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基于FPGA的嵌入式通用轴角测角平台系统的研究

作　者: 白诚
导　师: 陈光达
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 测角系统 嵌入式系统 现场可编程逻辑门阵列 System Generator 协同仿真
分类号: TH712
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 275次
引　用: 1次
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内容摘要


本文在对通用轴角测角平台系统的研究中,结合系统对数据处理速度及测量精度的要求高,同时系统控制也较复杂的特点,对可编程片上系统(SOPC)进行了研究。应用嵌入式处理器软核代替通用的处理器芯片,通过编程实现硬件算法替代了专用的Resolver-to-Digital解调芯片,二者结合,在Xilinx FPGA芯片内设计实现了一种嵌入式系统。文章在轴角信号的解调算法研究中,结合数字信号处理理论,提出了三角变换配合低通滤波器的轴角解调测量方法。与传统的方法相比该方法具有精度高、转换速度快、成本低、实用性好等特点。在FPGA硬件系统的设计开发中,运用了Xilinx公司最新的FPGA系统级开发工具包System Generator。该方法可直接将MATLAB/Simulink中设计的理论模型转换为可实现的硬件描述语言VHDL代码,具有操作简单,设计灵活,效率高等优点,所得设计也具有运算速度快,实时性能好的特点。在FPGA系统仿真中,采用软硬件协同仿真的方法,引入了新的仿真工具Link for Modelsim,打破了软硬件间的屏障,大大加快了系统的功能验证。实验结果表明:该验证方法具有结果直观,操作简单,效率高等优点。同时,由于仿真的期望结果也通过测试程序来计算,大大降低了仿真工作量。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 研究背景和课题来源  8-9
  1.2 轴角测角的研究现状及发展趋势  9-10
  1.3 测角系统设计要求  10
  1.4 课题研究的主要工作及论文的主要内容  10-12
第二章 相关理论及开发工具  12-21
  2.1 轴角测量原理  12-15
  2.2 嵌入式系统概述  15
  2.3 基于FPGA的嵌入式系统开发工具  15-17
    2.3.1 EDK概述  16
    2.3.2 ISE概述  16-17
  2.4 可编程逻辑器件Spartan-3 FPGA的结构及特点  17-18
  2.5 可编程逻辑器件的开发流程  18-20
  2.6 本章小结  20-21
第三章 轴角解调算法研究  21-28
  3.1 基于数字信号处理的轴角解调算法  21-23
  3.2 误差分析  23-27
    3.2.1 两路相位不同  23-24
    3.2.2 sin θ和cos θ的不正交性  24-25
    3.2.3 幅度不相等  25-27
  3.3 本章小结  27-28
第四章 硬件系统设计  28-42
  4.1 系统结构与功能  28-29
  4.2 LPF低通滤波器模块的设计  29-35
    4.2.1 IIR数字滤波器的原理  29-30
    4.2.2 IIR数字滤波器的设计  30-31
    4.2.3 IIR数字滤波器的VHDL语言实现  31-33
    4.2.4 运用现代DSP技术实现IIR数字滤波器  33-35
  4.3 运用现代DSP技术实现角度解调处理模块  35-36
  4.4 其它重要功能模块的设计实现  36-41
    4.4.1 信号预处理电路的设计  36-38
    4.4.2 Spartan-3 芯片配置下载电路的设计  38-40
    4.4.3 系统电源电路模块的设计  40-41
  4.5 本章小结  41-42
第五章 SOPC嵌入式开发设计  42-57
  5.1 MicroBlaze软核简介  42-45
    5.1.1 MicroBlaze的体系结构  42-44
    5.1.2 CoreConnect技术  44-45
  5.2 嵌入式SOPC系统开发  45-48
  5.3 基于MicroBlaze软核的嵌入式测角平台系统的设计  48-55
    5.3.1 系统功能与资源需求  48-49
    5.3.2 嵌入式系统结构设计  49-50
    5.3.3 嵌入式系统硬件设计  50-53
    5.3.4 系统软件设计及软件实现角度编码处理模块  53-54
    5.3.5 中断程序开发  54-55
    5.3.6 软/硬件组合及下载  55
    5.3.7 嵌入式系统调试验证  55
  5.4 本章小结  55-57
第六章 轴角测角系统的FPGA协同仿真技术  57-64
  6.1 协同仿真概述  57-58
    6.1.1 应用背景  57
    6.1.2 具有协同仿真功能的仿真软件  57-58
  6.2 FPGA设计的传统仿真调试方法  58-59
  6.3 FPGA协同仿真技术  59-60
  6.4 采用Link for Modelsim进行软硬件协同仿真  60-62
    6.4.1 对IIR滤波器模块进行协同仿真  60-61
    6.4.2 对角度解调模块进行协同仿真  61-62
  6.5 提高仿真效率  62
  6.6 本章小结  62-64
结论与展望  64-66
附录  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
研究成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 计量仪器 > 角度计量仪器
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