基于FPGA&1553B的星载数据采集系统设计

卫星在轨工作时因尘埃撞击、作动机构动作引起的颤振的高精度准确测量,对实现振动补偿、图像修正,进而提升遥感卫星的对地分辨率具有重要意义。本文基于FPGA和1553B总线的架构,设计了用于在轨卫星颤振测量的数据采集系统,对系统的多路同步采集、存储、传送以及抗辐射可靠性等关键问题进行了详细分析和设计,并通过硬件设计实现及试验验证了系统的功能。测试结果表明所涉及的数据采集系统样机满足星载测试要求。     

卫星推力器模拟器校准技术研究

依据卫星姿轨控半实物仿真系统的技术要求,提出一种用于推力器模拟器的校准装置设计。校准装置采用网口通信模式模拟动力学计算机的喷气指令。校准装置以FPGA和单片机为控制核心,内置信号调理模块、高精度脉冲采集模块,数据解算模块等。该校准装置已经用于卫星姿轨控地面仿真测试的校准过程中,不仅能提升效率和质量,还能替代目前由多个设备组成的校准测试系统。有效降低成本,模拟推力器的全过程在线校准。     

基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法

为提高机载视频编码系统的数据采集及预处理性能,以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台,研究了多模式机载视频采集、颜色空间转换和视频数据传输的高效处理方法.针对机载应用需要实时采集不同模式视频的特点,设计了一种可靠的视频采集策略,通过引入错误自检机制,可以实时监测视频采集的正确性,避免视频数据的错误积累;针对机载视频颜色空间转换预处理中浮点乘法浪费计算资源和增加系统功耗的问题,设计了一种基于高低位分离的截断式查找表乘法器,减少了存储空间和计算位宽,结合流水线处理技术实现了一种高效视频颜色空间转换方法,在保证计算精度和性能的同时,处理功耗最大降低了27%;针对FPGA处理器与系统核心编码处理器(DSP)之间存在大量视频数据的频繁传输特点,结合SRIO(Serial Rapid I/O)链路的传输方式,设计了一种以FPGA为控制核心的数据交互机制,减轻了DSP的处理负担使其专注于视频编码运算,提高系统性能.      

嵌入式红外视频数字录像机的设计与实现

设计并实现了嵌入式红外视频数字录像机.它基于PC/104Plus体系结构,实现了PCI数据传输,在FPGA(Field-Programmable Gate Array)的控制下、使用2个存储单元轮换存储方式硬件化地实现了红外视频采集与数据传输、红外视频播放与数据传输的并行操作.该录像机人机界面友好,文件管理完善.      

小型仿生人工手指触觉感知系统设计

针对目前触觉传感器电路复杂、体积大等问题,设计了一套基于导电液的小型仿生手指感知系统,实现了同时测量温度、三维力、压力等物理信息的功能。系统由单片机数据采集电路、触觉电极阵列电路、温度传感电路和压力传感电路等组成。针对被采集信号的特征,设计了信号调理电路,对信号进行了转换及滤波;设计了FPC接口和板对板接口,将各硬件模块进行了有效的衔接,使得电路结构实现了高度一体化;为了实现数据处理和传感器融合,将由手指传感器测量的触觉感知信息通过USB传输给了上位机,并设计了上位机软件,以显示和存储采集到的数据。实验结果表明,该系统能够实现对温度、压力、三维力数据的快速采集、传输和处理。     

基于DSP和FPGA技术的细胞图像采集系统设计

细胞学研究领域中需要对大量细胞的生长情况进行长期的在线跟踪、记录和分析,针对细胞图像采集和处理中的数据量大、采样频率高、运算复杂等问题,设计了一种新颖的细胞图像采集系统,讨论了DSP(Digital Signal Processor)处理系统和FPGA(Field Programmable Gate Arrays)逻辑控制系统设计中的关键技术问题,以及JPEG图像压缩算法的实现问题.系统主要由视频解码芯片、FPGA以及DSP等组成,具有功能集成、结构简单、编程灵活的特点,能够实现对大量细胞进行长期观测记录的图像采集,以及后期图像数据处理的功能.      

GPS时差数据采集器的研制

介绍一种用于ＧＰＳ定时接收机自动数据采集的专用装置，该装置利用单片机技术实现ＧＰＳ定时接收机的时差有关数据按程序进行采集与存贮。对电路设计和软件设计作了全面说明。     

基于功能建模的含FPGA电路板测试方法研究

由边界扫描和非边界扫描器件组成的非完全边界扫描电路板普遍存在,其故障检测与隔离是板级维修测试的难题。基于边界扫描和数字I/O的测试方法无法完成整板功能测试,提出了一种基于功能建模的含FPGA电路板测试方法。首先在FPGA开发环境中生成VITAL模型,实现其功能建模;然后将配置文件和VITAL格式数据导入LASAR,完成电路板的好板仿真和故障仿真,并生成后处理文件;最后在ATE上调用后处理文件,实现含FPGA电路板的自动测试和故障诊断。该方法无需更改测试系统软硬件,可实现该类电路板的功能测试。     

基于FPGA+单片机的示波器校准仪通信命令传输系统

为了研制国产示波器校准仪,简化模拟电路板设计,实现上位机对模拟电路的控制,设计基于现场可编程门阵列+单片机的示波器校准仪通信命令传输系统。在单片机中实现读写中断、串并转换模块,在FPGA中生成模拟电路芯片需要的所有直流、方波、正弦波的控制信号,利用上位机软件通过RS232串口对系统进行控制并显示结果,采用该架构数字处理系统的示波器校准仪可以输出满足技术指标要求的直流信号、方波信号、正弦波信号、时基信号、快沿脉冲信号,并具有阻抗测量功能。     

齿轮测量中心测头数据采集系统

提出了齿轮测量中心电感测头的新型数据采集系统,包括以集成开关构成的新型相敏检波器和以单片机为核心的数据采集系统,可以应用于各种电感信号的处理,具有较强的通用性。     

无人机大气数据高速检测系统的设计

无人机大气数据(高度、空速)的检测速度关系到飞行控制系统的性能。选定传感器模块后,要从采集前端提高检测系统的速度较困难。基于GM8123芯片建立的数据检测系统,提出了运用串口扩展技术提高数据传输速率,进而实现系统对数据的高速采集和处理。实验证明:本系统对于提高无人机大气数据检测的动态性能,提高测量精度有较高实用价值。     

工业总线标准电容层析成像系统设计

为保证电容层析成像(ECT)系统满足航空航天领域多相流参数测试的要求,开发了一套基于CPCI工业总线标准的ECT系统。采用高性能现场可编程门阵列(FPGA)芯片作为主控芯片,实现信号激励模块、多路复用开关模块、数据处理模块、数据解调和传输模块的集成式设计,将采集信号进行预处理,实现信号的滤波、放大和相敏解调,并通过CPCI工业总线接口把解调后的电容数据传送至系统上位机,完成图像重建。实验测试结果表明:系统采用1 MHz激励信号和8电极传感器的工作模式下,采用10周期的测试信号解调时,图像采集速度可达1 785幅/s,信号的信噪比高于60 d B,成像结果具有良好的空间分辨率。     

内嵌ARM核的FPGA技术在星敏感器中的应用

介绍了内嵌先进精简指令集处理器ARM(Advanced RISC Machine)核的现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arrays)芯片EPXA10的内部结构及特点.基于这种嵌入式技术,进行了互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)星敏感器图像驱动与实时星点定位算法的研究,并给出具体实现,包括用EPXA10的FPGA部分实现了CMOS图像传感器的驱动和对星图的预处理－阈值分割,用EPXA10的ARM部分完成了星图的星点定位算法--改进的4连通域成分贯序算法,基于VC＋＋语言实现了串口通讯程序以及图像显示程序.最后给出了成功驱动CMOS图像传感器得到的清晰图像及星点定位结果,并将基于ARM得到的定位结果与基于PC机(Personal Computer)得到的定位结果进行了比较,结果完全正确.采用内嵌ARM核的FPGA提高了整个系统的处理速度,减小了硬件电路设计的复杂性、体积和功耗.     

三相陀螺电机电压有效值的测量系统设计

为了保证三相陀螺电机能够正常工作,需要对其交流驱动信号的有效值进行检测。分析了非正弦周期信号电压有效值的测量原理,介绍了一种基于C8051F020单片机的三相陀螺电机电压有效值的自动测试系统。该系统包括电压有效值转换电路、单片机控制的数据采集电路、液晶显示单元、报警输出单元等。该系统已经成功应用于三相陀螺电机的驱动信号检测中。     

基于FPGA的直接驱动阀用音圈电机功率驱动器

音圈电机的功率驱动器对控制器运算速度要求较高,传统方法普遍采用模拟控制,但其存在调试不便、特性漂移、不易实现复杂控制算法、无法与数字控制器直接实现接口等固有缺点.介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)的采用全数字式控制的直接驱动阀用音圈电机功率驱动器.利用FPGA通过模块化设计,实现了产生脉宽调制(PWM,Pulse Width Modulation)信号、电流信号采样及其数字滤波、电流闭环控制以及与其它数字控制器的通讯等功能.仿真及实验结果表明:所设计的基于FPGA的音圈电机功率驱动器具有良好的电流跟踪性能,可以满足直接驱动阀系统的控制要求.FPGA的运用,大大简化了系统硬件结构,提高了系统的控制性能,且便于扩展功能以及与其它数字控制器实现接口.     

基于激光测振仪分离装置测量方法研究

针对目前采用的高速摄像测量方法存在误差较大与操作困难问题，提出了一种基于激光测振仪的新型测量方法，可以有效提高分离装置试验测量精度，为后续分离装置机构精确设计奠定基础。     

基于协议变换的图像采集系统设计

介绍了一个基于高速协议变换的实时图像采集系统,该系统实现了从IEEE1394协议到千兆以太网协议的实时变换,将基于IEEE 1394协议的数字相机发出的图像数据转发到以太网上.系统设计使用了SOPC(System On a Programmable Chip)技术,通过Avalon总线将Nios Ⅱ处理器,千兆网MAC核和自定义的1394芯片接口逻辑等IP组件连接在一起形成主要的硬件电路,结合系统软件设计实现了对高速图像数据的实时转发.系统达到了较好的性能,同时具有集成度高,结构简单和扩展性好的特点,展示了利用SOPC技术解决此类问题的优势.     

视觉检测中高速图像采集技术的研究

利用视频输入处理器(SAA7111)和现场可编程门阵列(FPGA),采用全硬件方式和两帧轮换存储方式设计实现了图像采集系统、计算机以及前端硬件处理系统之间的相互接口,使得视觉检测中视觉传感器能够同时进行图像采集和低级图像处理.