基于FPGA控制单片机接口的远程监测系统.pdf

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1、2 0 0 8 年第l 期仪表技术与传感器I n s t m m e n tT e c h n i q u e趴dS e n s o r2 0 0 8N o 1基于F P G A 控制单片机接口的远程监测系统于坤林1，陈曾平2(1 长沙航空职业技术学院，湖南长沙4 1 0 1 2 4；2 国防科技大学A T R 国家实验室，湖南长沙4 l 7 3)摘要：介绍了基于F P G A 控制单片机接口实现远程监测系统的设计。该系统采用双c P u 结构，下位机负责采集现场数据，上位机控制和监测下位机，F P G A 作为下位机接口的控制芯片实现现场数据采集、数据液晶显示等工作。通过融船5 总线实现上下

2、位机的远程数据通信。关键词：单片机；F P G A 控制；双机通信；远程监测中图分类号：T P 2 1 2文献标识码：B文章编号：1 0 0 2 1 8 4 1(2 0 0 8)0 1 0 0 6 0 0 3R e m o t eM o n i t o rS y s t e mB a s e do nF P G AC o n t r o I l i n gM C UI n t e r f a c eY uK u n l i n l，c H E Nz e n g p i n f(1 C h a n 缪h aP m f 蕊i o n a lT l l n o l o 舒I I I s t i t

3、I l t eo fA e 啪a u t i c s，C h 锄笋h a4 1 0 1 2 4，Ch i】阻；2 A T RN 棚a lL 曲，N a 廿o n a lu l l i v e 商何0 fD e f e n T e c l l n o l o 留，C h 粕g s I I a，4 1 0 0 7 3，C h i I m)A b s t r a n：n ed e s 咖o fr e m o t em o n i t o rs y s t e mb a s e d c o n t m l l i n gM C Ui n t e 而c e 试t hF P G Aw 鹳i n t r o

4、 d u c e d T w oC P Uw 鹪璐e di nt l I i ss y s t e m T h et e 瑚i n a lC P Uw u 驼df o r1 0 c a ls 砌p l i n gd a t a，a n dt h e1 0 c a lC P Uw 鹪u s e df o rc o n t m l l i n g 肌dm o n i t 0 I i n gm et 咖i n a lC P U 耵I eF P G A 褐t e 珊i n a lc o n t r o l l i n gM c ui n t e r f k ew 鹊u s e df o rs 锄p l

5、 i n g 蚰dd i s p l a y i n gl o c a ld a t ae t c V i a 血i sw a y，i t 咖8 m i t t e dt h ed a t aa n di n s t n l c t i o ni nl o n gd i s t a I I c e R s 4 8 5b u sw 鹪u 8 e d t l I em e m o do fc o m m u I I i c a t i o n K e yw o r d s：M C U；F P G Ac o n t r o l l i n g；t w oC P Uc o m m u n i c a

6、t i o n；肥m o t e 瑚n i t 面n gO 引言随着微电子和通信技术的发展，远程检测和远程控制得到了广泛应用，如大型故障设备的远程诊断，智能家电的远程控制，无人职守设备的状态远程监测等。基于此，设计了远程监测系统。为提高系统的智能性、可靠性和实用性，采用双c P U的方法，即在数据采集的远端采用单片机，本地采用微机控制，远端完成数据的采集及现场状态的显示，本地完成数据的接收、处理及监测，同时采用一片F P G A 作为下位机的液晶显示器及A D 转换器的接口控制。基于芯片的设计大大减少了所用芯片的种类和数量，缩小了体积，降低了功耗，同时利用F P-G A 控制的灵活性很容易对电

7、路实现在线修改，提高了系统的可靠性和整体性能。在本地和远端的通讯中，采用R s 一4 8 5 差分方式接口，使通讯速率和传输距离均加大。l 系统硬件设计系统由主F P G A 控制模块、双c P U 通讯模块等组成，其中双c P U 通讯模块又由主控制部分和数据采集部分组成，系统组成框图如图l 所示。主控制部分由P c 机和2 3 2 4 8 5 转接设备构成，负责轮询各个节点以获取信息。由于P C 机不具备4 8 5接口，所以必须通过2 3 2 4 8 5 转接设备接入4 8 5 总线网络。数据采集部分是一个具有4 8 5 接口的单片机系统，它响应主控机发送来的查询命令，并将被监测设备的状态

8、信息回送给主控机。1 1 工作原理通过相应的传感器将需要监测的现场环境中的物理量分别转换成电信号送到放大和调理电路后变换成O 一5V 的A D收稿日期：2 0 0 r 7 一0 3 一1 2 收修改稿日期：2 0 0 7 一0 9 2 4图l 系统组成框图标准输入信号，A D 转换的结果送到远端的下位机，下位机完成数据的采集、抽样和显示后通过R S 一4 8 5 传送到本地的上位机完成数据的接收、处理。1 2，G A 控制模块A D C 0 8 0 9 与F P G A 接口电路的连接如图2 所示。l舳b 2 一l22 232 342 452 562 672 78k b 2 89e o C1

9、0A D D Al l。岫D B1 2A D D C1 3A L E1 4E N A B L E1 5S r A R T1 6C L O C K围2F P G A 与A D C l 岫眇接口电路图此模块工作在远端的实际现场，A D C 0 8 0 9 是C M O S 集成电路，它有8 路模拟开关，可以直接连接8 个模拟量，实现多路转换功能，A D c 0 8 0 9 的时序和逻辑控制由F P G A 来完成。系统中F P G A 选用x c 2 S 3 0 芯片。A D c 0 8 0 9 的工作时序图如图3 所示，S r r A R T 是转换启动信号，一个正脉冲过后A D 开始转换；A

10、L E 是3 位通道选择地 万方数据第l 期于坤林等：基于F P G A 控制单片机接口的远程监测系统6 l址(A D D c、A D D B、A D D A)信号锁存信号。当模拟量送至某一输入端(如I N O 或I N 一1)等，由3 位地址信号选择，而地址信号由A L E 锁存。E O C 是转换情况状态信号，当启动转换约1 0 0 妒后，E 0 c 产生一个负脉冲，以示转换结束。在E O C 的上升沿后，且输出使能信号E N A B L E 为高电平，则控制打开三态缓冲器，把转换好的8 位数据送至数据总线。至此A D 伪8 0 9 的一次转换结束。L 丛1 1c 雠K 门n 厂 厂；，厂

11、 厂 厂 厂S r|埘A L E地址选通模拟输入E N A B L EE()C数据输出，5 0 9 6，：kj【5 1、5 0 驱琉I 正A D D R E s s：撞1 5 0 一f l iY盯A B L E：JL L、厂_ E b 哗图3A D c D 踟9 的工作时序图采用F P G A 来驱动L C D 字符型液晶显示模块的原理方块图如图4 所示，主要由F P G A 驱动电路和液晶显示模块组成嗍控制器驱动液晶显示模块，实现对字符型液晶显示的驱动功能。系统中采用的点阵字符型L c D 的型号为r C l 6 0 2 A 其优点为功耗低、体积小、重量轻和超薄等。圈4n 乜A 驱动字符型液

12、晶显示模块的原理方块图2 3 远端C P U 与本地C P U 通讯模块在系统中采用双C P U 进行控制，即一个上位机和一个下位机。采用双C P U 方式，系统硬件结构简单，便于智能控制和系统功能的扩充。上位单片机可在当地对数据进行预处理，同时也可完成数据采集系统的自检测和自校验，很大程度上减轻了下位控制机的负担。采用这种控制方式，便于实现异步传输，同时，便于传输的检错和纠错，提高系统的灵活性和可靠性。P c 机与单片机的R S 一4 8 5 通信的原理图如图5 所示，芯片M A X 4 8 5 是R S 一4 8 5 通信的低功率收发器，最大传输速率可达2 5M b i L 8，传输距离为

13、1 2k m M A x 4 8 5 芯片采用+5V 电源供电，总线上可挂接3 2 个收发器。由于主控机是P C 机，它只有标准的R S 一2 3 2 接口，M A)(2 3 2 是R S 一2 3 2 收发器，用于实现1 T L 电平与微机串口的R S 一2 3 2 电平信号之间的转换。采用单+5V 电源供电，数据传输率为1 2 0k b i s 远端C P U 和本地C P U 之间的数据通讯接口都采用了R S 一4 8 5 标准接口，因为它的通讯速率和传输距离远远大于R S 一2 3 2 标准接口。R s 一4 8 5 与A 碣9 c 5 1 单片机的接口电路如图6 所示，采用了光电隔离

14、电路，实现传输信号与单片机的隔离，抑制干扰信号，从而保证其正常工作。8 9 C 6 1M A X 4 8 5M A X 4 8 5M A X 爱1 2R X D_ _R oB BR o_ _ _田T o U rR 洳老D I_ _ _R()I 厅R 五N焉詈P 1 2t饕AAG N D-G N DG N DR EG N D_G N D图5 微机与单片机的R S 一褐5 通信的原理组成图图6I 噶一4 舾与单片机的通讯接口电路3 系统软件设计3 1 通信协议设计对于协议设计而言，最重要的是帧结构的设计，在系统中数据帧的帧结构定义如表1 所示。表lR S 一4 8 5 总线数据帧结构起始地址类型数

15、据长数据校验和结束字节字节字节度字节字节字节字节l 字节l 字节1 字节1 字节l 字节1 字节1 字节除了帧结构定义外，整个系统的通信还需遵循下面的规则：(1)由主控机(P C 机)定时轮询各个节点处的从机，并要求这些从机提交其对应设备的状态信息。(2)由主控机在发送完“A C T I V E”指令后，进入接收状态，同时开启超时控制。如果接收到错误的信息则继续等待。如果在规定的时间内未能接收到从机的返回指令“R E A D Y”，则认为从机不在位，取消这次查询。(3)主控机接收到从机的返回指令“R E A D Y”后，发送“G E r m A T A”指令，进入接收状态，同时开启超时控制。如

16、果接收到错误的信息，则继续等待；如果在规定时间内未能接收到从机的返回信息，则超时计数加l，并且主控机重新发送“G E T-D A T A”指令；如果超时3 次，则返回错误信息，取消这次查询。(4)复位后，将等待主控机发送指令，并根据具体的指令内容做出应答。如果接收到的指令帧错误，则会直接丢弃该帧，不做任何处理。3 2 上位机程序设计上位机发送完指令后，立即转入接收状态，等待远端下位机回送两个字节的数据，如果在规定的时间内未收到数据，或者是收到的数据中两个字节不一致，则说明通讯线路有错误，不能接收该数据，故重新发送1 次指令，如果重发3 次都未成功，则发出出错报警信号，提醒用户检查线路或设备。否

17、则，上位机对收到的有效数据进行处理，将数值大小为O 一2 5 5 之间的数据转换为O 一5V 的电压值，并进行显示。同时还要扫描 万方数据6 2I n s 衄l m e mT e c h n i q u e 蚰ds e n s o rJ a I L2 0 0 8键盘，处理各种功能键，完成用户的功能要求。系统发送状态和接收状态的转换利用r A 8 9 C 5 1 单片机的P 1 O 口来实现。在每次需要发送指令或数据时，就将P 1 O 口置“1”，发送完毕，立即将P 1 O 口置“O”，准备接收。3 3 下位机程序设计下位机程序设计如图7 所示。图7 下位机的软件框架圈3 4 上位机程序设计上位

18、机软件应包括通信接口部分软件、用户界面、数据处理、后台数据库等。3 5n G A 控制程序设计F P G A 控制部分主要完成对A D C 0 8 0 9 芯片及L c D 显示器的控制，控制程序采用V H D L 语言编写。4 结束语系统具有结构简单、设计灵活、实时性强、可靠性高及抗干扰能力较强等特点。作为一种远距离的监测装置，在现场环境中，用户只需加入物理量相应的测量传感器，即可实现相应的远程现场参数监测功能。参考文献：1 王幸之桶9 系列单片机原理与接口技术北京：北京航空航天大学出版社。2 0 0 4 2 黄智伟嗍系统设计与实践北京：电子工业出版出版社，2 0 0 5 作者简介：于坤林，

19、(1 9 7 5 一)硕士研究生，讲师，长沙航空职业技术学院航空装备工程系教师，湖北广水人，研究方向为电路与系统。E m a i l：y k】6 9 9 0 7 0 l t 咖c o m(上接第5 l 页)发动机电涡流测功机非l|；|出水温度排气温度机油温度机油压力排气烟度油耗油门开度基于u s B 接口的单片机采集模块圈3 发动机测试系统框图检测数据经过传感器进入单片机，由单片机通过u s B 接口送入本地P C 机并进行数据处理、分析、显示及远程传输等，其中要用到虚拟仪器的数据处理功能，这可以利用m V I E w 提供的丰富的信号分析与处理节点实现，这些节点都可以在F u m t i o

20、 啮功能模板的s i g r I a lP r o c 髓8 i n g 和M a t I l e m t i 子模板中方便地调出。经过对采集数据处理后，可以实时地显示在虚拟前面板上，前面板如图4 所示。利用l a b V m w 的网络通信功能，通过w e b 发布工具，可以设置采用B S 网络传输模式，将前面板发送到网络上。在远程客户端通过浏览器对前面板信息进行接收，实现可以进行数据处理、分析以及诊断的远程测试系统。4 结束语随着计算机在工业测试领域应用的不断深入和现场功能对测试速度与测试性能要求的不断提高，将u s B 总线接口技术运用到高速数据采集，结合虚拟仪器技术实现测试数据的远程传

21、输，是测试系统发展的趋势。针对发动机参数测试，实现基于u S B 接口的高速数据检测与传输，并通过L a b V I E w 的网络功能实现远程发动机参数的测试，与传统测试方式相比，能够较大程度地降低成本，提高数据传输速度和实时效果，适应更图4 远程发动机测试系统界面多工业测试领域的需要。参考文献：1 董湘，邹国奎基于【丑b V I E w 的远程测控方法研究自动化仪表，2 0 0 6 2 7(1)：6 8 2 P D I u s B D l 2P r D d u c tD a t a【E B o L 2 0 0 r 7 一0 3 一0 2 h t I p：w w w p h i l i p

22、s 咖【3 陈明智，李锋，尚淮u s B 通信协议分析和系统设计自动化与仪器仪表。2 0 0 6(6)：4 3 4 6 4 谢德山，邓中亮嵌入式系统中u s B 主控制器驱动程序的设计微处理机，2 0 0 6(4)：9 l 一9 5【5 L 矗b V I E wA d v c e dP e 山瑚柚c e c 懈m u n i 德d c o I l 雠M a n 加1 N a t i o I l 8 lI n 咖l m n t sC m 删i o n，2 0 0 1 6 u s BF o rM e a 蛐螂n 卸tA n dA u t o m 砒i，N“o n a lh 1 8 t m I 妣n

23、 坞c o r p I 啪6 0 n 2 0 0 4 7 王怀兴，吴柯，刘皓春基于u s B 和L 丑b V I E w 技术的远程发动机测试诊断系统计算机测量与控制。2 0 0 5。3(5)：4 3 4 4 3 6 作者简介：徐耀松(1 9 7 9 一)，讲师，研究方向为智能测控、信息融合。E m a i l：x u y s g 1 2 6 咖 万方数据基于FPGA控制单片机接口的远程监测系统基于FPGA控制单片机接口的远程监测系统作者：于坤林，陈曾平，YU Kun-lin，CHEN Zeng-ping作者单位：于坤林,YU Kun-lin(长沙航空职业技术学院,湖南长沙,410124)，陈

24、曾平,CHEN Zeng-ping(国防科技大学ATR国家实验室,湖南长沙,410073)刊名：仪表技术与传感器英文刊名：INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR年，卷(期)：2008，(1)被引用次数：0次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.王幸之 AT89系列单片机原理与接口技术 20042.黄智伟 FPGA系统设计与实践 2005 相似文献(10条)相似文献(10条)1.学位论文 刘梦亭 基于FPGA控制的步进电机细分驱动系统 2008 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件，具有易于开环控制、无积累误差等优点，在众多领域获得了广泛的应用。

25、为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，出现了步进电机细分驱动技术。在控制策略方面，本文通过分析两相混合式步进电机的工作原来及其电磁模型，介绍了步进电机细分控制，从而提出了基于FPGA控制的PWM细分驱动技术，结合利用单片机来设定电机的转速、转向。由FPGA产生阶梯脉冲形成阶梯形电压信号以控制步进电机每相绕组在各时刻的电压，从而实现步进电机转角的任意细分控制。利用VHDL语言编程实现了步进电机256细分控制器的PWM模块、速度控制模块、数字比较模块等功能。本文在进行多台步进电机细分驱动控制的研究上以XILINX公司的现场可编程门阵列(FPGA)器件XC2S15芯片为设计载体，以硬件描述

26、语言VHDL为开发工具，设计了新的脉冲分配器，利用FPGA芯片内部的ROM存储器存放PWM波形数据，采用查表法，通过在不同地址单元内写入不同的PWM数据，用地址选择来实现不同通电方式下的可变步距细分，从而实现步进电机多重细分驱动控制。利用FPGA器件XC2S15芯片具有多个用户自定义I/O口，解决了单片机I/O口不足的问题，与单片机P89V53RB2结合实现了多台步进电机的细分驱动与调速控制。采用FPGA，该系统无需外接D/A转换器，大大简化了系统的外围硬件电路结构，提高了系统的抗干扰性能，缩短了步进电机驱动器的设计周期。结构简单，控制精度高，具有广泛的应用前景。2.学位论文 赵金城 基于FP

27、GA控制的三相变频电源系统的设计 2010 本课题主要是进行变频电源软硬件系统的设计，采用可编程逻辑器件FPGA做为变频电源的主控芯片。传统的微处理器如51系列单片机，由于指令功能不强，处理速度慢，乘除法指令周期过长，外围电路数据转换速度慢等缺点，使变频电源的性能得不到充分的发挥，难以实现现代工业对变频电源高精度、实时性的要求。本课题中，采用了高速度、高性能的FPGA和高频开关管IGBT，采用了直接数字频率合成技术(DDS)和分段同步控制方式，变频电源的输出波形具有高频率、高精度、畸变小、实时性以及调频范围宽等特点。本课题的硬件主要由逆变主电路系统和FPGA控制电路系统构成，包括FPGA控制电

28、路、三相逆变驱动电路、A/D采样电路、互感器电路、辅助电源电路、调压整流电路、滤波及缓冲电路等。由FPGA控制电路输出六路PWM信号(PWM1-PWM6)来控制逆变器的IGBT通断，通过电流电压互感器对输出进行反馈，再经A/D转换器进行采样，传给FPGA控制电路来调节输出，构成闭环控制系统。反馈信号一方面用于调节输出；另一方面则用于各种保护。本课题的软件设计是编写Verilog HDL代码，利用FPGA的逻辑门、LUT单元、IP核、存储器、时钟(DMC)等资源，生成DDS(调制波)模块、三角波载波模块、三相正弦波与三角波比较模块、删除模块、死区模块、PI调节控制模块、故障(过流/过载、过/欠压

29、等)检测及保护封锁模块、硬件看门狗模块、压频控制模块、A/D控制模块、互感器控制模块、六路PWM脉冲及相关算法电路模块，并将完善键盘和显示控制模块、与上位机串口通信模块。最后，将软硬件系统联合调试，经验证，软件及硬件系统都达到了预期的目标，实现了基本功能，效果较好。本课题把所有的控制电路都集成在FPGA中，减少了PCB面积，提高了系统可靠性、降低了成本。变频电源为用电设备提供了各自所需的电能形式，其广泛应用逆变技术，具有高效灵活、节能环保、节约材料、动态性能好等特点。大力发展变频电源事业，对国家提倡的“低碳经济和清洁能源”战略具有重要意义。关键词：FPGA可编程逻辑，逆变，DDS直接数字频率合

30、成器，SOPC片上可编程系统，正弦脉宽调制3.会议论文 唐颖.阮文海 基于FPGA控制的高速数据采集系统设计 2003 本文介绍了一种用FPGA实现对高速A/D转换芯片的控制电路,讨论了这一控制电路设计思想,提出了更好地解决高速A/D采样与较慢速的单片机数据处理间矛盾的链接方法.4.学位论文 王霞 智能关节式坐标测量机数据采集系统的研制 2006 本课题来源于与加拿大的合作项目“关节式坐标测量机的研制”的硬件电路设计部分。对于三坐标测量机而言，除了主要的机械组成部分外，电路部分也是组成坐标测量机的重要组成部分，用来完成三坐标测量机测头空间位置信息的数据采集的任务，采集的数据交由上位机处理得出测

31、头的空间位置。本文介绍了国外主流关节式坐标测量机的现状，以及本项目研制的关节式坐标测量机的工作原理和组成部分，制定了以FPGA为核心、以单片机控制数据传输的关节式坐标测量机数据采集系统设计方案，提出了课题设计主要需解决好的三部分问题，即PC上人机操作界面的编制，PC与FPGA通信程序编写，和FPGA控制程序的编写。本论文主要介绍了数据采集系统的硬件电路和软件程序设计，其中重点介绍了FPGA的设计开发及硬件编程，和单片机实现的数据传输硬件设计和控制程序的设计；接口方面介绍了FPGA和单片机，以及单片机与上位机的接口设计。本课题设计的硬件电路经过初期的调试，并经与坐标测量机的机械部，分结合，证明此

32、硬件电路能正常运行，并能达到圆光栅数据采集的要求，配合坐标转化软件能实现空间位置的测量。5.期刊论文 柳平.张志.Liu Ping.Zhang Zhi 蓝牙HCI-UART与并口的FPGA控制接口设计-微计算机信息2005,21(4)某应用蓝牙技术的医疗监控系统中,单片机是其数据传输瓶颈.本设计采用FPGA取代了原系统的单片机和8255芯片,使数据传输速率提高了近10倍.文中讨论了设计的一些关键问题.6.学位论文 肖宝光 基于以太网的半导体激光器参数测试控制系统的研究 2004 光通信的飞速发展使半导体激光器的需求量日益增长,随着半导体激光器生产规模的不断扩大,迫切要求能够快速准确地测量半导体

33、激光器的各种基本特性,包括表示激光器电抗特性的电流电压(V-I)曲线、表示电光转化特性的功率电流(P-I)曲线、阈值电流I、输出功率Po对驱动电流I的微分和驱动电压V对驱动电流I的微分等特性曲线,所以提供一套测量这些参数的自动化装置是十分必要的.该课题所设计的半导体激光器参数测试仪,就是一种能够自动测量上述参数的仪器,具有控制精度高、控制温度范围大、使用方便等优点.在设计的半导体激光器参数测试控制系统中,选用日立单片机HD64F7045F28作为数字电路的处理器,控制整个系统的运行,并对采集的数据进行本地处理.设计了数据采集和接口控制模块,通过FPGA控制A/D和D/A,实现了多路数据的采集和

34、收发,节省了单片机的资源,提高了系统的可靠性,使系统的柔性得到了增强.在通过硬件实现TCP/IP协议规范的基础上,设计了半导体激光器参数测试仪的以太网接口电路与计算机进行通信,实现上述参数的远程测量.在设计合理的硬件电路后,编写硬件电路的控制软件和以太网接口通信软件.该系统把以太网接口和半导体激光器参数测试仪结合起来,为半导体激光器测试领域提供了一种通用的检测系统组建方法、完善的测试方法.采用这一系统可以使得数据传送更加快速,测试更加便捷.由于采用了模块化设计方式,若整个系统经过简单改造就可用于其他的数据采集和处理系统,具有一定的通用性.7.会议论文 卫刚 DSP与FPGA控制LCD显示的一种

35、程序设计方法 2005 本文介绍了一种内部无烧写字库的LCD,如何在DSP和FPGA控制下显示字符的程序设计方法.即以DSP对LCD点阵图中亮暗的控制,达到显示线段、字符乃至汉字的方法.该程序在CCS2.0的环境下编写,使用C语言,具有较强的通用性和可读性。8.学位论文 张海容 棉花异性纤维挑拣技术研究 2006 本文研究的重点是异性纤维分拣装置的变频调速系统以及除杂算法的研究和实现。异性纤维分拣装置的变频调速系统，本文采用了较为成熟的脉宽调制技术，以Intel公司生产的十六位单片机80C196MC做为控制核心，实现变频器控制电路的设计。整个控制系统大体上可以分为CPU控制部分、数字信号输入输

36、出处理部分、模拟信号、键盘、显示以及数据存储部分。通过设计可以实现根据采集的原棉图像信号的处理结果，实时调整原棉的输送速度，确保除杂的高效率及实时性。为了使整个装置发挥其最大功效，本文对除杂装置的算法进行了研究，喷头模块算法的主要任务是根据异性纤维像素点的位置，找到对应的喷头。系统共有16个喷头，每行共有2048个像素点。除杂装置的喷阀控制由可编程逻辑芯片FPGA来完成。系统使用FPGA控制喷阀的信号响应延迟及喷阀喷气时间长短，以保证能够及时、准确、彻底的喷走杂质。本文提出的喷头模块算法满足系统精确性和实时性的要求，具有实际价值。9.期刊论文 吴丽娟.祖静.尤文斌.Wu Lijuan.Zu J

37、ing.You Wenbin 基于CMOS图像模组的视频图像存储器的设计-电子测试2009,(12)提出了基于CMOS图像模组的视频图像存储设计,通过单片机配置CMOS模组,实现视频图像的采集,并由FPGA控制实现图像到Flash的存储,以CY7C68013作为数据通信的接口芯片.在需要查看的情况下,FPGA控制Flash并从中读出图像数据,再通过USB与PC(上位机)通信,可将图像数据上传到PC进行存储及显示.该系统硬件结构合理,具有低功耗、大容量等优势,使其在应用范围及前景上更为广泛.10.学位论文 梁华伟 光波导光学相控阵技术的理论和实验研究 2007 论文研究了一种新型的光波导光学相控

38、阵，这种光学相控阵相对目前研究的光学相控阵有很多优点，可提供高分辨率、自由寻址、无惯性的激光扫描，特别是其扫描范围大、扫描速度快、驱动电压低、体积小、加工技术较成熟，可望解决激光扫描成像技术的瓶颈，代表了光学相控阵的一个新的发展方向，在激光扫描成像、激光雷达、激光显示、光开关、激光打印等军、民用领域都将有广阔的应用前景。详细讨论了光波导光学相控阵的理论，通过光栅衍射理论导出了一维和二维规则光波导光学相控阵的辐射光强分布函数，讨论了通过相控单元间距的不规则设置来压缩栅瓣的原理和方法。根据物理光学理论，讨论了光波导阵列的电光效应，研究了电控光束扫描理论；深入研究了光波导光学相控阵的馈电原理，一般馈

39、电方案和2馈电方案，指出2馈电方案有明显的优越性。深入研究了光波导和光波导阵列的传输特性，重点讨论了光波导阵列的耦合特性。首次利用拉普拉斯变换方法求解了光波导阵列的耦合模方程，研究了仅考虑相邻波导耦合和同时考虑相邻波导耦合和次相邻波导耦合的波导阵列耦合特性。通过解析方法得到了非平行直波导和弯曲波导耦合模方程的去耦方程，并利用数值计算的方法研究了非平行直波导和弯曲波导的耦合特性。导出了相应于不等芯层折射率耦合模方程的解析解，深入讨论了不等芯层折射率光波导阵列的耦合特性。首次利用有限差分光束传输法(FD-BPM)系统研究了光波导耦合对光波导光学相控阵传输特性、辐射特性和扫描特性的影响，指出光波导耦

40、合对光波导光学相控阵特性的影响非常大，需要重点考虑。由于有限差分光束传输法不仅考虑了波导(强度)耦合的影响，而且考虑了相位的影响，所以得到的结果比通常采用的光栅衍射理论更好地反映光波导光学相控阵的特性，其对于合理设计波导阵列结构，提高扫描特性具有非常重要的参考价值。根据光束扫描应用的实际需求，研究了光波导阵列结构的设计原则，定量分析了光波导包层尺寸的优化设计，提出了通过优化光波导阵列结构实现光波导光学相控阵扫描光束的边瓣压缩的技术方案，并申请一项发明专利。基于馈电理论和2馈电方案，设计研制了基于单片机和现场可编程门阵列(FPGA)控制系统的两种光波导光学相控阵实验驱动电源。这两种控制电源都采用2馈电方案，都可完成10通道、10V范围的可调电压输出，可实现手动和自动两种方式扫描。其中，基于单片机控制电源的信号变换频率最高为800Hz，基于FPGA控制电源的信号变换频率最高为10MHz。研制了十波导的光波导阵列，建立了光波导光学相控阵的实验系统，进行了光波导阵列和光波导光学相控阵的实验研究，实现了一维可控光束扫描。获得的光束扫描最大偏转角为1 3.6，扫描速度为800Hz，所需的最高驱动电压为8.7V，证实了光波导光学相控阵的原理及可行性。进一步，理论分析了光波导光学相控阵衍射光束现象，并据此对器件研制工艺提出了进一步研究的方向。本文链接：http:/