013-A,将采集的数据高速传输至上位机,上位机采用LabVIEW作为开发平台,完成数据显示和分析功能。实验结果表明,基于FPGA的电磁信号采集系统具有良好的性能指标和扩展性,测量准确,能够满足电磁探测数据采集的要求。     

FPGA在高速实时信号采集系统中的应用

高速实时信号采集系统是由高性能ADC、FPGA和QDRⅡSRAM等组成。其中高性能ADC实现模数转换,FPGA与QDRⅡSRAM实现ADC信号的接收、数据重组、存储和传输。重点讲述了FPGA如何接收采样率为2 GS/s的高速ADC数据并保持一定的时序裕量,并通过分析FPGA中资源占用情况可以看到FPGA在高速实时信号采集系统中具有很大的优势。     

单脉冲动态测量雷达数字信号处理机的设计

设计了一个在单脉冲雷达动态测量系统中使用的数字信号处理机,处理机需要完成对回波信号的数字采样、动态目标检测、目标信息提取和接收机自动自适应增益控制等功能。根据系统的功能特点,在进行充分理论分析的基础上,采用多通道ADC进行高速信号采集;通过FPGA加DSP的结构进行信号处理,实现雷达系统的各种算法,提高了对目标的测量精度和数据的处理实时性。并且该系统具有体积小、功耗低、可靠性高的特点。     

数字锁相放大器在大气透射仪中的应用研究

为了提高大气透射仪的测量动态范围、测量精度及稳定性,用FPGA设计了双相数字锁相放大器,并结合低噪声运算放大器、低误差可编程增益放大器、高精度模数转换器,实现了大动态范围、高精度、超稳定的信号采集模块。测试表明该设计满足了大气透射仪在气象能见度小于50 m时μV级别信号的探测能力以及高气象能见度时精确、稳定测量的要求。     

塑料齿轮传动误差试验机数据采集系统设计

塑料齿轮传动误差试验机是一种新型齿轮测量仪器,针对塑料齿轮传动误差试验机对数据采集系统高速度、多种类、并行采集的技术要求,设计了一款基于Zynq7000的数据采集系统。通过Zynq7000的PL部分实现多路光栅信号的同步采集,设计状态机驱动一个16位精度的ADC芯片ADS8584S采集模拟信号,把采集到的结果写入FIFO中,通过AXI和DMA控制器把数据存储到DDR3中,利用LWIP协议栈实现了数据采集系统和上位机之间以太网通信。经初步验证,该系统可以实现光栅信号和模拟信号采集、电机控制和频率测量等功能,光栅信号采集频率可以达到10 MHz,模信号采集精度可以达到0.06%。系统能够满足试验机数据采集要求,也可以用于其他仪器光栅信号高速采集,采用网络通信,为以后仪器智能测量、远程测量奠定了基础,具有很好的应用前景。     

基于FPGA的压电陀螺数字化检测电路设计

针对压电微固体模态陀螺的信号采集与算法要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的兼具高精度高采样频率的陀螺数字检测系统.介绍了该系统的原理与实现方法.FPGA主控芯片选择XC6SLX25,ADC选择AD7960芯片(18 bit,5MSPS).经试验验证,制作的样机可以同时采集三路输出信号,并实时处理传给上位机显示.测得陀螺共振频率稳定在349.89 kHz,上下波动范围8Hz,参考端输出电压峰峰值的均方差为0.004 V.检测系统稳定,具有较高精度.研究的数字化检测电路能很好地应用于MEMS微陀螺检测信号的处理,提高MEMS微陀螺的稳定性和抗干扰性.     

基于FPGA的高清视频采集与显示系统设计

介绍了一种基于FPGA的视频采集与显示系统的设计.系统以FPGA为核心,配合高分辨率CCD图像传感器、ADC模数转换、视频编码器等,实现了高清视频实时采集与显示.详细阐述了色彩插值与色彩空间转换算法和BURST传输的FPGA硬件实现.测试表明,该系统运行良好,能够满足高清视频实时监控要求.     

基于FPGA的TDLAS气体测量系统

提出了基于FPGA的气体检测系统,实现了TDLAS气体测量系统小型化、数字化.利用FPGA并行计算、易于实现DDS信号发生和正交数字锁相等特点,可以满足TDLAS测量过程中的高频信号发生、谐波信号的提取等计算,从而采用正交数字锁相方法及拟合法实现气体的测量.将激光器、温度控制模块、电流驱动模块、信号发生器、光电探测器、带通滤波器、ADC采样集成在同一块印制电路板上,实现系统的小型化和集成化.最后,通过在空气中对氧气浓度进行长时监测,验证了本系统的稳定性.     

基于FPGA的Σ-△型模数转换器的仿真研究

研究Sigma-Delta(Σ-△)模型模数转换器(ADC)优化设计问题,提出了一种利用现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现高精度AD转换的解决方法,利用FPGA自带的低压差分电压信号接口(LVDS),并配合芯片外围少量的阻容器件与片内的过采样数字滤波器设计可以实现二阶Σ-△型ADC的性能指标.通过在Matlab/Simulink环境中进行仿真,输出信号的信噪失真比(SNDR)达到-86.6dB,有效位数(ENOB)达到14位,并经EDA工具仿真验证了该方法的可实现性,证明提出的方法具有设计简单,实现方便灵活,集成度高等优点.     

一种用于井下电源质量监测的EMI采集与处理电路

随钻测井仪器工作于高温、高压等恶劣环境下,对电源质量进行监测可避免电子系统因供电问题而死机。由于钻铤内部空间狭窄且传输带宽有限,使得测量电流电压的传统方法并不适用。根据电磁干扰(EMI)信号的设备独立性和导体传播等特点,设计了一种电源线上的EMI信号在线采集与处理电路,适用于井下电源质量监测。该电路设计了低通、放大、抗混叠滤波等完整信号调理链路,并研制了高速模数转换模块,使用FPGA+STM32的运算架构将EMI信号实时转换为频谱。在FPGA中实现了模数转换器(ADC)的时序控制和可变静态存储控制器(FSMC)总线驱动,使得系统能够自主配置ADC的采样率和采样数目,采样率可达40 MHz。实验结果表明本电路具有良好的信号调理性能,通频带纹波低于0.1 dB,能够可靠地完成随钻测井仪器电源线上EMI信号的频谱采集。     

一种改进式TAC的高精度时间间隔测量系统的实现

设计了一种基于改进式时间-幅度转换器(Time-Amplitude Converter, TAC)的高精度时间间隔测量系统。该系统采用集成运放设计TAC中的电流可控的恒流源,并对TAC内部的积分控制部分加入宽带直流放大电路,来提高时间间隔测量的精确度;采用高精度的模数转换器采样TAC的输出,实现高精度时间间隔测量中的模拟到数字的转换;采用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)完成系统软件设计,实现对TAC的控制。通过变换TAC的采样电阻的阻值,使恒流源输出不同的电流对电容进行充电,从而使TAC的输出电压满足高精度模数转换器(Analog-Digital Converter,ADC)采集电压的要求。实验表明,在测量时间范围为1us,800ns,400ns,200ns时,该系统的时间间隔测量的最小时间精度为400皮秒。     

基于FPGA的双A/D高精度小信号采集系统

设计了一种基于FPGA的双A/D高精度小信号采集系统.该系统包括测试电流通道和保护电流通道.罗氏线圈输出的感应电动势通过共模扼流圈消除共模干扰后分别送入测试电流通道和保护电流通道,保护电流通道经过信号调理网络后直接送入ADC1中进行转换.为了提高测试电流通道的测量精度,调理后的信号经过PGA网络后送入ADC2中进行转换...     

基于双DSP和FPGA的高性能导航计算机设计

本系统由TI公司TMS320C6713和TMS320VC33双DSP作为核心,采用模块化设计方法,双DSP分别实现导航计算及微惯性测量单元(MIMU)信号的高精度数字化;FPGA主要实现输入输出等外围接口扩展、数据缓存、系统通讯及控制、时序控制等功能.导航计算和MIMU信号数字化任务在不同的DSP中完成,有效提高系统精度,更好满足系统实时性要求.实验结果表明:系统实时性较高,精度达到要求,降低了系统功耗和成本.     

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的旋转变压器CORDIC解码算法的研究

针对旋转变压器解码系统测量精度不高、解码周期长、占用FPGA资源多的问题,设计一种改进型流水线结构的旋转变压器CORDIC(座标旋转数字计算法)解码算法.通过分析反正切函数的特征,对旋转变压器的输出信号进行角度变换,对测量角度进行全平面扩展,将CORDIC解码算法中复杂的三角函数运算转化为一系列简单的移位和求和运算.算法以FPGA为硬件载体,采用Verilog HDL语言实现.研究结果证明,改进型的CORDIC解码算法测量精度可达1％,动态响应小于1μs,满足电机转速测量的高精度、低延时需求,对复杂环境下的电机转速研究和应用具有重要的价值.     

基于无线传感器网络的档案库温湿度监控系统

为了实时监控档案库房环境的温湿度参数,确保档案保存质量,系统以单片机STC89C52RC作为微处理器,采用芯片nRF24L01为无线传输模块,采集温湿度信号,设计了一种无线温湿度检测系统.系统硬件电路采用模块化结构,使得系统兼容性、扩展性、稳定性很好.经实验测试表明:系统温度测量精度达0.5℃,湿度测量精度达1％RH,在内无线传输距离达50米.设计的系统符合预期要求,可在博物馆、档案室、图书馆空间狭小不易布线的环境推广应用.     

基于FPGA声学多普勒流速剖面仪的信号处理机设计

针对声学多普勒流速剖面仪的高速信号采集和处理对运算实时性与易升级的需求,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的软硬件协同设计方法。阐述声学多普勒剖面仪的测流原理,选择FPGA作为单一的信号处理器,使用Verilog HDL语言描述易于用硬件实现的模块,如同步采集、低通滤波及复数相关运算等计算量大的模块。采用FPGA内部的MicroBlaze软核作为系统的中央处理器,进行流程控制、分支判断以及调用硬件模块来控制系统回波信号的采集、处理和存储。实验结果表明,FPGA信号处理的实时性满足系统要求,且具有较高的精确性。     

基于ECT系统的信号完整性分析

为了进一步提高电学层析成像(ECT)采集系统的测量精度,分析研究了ECT信号的完整性对测量结果的影响.针对测量电容信号微弱、值在pF级别的特点,设计出一种考虑信号完整性的ECT采集系统,其传感器占空比为81％.利用上述系统来分析信号完整性对测量结果的影响.实验结果表明:当正弦激励信号的峰峰值为18.7V时,采集到的最大信号经过电流/电压(C/V)转换后的电压峰峰值为921 mV,与理论计算结果基本吻合;运用灵敏度矩阵系数算法,在PC上得出了清晰的ECT图像.表明该测量系统满足精度要求.