集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

通过Edge Impulse FOMO在MCU上实现实时物体识别

Jan Jongboom (美), 禾沐(译者)

2023, 23(1): 1-2.

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专题论述

脑机接口的国产ADC芯片模组及其应用

苏高民, 顾明, 袁羽, 朱旺

2023, 23(1): 3-6.

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首先,介绍了脑机接口的基本概念,分析了低功耗高分辨率模/数转换芯片在脑机接口系统中的必要性。然后,讨论了国产ADC芯片BMF21A1的性能,以脑电模拟仪测试验证该芯片可应用于脑电微弱信号的采集。最后,以该芯片构成的ADC模组为例,介绍了眼电检测、专注度及冥想度检测以及稳态视觉诱发电位3种典型的脑机接口应用。

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专题论述

深度卷积神经网络图像超分辨率重建方法研究

陈欣, 王凌, 朱佳佳, 刘子寒, 沈力

2023, 23(1): 7-10.

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基于深度卷积神经网络算法实现网络图像超分辨率重建技术,为满足图像的超分辨率精度检测和构建需求,通过构建图像融合技术来实现图像重建架构,形成以机器人视觉系统数据为主体的控制模块,实现对网络图像超分辨率的图像融合分析的目标,完成深度卷积神经网络图像重建。在深度卷积神经网络图像的构建过程中,注意神经网络输出数据决策方案和图像的自适应预置模块设计,分析深度卷积神经网络的各层节点数,平衡图像分辨率数据深度卷积过程中的信息损失量,提升图像分辨率数据的重建精度。

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专题论述

M6678 DSP的两种备份启动方案设计

李雷, 王正行, 汪智, 陈俊磊

2023, 23(1): 11-14.

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随着搭载DSP的系统多样化,因DSP启动失败导致无法正常工作已成为一个重要问题。为了提高DSP系统的可靠性和可维护性,结合飞腾M6678 DSP硬件特征,根据DSP的启动原理设计了两种备份启动方案。一种基于SPI NOR FLASH及EMIF NOR FLASH结合的方式,通过外部控制器在线切换DSP启动模式,实现DSP从SPI NOR FLASH或EMIF NOR FLASH的程序启动。另一种基于单片SPI NOR FLASH三次引导加载实现备份启动的方式,将UBOOT程序、应用程序和备份应用程序分别存储在SPI NOR FLASH的三段空间,DSP上电后通过RBL程序加载SPI NOR FLASH首段空间中的UBOOT程序,UBOOT运行后,根据外部信号完成不同FLASH地址的应用程序加载。测试结果表明,两种方案均能实现DSP备份启动的功能,提高了系统的可靠性,对比两种方式,单片SPI NOR FLASH方式具有更好的收益。

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专题论述

曼彻斯特编码的微控制器单线仿真器设计^*

张立新, 赵海, 宁尚波

2023, 23(1): 15-18.

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本文为一款带OCDS的8051 MCU设计了一种单线仿真器,采用曼彻斯特编码。该仿真器使用STM32处理器,加上外围电路形成仿真器电路板,然后对STM32进行编程,实现仿真器的软件功能。仿真器负责将主机USB发出的调试命令转换为单线协议,然后发给MCU的OCDS, 进而控制MCU的运行。测试结果表明,该仿真器可以对MCU实现软件代码下载、启动与停止、断点设置、单步执行及存储访问等功能,该单线仿真器对其他形式仿真器也具有一定参考价值。

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专题论述

FPGA除法器IP的兼容性替代设计研究

潘未庄, 段术生, 牟传坤, 常桂林

2023, 23(1): 19-21.

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除法是4种基本算术运算中最复杂的一种,基于IP的可复用方法具有灵活、快速等优点,广泛应用在FPGA设计中。在FPGA中实现除法运算主流方法是采用厂家提供的IP,而在特定的应用中,IP有可能存在硬件木马等安全隐患。通过研究某除法器IP的算法架构、功能等,设计了一个兼容IP的除法模块。仿真结果验证了除法模块在功能、性能、资源占用等方面与除法器IP相当,该方法适合于对软件国产和替代有特殊需求的设计,亦可应用到其他IP的替代设计中。

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技术纵横

远程无线通信技术的信息安全分析

高方景, 姚兰波, 王军燕, 张永奈, 秦浩, 陈渊博

2023, 23(1): 22-25.

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针对传统控制系统中信息安全分析存在的算法模型构建耗时长、效率低下、适用性差等问题,研究远程无线通信技术,采用STM32F103单片机作为主控芯片,实现控制系统的控制、收集和应用,在控制系统中加入AM49587解调器芯片作为远程通信技术的基础,大大提高了监测精度,保障了信息传输的速度与安全性。在算法方面基于信息遗传算法提出控制系统信息的分析模型策略和算法构建,在一定情况下,提高了系统控制信息的安全性,进而制定控制系统的最佳运行方式。仿真试验结果表明,该研究硬件的监测误差最低只有1.42%,大大提高了监控能力。

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技术纵横

STM32的软硬件CRC性能比较研究

宋郸阳, 刘文元

2023, 23(1): 26-29.

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循环冗余校验CRC作为一种高效可靠的差错控制方法,在通信系统中有着广泛的应用。本文以CRC-32为实例,基于STM32H743I系列的一款微控制器设计实验对比了软件实现方法和硬件实现方法的性能差异。对实验结果的分析与总结可以为MCU或SoC的架构师、嵌入式系统软件设计师在评估CRC算法的实现方案时提供参考。

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技术纵横

基于物联网的楼宇物业远程监控终端设计

张韫, 李希喆, 王利军, 苗立宁, 白新红

2023, 23(1): 30-34.

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提出基于物联网的楼宇物业远程监控终端设计方案,根据物业远程监控终端部署物联网环境,对其终端参量及其模块进行有针对性的优化设计,由基于物联网络的多终端数据链路模型、多目标远程监控动态模型设计、物联网络监控远程网关结构设计3部分量化设计构成。通过与3种不同算法终端的仿真数据对比,证明本文设计方法有效、可行,能够解决楼宇物业远程监控终端因信号参量问题导致的控制效率偏低、误差偏大的问题。

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技术纵横

一种多射频多信道的无线传感网络终端设计

李凯如, 焦新泉

2023, 23(1): 35-38.

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随着无线传感网络中节点数量的增加,传统的单路射频通信会出现同频干扰、数据丢失和接收速度慢等问题。为此本文设计了一种基于多射频多信道的无线传感网络终端设备。该设备采用国产微处理器与4路射频连接的分体式架构,对固定信道分配算法进行优化,采用二级星型拓扑结构使得射频同时工作期间不产生干扰,基于频分多址和时分多址相结合的通信协议来解决数据冲突问题。通过对比实验,该终端设备信息处理速率为2 008.5 kb/s,系统的丢包率为0.78％,在信道利用率、数据处理速率和系统稳定性方面优于传统单信道设备。

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技术纵横

面向CPU的实时二值图像连通域标记方法

王正行, 位门, 李雷, 胡楷, 朱鸿泰

2023, 23(1): 39-41.

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传统的面向CPU的连通域标记算法都是以串行执行为基础,优化的方向是如何减少运算量。本文提出了一种新的面向CPU的实时二值图像连通域标记方法。并行计算包含3个层级,分别是指令级并行、函数级并行(软件流水)和多核并行。针对这3个层级,本文提出了3种优化方法:位或操作、循环体分解和数据分块。本方法运算耗时受背景复杂度的影响小,同时可以按行处理,特别适合对串行传输的图像进行连通域标记。

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技术纵横

振动数据采集无线组网监测系统^*

李俊杰, 刘宾

2023, 23(1): 42-46.

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针对工厂设备在工作过程中可能损坏的情况,设计了一套以STM32为主控的振动信号采集系统,并应用ZigBee无线通信模块进行数据传输,实现对设备滚动轴承的实时监测。首先通过加速度传感器获取振动数据,然后经过信号调理和A/D转换后存储,最后通过ZigBee组网无线传输的方式在数据处理终端对数据进行处理分析,实现机器故障监测功能。通过滚动轴承模拟试验台测试,该系统可以实现振动信号的采集;通过对数据以CEEMD与峭度系数分解重构后进行包络分析,提取故障特征频率。该系统可以应用于设备的异常振动监测。

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新器件新技术

基于PTP时钟协议的电梯空载检测装置设计研发^*

陈栋栋, 吴熊杰, 傅军平, 陈向俊, 程慧

2023, 23(1): 47-49.

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随着科技的飞速发展,计算机和现场总线技术迅速发展,通信设备和主控制设备也在不断改进,并且采用最新的现场总线技术。升降机是保证电梯安全、可靠的先决条件,而能够及时、精确地完成升降机控制与各辅机的通信是目前升降机行业亟待解决的重要课题。

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新器件新技术

基于树莓派和ROS系统的智能语音导盲小车^*

雒洁, 王庆坡, 周庭艳, 余新民, 白欣睿, 李乐乐

2023, 23(1): 50-53.

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设计了一种以树莓派为核心,借助ROS系统和阿里云平台,可以通过语音控制的智能小车。该小车利用激光雷达获得外界信息,实现建图和自主避障导航功能。此外,通过阿里云平台创建的智能语音识别项目可以使得盲人通过语音对小车下达指令进行控制。实验结果表明,设计的智能小车可以实现语音控制、自动避障和导航等功能。

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新器件新技术

FPGA的数据链路通信模块与数据传输设计

赵灵豆, 任勇峰, 贾兴中

2023, 23(1): 54-58.

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针对飞行器在发射前需要对传感器进行模拟单元测试来验证各功能的正常工作,设计了一种以FPGA为控制核心,HDLC通信协议与UART通信协议相结合的数据链路通信模块,模块包含2路基于HDLC通信协议的同步RS-422通信接口、2路基于UART通信协议的数据通信接口以及2路无源指令接口。实验结果表明,各通信接口功能均可以实现数字量数据的精准传输。

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新器件新技术

无人驾驶车载雷达信号处理器设计^*

梁瑞

2023, 23(1): 59-62.

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基于FPGA设计了一种无人驾驶车载雷达信号处理器,其原理采用脉冲压缩体制,硬件电路采用FPGA和DSP芯片进行设计,软件可实现时序控制、数据组包、接收指令译码并发送控制指令和DDC等功能。经测试,该雷达信号处理器可实现高速采集和处理1 GB带宽雷达信号,同时性能稳定、性价比高、更新升级便捷。因此,该雷达信号处理器可广泛应用于无人驾驶车载雷达设备中。

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新器件新技术

XC7K325 FPGA芯片的高速率数据卸载方案

杨美刚, 严谨, 龙杰锋

2023, 23(1): 63-66.

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设计了一种基于XC7K325 FPGA芯片的高速率数据卸载方案。使用自定义协议的GTX通道接收数据采集设备上的大容量数据,同时通过自定义流量控制协议支持数据流控。将接收的数据和状态信息通过PCIE接口发送给数据分析系统。相反方向,也可以将数据分析系统的命令及数据传送给数据采集设备。实验结果表明,卸载速率能够达到850 MB以上,具有一定的应用价值。

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应用精选

ZYNQ7020的超声阵列测温系统设计

张凯, 王黎明, 李伟, 时润茁, 李强

2023, 23(1): 67-70.

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设计了一种基于ZYNQ7020的超声阵列测温系统,实现对尾焰温度的实时、精确检测。本设计以基于ZYNQ7020的8通道数据采集卡作为中控系统,搭配A/D芯片、放大滤波电路、功率放大电路完成对原始数据的采集。利用并行化多通道A/D数据采集系统设计了并行化收发时序,在ZYNQ中集成了Linux系统,设计DMA内核驱动程序,将采集到的回波数据上传至上位机。利用信号调制及互相关算法、最小二乘法在上位机进行二维温度场的信息重建并获得相应的温度场图像。经过测试,设计的超声测温系统可以有效获取回波信号并对其进行算法处理,完成对二维温度场的重建。

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应用精选

基于CPLD的线阵CCD三角测距系统设计

倪沛东, 张丕状, 石浩男, 闫佳伟

2023, 23(1): 71-75.

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针对传统CCD线阵传感器进行高精度三角测距时测距范围小,而精度高、测量范围大的激光三角测距设备存在光路复杂、价格高昂等问题,设计了一种远距离、亚毫米级精度、结构尺寸适中的三角测距系统。本系统以XC2C64A-5QFG48C作为主控芯片驱动CCD线阵传感器,利用STM32F103C8T6中的A/D转换模块、DMA通道完成对CCD输出信号的同步采集以及高速传输,同时通过模拟实际测量环境和器件构建数学模型,完成对该测距系统的搭建。最后通过实验进行系统验证,结果表明,系统工作稳定,可做到600 mm到800 mm处的亚毫米级精度距离测量,在保证测量精度的同时扩展了系统的量程,可作为一种距离测量设备。

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应用精选

智慧农机的自动导航辅助驾驶系统设计

刘慧, 刘宾

2023, 23(1): 76-79.

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针对目前农机作业过程中土地利用率低、农机使用效率不高、驾驶员劳动强度过高、机械化损失严重等问题,设计了一种基于Linux和STM8的农机自动导航辅助驾驶系统。系统通过双天线定位定向模块、数据采集模块、控制模块、电机驱动模块、图形化操作界面对农机进行自动控制,从而解放劳动力、提高土地利用率。试验结果表明,本系统在农机作业时能够提供高精度导航,实现自动驾驶,将作业横向误差和交接行误差控制在±2.5 cm左右,有效提高了土地资源利用率、减少了机械化损失。

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应用精选

与MEMS相结合的车联网激光动态测距

王静, 李鹏伟

2023, 23(1): 80-83.

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提出一种脉冲激光测距与MEMS传感器相结合提高车联网混合动力汽车激光测距精度的方法。该方法可减小因混合动力汽车MEMS加速度脉冲上升沿延时带来的干扰误差,减小因脉冲式激光测距系统回波信号幅值变化波动引起的信息传输噪声误差。此外,还提出一种脉冲激光测距与MEMS传感器寄存器配置理论代码,该脉冲激光测距方法能够避免因电子元器件整体负载承受能力有限而带来的固有“动态多阈值”误差,相较已有的“相位型”激光测距减小延时误差的方法,具有精度高、成本低、性能稳定、环保安全等优点。经车联网数据采样试验验证,该激光测距精度高达0.798°,干扰误差仅±0.001,回波信号幅值误差仅15 cm左右,可实现快速、高精度、大范围的“动态”与“静态”激光测距。

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应用精选

卡尔曼滤波与PID的两轮自平衡小车设计

李鑫, 郑铖, 杨星, 巫书红

2023, 23(1): 84-87.

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对两轮自平衡小车进行分析,建立了对应的动力学模型,为后续的系统实现提供原理和方向。控制系统采用STM32F103C8T6作为主控芯片,利用MPU6050作为姿态传感器测量小车姿态角,通过卡尔曼滤波进行数据融合,获取姿态角的最优估计。通过PID控制算法输出合适的PWM波来控制电机的转速,构建双闭环控制来保持小车的平衡性,并且可以使用蓝牙模块连接手机进行遥控。经实验证明,该方法可以使小车具有良好的平衡性,能够有效控制小车的运行。

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应用精选

通用板卡芯片测试系统的设计与应用

王慧敏, 李永红, 岳凤英, 张伦

2023, 23(1): 88-91.

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设计了一种针对通用板卡上共13款芯片的测试系统。在设计过程中,为了节省成本和增强测试器件的灵活性,外部电源由程控直流电源提供,驱动板由自制电路板配合数据采集卡数字量通道代替,对板卡提供电源和各种控制信号,模拟功率由外部功率电阻构成,提供信号监测点,信号采集模块由2块8通道的信号采集盒构成,负责整个试验过程中全部监测信号的采集;上位机负责控制驱动板信号的切换以及监测信号的回读存储,同时对数据进行判读,以得到被测器件的完整状态。经过测试,该系统试验结果正常,被测各器件稳定可用,说明该测试系统功能完善可靠,满足了芯片数据手册的要求和实际工程的需要。

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产业技术

Matter在家庭自动化中的两种无线趋势

德州仪器

2023, 23(1): 92-92.

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产业技术

MPS凭借多路电源模块迎接未来挑战

薛士然

2023, 23(1): 93-96.

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