解决方案 Case
Case 电气学院
说明: 多媒体数字触屏实验平台是基于Altera公司的DE2-70开发套件和友晶公司MTL 7寸数字触摸屏实现的一套教学实验平台。该平台利用触摸屏的多点触控和高像素显示功能,实现了可触控调节、体验良好的桌面弹球游戏以及基于SD卡读取的电子相框两个综合性实验项目。本平台从Qsys基础实验跑马灯和中断入手,让学习者接触到Altera公司最新的NiosII系统定制功能,同时掌握软硬件相结合的设计方法。从触摸屏背景颜色显示、触控更改背景、字型显示三方面进行相应实验设计,让学习者理解并掌握触摸屏的颜色、字型显示和触控方式,能够在此基础上进行更深一步的设计工作。本实验平台设计了触摸屏的动态显示功能,并在此基础上实现了触摸屏的桌面弹球游戏。然后,设计SOPC Builder中自定义组件实验,通过自定义触摸屏的控制器组件,实现基于SD卡读取的数码相框设计。最后,结合桌面弹球游戏与电子相框两个功能,将程序固化在Flash中,实现数字触控实验平台。其中,桌面弹球游戏通过使用Quartus II软件搭建数字硬件逻辑电路实现,而电子相框是通过使用Quartus II软件下SOPC Builder建立Nios II系统实现,从而保证两个系统模块通过触摸屏显示时无相互干扰,让学习者能够全面了解并掌握DE2-70开发套件和Quartus II软件的使用。通过本实验平台,使用者会对图像显示、颜色控制、中断、延时消抖、状态机和触摸屏工作原理有深入理解,能够在NiosII系统中自定义硬件装置的控制器组件、对SD卡中文件进行操作,并掌握固化软硬件程序至Flash的方法。本实验平台的具体实验项目包括:l  实验一:Qsys基础实验——LED跑马灯l  实验二:NiosII中断实验l  实验三:基于触摸屏的背景颜色显示l  实验四:基于触摸屏的背景颜色触碰改变l  实验五:...
说明: 基于SOPC的永磁同步电机控制系统主要由电源、永磁同步电机(PMSM),ALTER公司的DE2-70开发版和一块永磁同步电机的驱动板构成。控制板集成了ALTER Cyclone II系列的EP2C70F896C型号的FPGA,驱动板提供PMSM的驱动电源接口、码盘位置信号接口、驱动电流采样接口等为PMSM的闭环控制提供了驱动控制的硬件平台,实验平台各部件组成如图1所示。 图 1  基于SOPC的永磁同步电机控制系统组成实验电机为1台带有编码器的200W永磁同步电动机,永磁同步电动机参数如表1所示。表1  200W 永磁同步电动机参数表额定电压(V)220额定功率(kw)0.2额定线电流(A)2.1额定转速(rpm)3000额定力矩(N.m)0.637相反电动势(Mv/krpm)11.4力矩系数(N.m/A)0.327转子惯量(Kg.m2)0.1814x10(-4)绕组电阻(Ω)3.2绕组电感(mL)10.15电气时间常数(ms)3.17电机极对数P2 位置传感器采用复合增量式光电编码器,编码器参数如表2所示。 表2  编码器参数表编码器线数(PPR)2500级数P2输出增量位置信号A、B霍尔位置信号U、V、W绝对零位信号Z 技术特点:(1)    能采样输出电流、直流母线电压。(2)    最大输出交流电压70VAC。(3)    最大输出电流   A。(4)    具有驱动故障信号、过流信号。(5)    板上具有熔断器与空气断路器保护。(6)    具有独立的隔离开关电源。 本实验平台的具体实验...
说明: 图像处理及特征物体跟踪系统是基于Altera公司的DE2-70开发套件、友晶公司D5M摄像头、云台、显示终端及相应辅助装置实现的一套教学实验平台。该平台不仅能够实现运动物体的识别,并且摄像头可以自动跟踪运动物体并在终端进行实时显示。本实验平台通过Verilog硬件描述语言采用模块化设计开发,不仅性能稳定,而且具有普适性强、容易操作等优点。整个实验平台软件设计分为图像采集模块、数据转换模块、数据存储模块、图像处理模块、数码显示模块、VGA显示模块以及串口驱动模块等多个部分,便于学习者利用该平台进行特定功能和模块的设计和研究。系统工作时,首先数据采集模块利用CCD摄像头实时将拍摄的图像画面进行采集,并传输到DE2-70实验板;然后,数据转换模块将图像数据转为RGB格式;数据存储模块将转换后的RGB格式数据在DE2-70开发板片上SDRAM进行存储;然后在FPGA芯片中集成可编程嵌入式系统QSYS作为图像处理模块,同时在Nios II中应用帧差法对采集的图像数据信号进行处理,得到运动物体位置、大小等信息;最后在显示终端实时显示图像扫描帧频,并通过信息处理技术完成运动物体的识别与捕捉,同时通过串口连接DE2-70开发板与解码器,控制云台电机转动,实现运动物体的自动跟踪。本实验平台涉及多方面教学内容,包括Verilog硬件模块化设计、QSYS片上系统设计、SSRAM、SDRAM存储器内容的读取分析和比较、IP核的选取与应用以及如何在QSYS中自定义组件等,是一套丰富的教学实验平台。本实验平台的具体实验项目包括:l  实验一:VGA设备显示实验      l  实验二:图像传感器CCD与VGA设备显示实验      l  实验三:QSYS跑马灯实验 ...
说明: 五阶魔方机器人旋转训练实验平台是基于Altera公司DE2-70开发套件、机械手、摄像头探测装置、电机、机械装置设计实现的一套教学实验平台。该平台控制主机通过FPGA中Nois II作为信息处理器,通过摄像头探测装置识别魔方外形颜色,并将信息反馈给所述信息处理器进行处理;系统控制主机控制机械手进行对魔方的求解和还原。该平台是一种利用图像识别系统的魔方机器人,利用FPGA对CCD采集到的魔方图像进行分割、辨识,并且通过内嵌的魔方解法来计算还原步骤,驱动机械结构最终实现还原魔方的目的。所有微操作由三个微动平台组合而成,微动平台上设有光电门及驱动电机。机械结构的动作采用可控三维空间驱动装置,分别控制X轴、Y轴及Z轴驱动器,与其对应三个方向驱动电机。通过控制电机转动实现对机械手的旋转,从而实现魔方的转动和方向控制。软件部分可以分为FPGA硬件逻辑设计和基于NIOS-II的SOPC设计两部分。在实际开发过程中,用户主要是对软件部分进行设计,为完成机器人整体设计。本平台作为一种利用图像识别系统的魔方旋转训练平台,能够培养学习者使用FPGA硬件逻辑设计和软件调试能力,最大限度的培养学生的动手能力。并且,魔方机器人系统通过图像识别与处理、电机控制、魔方求解算法等多个系统模块,能够培养学生综合能力,同时太系统具有观赏性、学习趣味性等特点。本实验平台的具体实验项目包括:l  实验一:SOPC基础实验l  实验二:SOPC拓展外围模块l  实验三:摄像头图像采集l  实验四:数字图像采集和剪切实验l  实验五:SOPC拓展图像采集模块实现颜色识别l  实验六:基于SOPC的机器人动作控制l  实验七:五阶魔方降阶方法l  实验八:还原三阶魔方l  实验九:参照Qsys基础实验(LED跑马灯)升级魔方机器人l...
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