This thesis describes the design and implementation of a positional-control scheme for a limited angle torque motor, using a digital signal processor (DSP).

Digital Signal Processors (DSPs) have evolved to a level where it is feasible for digital modems with relatively low data rates to be implemented entirely with software algorithms. With current technology it is still necessary for analogue processing between the RF input and a low frequency IF but, as DSP technology advances, it will become possible to shift the interface between analogue and digital domains ever closer towards the RF input. The software radio concept is a long-term goal which aims to realise software-based digital modems which are completely flexible in terms of operating frequency, bandwidth, modulation format and source coding. The ideal software radio cannot be realised until DSP, Analogue to Digital (A/D) and Digital to Analogue (D/A) technology has advanced sufficiently. Until these advances have been made, it is often necessary to sacrifice optimum performance in order to achieve real-time operation. This Thesis investigates practical real-time algorithms for carrier frequency synchronisation, symbol timing synchronisation, modulation, demodulation and FEC. Included in this work are novel software-based transceivers for continuous-mode transmission, burst-mode transmission, frequency modulation, phase modulation and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). Ideal applications for this work combine the requirement for flexible baseband signal processing and a relatively low data rate. Suitable applications for this work were identified in low-cost satellite return links, and specifically in asymmetric satellite Internet delivery systems. These systems employ a high-speed (>>2Mbps) DVB channel from service provider to customer and a low-cost, low-speed (32-128 kbps) return channel. This Thesis also discusses asymmetric satellite Internet delivery systems, practical considerations for their implementation and the techniques that are required to map TCP/IP traffic to low-cost satellite return links.

No description available.

In modern digital audio applications, a continuous audio signal stream is sampled at a fixed sampling rate, which is always greater than twice the highest frequency of the input signal, to prevent aliasing. A more energy efficient approach is to dynamically change the sampling rate based on the input signal. In the dynamic sampling rate technique, fewer samples are processed when there is little frequency content in the samples. The perceived quality of the signal is unchanged in this technique. Processing fewer samples involves less computation work; therefore processor speed and voltage can be reduced. This reduction in processor speed and voltage has been shown to reduce power consumption by up to 40% less than if the audio stream had been run at a fixed sampling rate.

Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας υλοποιήθηκε η σύσταση G.721 της International Telecommunication Union (ITU-CCITT) η οποία περιγράφει την προσαρμοστική διαφορική παλμοκωδική διαμόρφωση (Adaptive Differential Pulse Code Modulation-ADPCM) για κανάλια 32 Kbps με συχνότητα δειγματοληψίας 8 KHz. Η διαμόρφωση αυτή χρησιμοποιείται για συμπίεση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, ιδίως φωνής, κατά τη μετάδοση σε ένα τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Πρόκειται για μια από τις παλαιότερες τεχνικές κωδικοποίησης φωνής, η οποία εκμεταλλεύεται την υψηλή συσχέτιση των φωνητικών σημάτων παρέχοντας υψηλή απόδοση. Η υλοποίηση πραγματοποιήθηκε στην αναπτυξιακή κάρτα C6211/C6711 DSK, πυρήνας της οποίας είναι ο ψηφιακός επεξεργαστής σήματος κινητής υποδιαστολής TMS320C6711 της Texas Instruments. Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της οικογένειας TMS320 στην οποία αυτός ανήκει είναι η προχωρημένη Very Long Instruction Word (VLIW) αρχιτεκτονική, VelociTITM, η οποία παρέχει υψηλό παραλληλισμό πολλών βαθμίδων για την εκτέλεση πολλών εντολών στη διάρκεια ενός ωρολογιακού κύκλου. Η υψηλή απόδοση αυτού του επεξεργαστή, η ύπαρξη μετατροπέων A/D και D/A που εξασφαλίζουν την εύκολη είσοδο και έξοδο πραγματικών σημάτων, η ύπαρξη ενός πλήρους συνόλου αναπτυξιακών εργαλείων λογισμικού για εύκολο προγραμματισμό (Code Composer Studio v.1.23) κι η εύκολη διασύνδεση της αναπτυξιακής κάρτας με προσωπικό υπολογιστή, μέσω της παράλληλης θύρας επικοινωνιών, την καθιστούν ένα ισχυρό εργαλείο για την ανάπτυξη εφαρμογών της ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων, της επεξεργασίας και συμπίεσης φωνής, τηλεπικοινωνιακών εφαρμογών κ.ά. Η εργασία αυτή δομείται σε τρία κεφάλαια. Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά του επεξεργαστή TMS320C6711, στο 2ο κεφάλαιο, η σύσταση G.721 και στο 3ο περιγράφεται η υλοποίηση του αλγορίθμου μαζί με τις πειραματικές μετρήσεις και τα συμπεράσματα. Τέλος, στο παράρτημα, παρατίθενται όλοι οι χρησιμοποιούμενοι κώδικες που αφορούν τον αλγόριθμο και την αναπαράσταση των αποτελεσμάτων. / Recommendation G.721 of the International Telecommunication Union (ITU-CCITT) that describes Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) for 32 Kbps channels with 8 KHz sampling frequency has been implemented within the framework of this diploma thesis. This modulation is utilized for real-time data compression, especially voice data, during transmission in telecommunications channels. It is one of the oldest well-known voice coding techniques that exploits high correlation inherit in speech signals and provides high performance. The implementation of ADPCM voice coding has been carried out in the C6211/C6711 Digital signal processing Starter Kit (DSK), which core processor is the floating point Digital Signal Processor (DSP) TMS320C6711 of Texas Instruments. This processor belongs to the TMS320 DSP family which one of the main characteristics is the advanced Very Long Instruction Word (VLIW) architecture, VelociTITM. The latter architecture provides high multistage parallelism for executing many commands during a clocking cycle. DSK’s easy connection with personal computers through the parallel communications port, DSP’s TMS320C6711 high performance, the existence of A/D and D/A converters that ensure simple input and output of real signals and the supporting of solid software development tools for easy programming (Code Composer Studio v.1.23) render DSK a powerful tool for implementing digital signal processing applications, speech processing and compression, telecommunications applications etc. This thesis is structured in three chapters. In Chapter 1, the basic characteristics of DSP TMS320C6711 are presented, whereas in Chapter 2, recommendation G.721 is described. The implementation of ADPCM source coding is presented in Chapter 3 along with several simulation results and conclusions. In the appendix, all source files are included.

The upcoming 5G mobile communications system promises to enable use cases requiring ultra-reliable and low latency communications. Researchers therefore require more detailed information about aspects such as channel coding performance at very low block error rates. The simulations needed to obtain such results are very time consuming and this poses achallenge to studying the problem. This thesis investigates the use of hardware acceleration for performing fast simulations of turbo code performance. Special interest is taken in investigating different methods for generating normally distributed noise based on pseudorandom number generator algorithms executed in DSP:s. A comparison is also done regarding how well different simulator program structures utilize the hardware. Results show that even a simple program for utilizing parallel DSP:s can achieve good usage of hardware accelerators and enable fast simulations. It is also shown that for the studied process the bottleneck is the conversion of hard bits to soft bits with addition of normally distributed noise. It is indicated that methods for noise generation which do not adhere to a true normal distribution can further speed up this process and yet yield simulation quality comparable to methods adhering to a true Gaussian distribution. Overall, it is show that the proposed use of hardware acceleration in combination with the DSP software simulator program can in a reasonable time frame generate results for turbo code performance at block error rates as low as 10−9.

<p>The most important aspects of nuclear medicine imaging systems such as Positron Emission Tomography (PET) or Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) are the spatial resolution and the sensitivity (detector efficiency in combination with the geometric efficiency). Considerable efforts have been spent during the last two decades in improving the resolution and the efficiency by developing new detectors. Our proposed improvement technique is focused on the readout and electronics. Instead of using traditional pulse height analysis techniques we propose using free running digital sampling by replacing the analog readout and acquisition electronics with fully digital programmable systems.</p><p>This thesis describes a fully digital data acquisition system for KS/SU SPECT, new algorithms for high resolution timing for PET, and modular FPGA based decentralized data acquisition system with optimal timing and energy. The necessary signal processing algorithms for energy assessment and high resolution timing are developed and evaluated. The implementation of the algorithms in field programmable gate arrays (FPGAs) and digital signal processors (DSP) is also covered. Finally, modular decentralized digital data acquisition systems based on FPGAs and Ethernet are described.</p>

The most important aspects of nuclear medicine imaging systems such as Positron Emission Tomography (PET) or Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) are the spatial resolution and the sensitivity (detector efficiency in combination with the geometric efficiency). Considerable efforts have been spent during the last two decades in improving the resolution and the efficiency by developing new detectors. Our proposed improvement technique is focused on the readout and electronics. Instead of using traditional pulse height analysis techniques we propose using free running digital sampling by replacing the analog readout and acquisition electronics with fully digital programmable systems. This thesis describes a fully digital data acquisition system for KS/SU SPECT, new algorithms for high resolution timing for PET, and modular FPGA based decentralized data acquisition system with optimal timing and energy. The necessary signal processing algorithms for energy assessment and high resolution timing are developed and evaluated. The implementation of the algorithms in field programmable gate arrays (FPGAs) and digital signal processors (DSP) is also covered. Finally, modular decentralized digital data acquisition systems based on FPGAs and Ethernet are described.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η τροφοδοσία ενός μεταβαλλόμενου RL φορτίου από μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια, επιδιώκοντας η τάση σε αυτό να είναι σταθερή κατά μέτρο και συχνότητα. Η επίτευξη του στόχου προϋποθέτει την χρήση μιας σειράς διατάξεων, προκειμένου να δημιουργήσουμε ένα πειραματικό σύστημα πάνω στο οποίο θα αναπτύξουμε την εφαρμογή μας. Έτσι η πειραματική μας διάταξη εκτός από την πηγή (φωτοβολταϊκή γεννήτρια) και το φορτίο αποτελείται και απο έναν τριφασικό αντιστροφέα πηγής τάσης, έναν τριφασικό μετασχηματιστή, ένα βαθυπερατό φίλτρο LC, μια συσκευή βηματικής μεταβολής του φορτίου και έναν μικροεπεξεργαστή με την βοήθεια του οποίου θα υλοποιήσουμε τους απαραίτητους ελέγχους. Το πρώτο επίπεδο ελέγχου αφορά τον τριφασικό αντιστροφέα και συγκεκριμένα την παλμοδότηση την διακοπτικών του στοιχείων. Με την βοήθεια του μικροεπεξεργαστή πετυχαίνουμε την υλοποίηση του κυκλώματος παλμοδότησης εφαρμόζοντας την μέθοδο της ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών (Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM). Σε δεύτερο επίπεδο ελέγχου υλοποιούμε έναν PI ελεγκτή ο οποίος σε συνεργασία με το κύκλωμα παλμοδότησης εξασφαλίζει την σταθεροποίηση της τάσης στο φορτίο, συνεπώς και την αδιάλειπτη τροφοδοσία του. Πραγματοποιώντας βηματικές αλλαγές στο φορτίο, καταγράφουμε τις μεταβολές στα μεγέθη εκείνα που επιβεβαιώνουν την λειτουργία και αποδοτικότητα του συνολικού συστήματος ελέγχου. Ιδιαίτερη αξία έχει ο τρόπος με τον οποίο παράγουμε τον κώδικα που υλοποιεί, μέσω του μικροεπεξεργαστή, το κύκλωμα ελέγχου. Η διαδικασία περιλαμβάνει αρχικά την μοντελοποίηση του κυκλώματος στο Simulink και στην συνέχεια την χρήση των κατάλληλων εργαλείων, οπότε μέσω μιας αυτόματης διαδικασίας παράγεται ο επιθυμητός κώδικας. Η διπλωματική εργασία διαρθρώνεται με τον εξής τρόπο: Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη αναφορά στον σημαντικό ρόλο που καλούνται να διαδραματίσουν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, στις σημερινές και μελλοντικές ανάγκες του τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας. Ακολουθεί μια συνοπτική παρουσίαση της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας και του τρόπου αξιοποίησής της. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται η πλήρης ανάπτυξη της μεθόδου ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών για την αξιοποίησή της σε μετατροπέα DC/AC (αντιστροφέα), ενός σκέλους και τριφασικού. Παρουσιάζονται αναλυτικά τα χαρακτηριστικά της μεθόδου και ο τρόπος εφαρμογής της σε ψηφιακά συστήματα. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται η περιγραφή και ανάλυση της πειραματικής μας διάταξης. Διαχωρίζοντας το συνολικό σύστημα στα επιμέρους κυκλώματα ισχύος και ελέγχου, περιγράφουμε την κάθε διάταξη ξεχωριστά, αναλύοντας το αντίστοιχο θεωρητικό υπόβαθρο. Ιδιαίτερα, όσον αφορά το κύκλωμα ελέγχου, αναπτύσσουμε συνοπτικά την θεωρία του PI ελέγχου, στον βαθμό που κρίνεται απαραίτητο για την εφαρμογή μας. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται το σύστημα eZdspTM F28335. Το σύστημα αυτό περιλαμβάνει τον επεξεργαστή ψηφιακού σήματος F28335, με την βοήθεια του οποίου υλοποιούμε το κύκλωμα ελέγχου. Γίνεται αναφορά στις δυνατότητες του συστήματος και περιγράφονται τα περιφερειακά του που χρησιμοποιούνται στην παρούσα εφαρμογή. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται η ανάλυση του μοντέλου Simulink που υλοποιεί το κύκλωμα ελέγχου. Αρχικά, παρουσιάζεται συνοπτικά η διαδικασία ταχείας προτυποποίησης και ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνουμε την αυτόματη παραγωγή κώδικα μέσω των μοντέλων του Simulink. Στη συνέχεια περιγράφουμε αναλυτικά τα μπλόκ που συνιστούν το μοντέλο της εφαρμογής μας. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων που προέκυψαν κατά την διάρκεια των μετρήσεων. Συγκεκριμένα παρατίθενται μετρήσεις και γραφήματα που έχουν στόχο να αναδείξουν την λειτουργία του ελέγχου και τον τρόπο με τον οποίο επιδρά στο σύστημά μας. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα και οι πιθανές μελλοντικές προοπτικές της εφαρμογής. / The objective of this thesis is the power supply of a variable RL load, by the use of a photovoltaic generator as our energy source, aiming to a load voltage with constant rms value and frequency. To achieve this objective, involves the use of several devices, in order to create an experimental system on which we will develop our application. Thus, our total system, other than the source (photovoltaic generator) and the load, is composed of a three-phase voltage source inverter (VSI), a three-phase transformer, a low pass LC filter, a device that electronically chooses the value of the load and a microprocessor which implements the necessary control system. The first part of the control system refers to the generation of the signals that control the switching elements of the three-phase voltage source inverter. With the help of the microprocessor we achieve the implementation of the appropriate pulse generator circuit using a method called sinusoidal pulse width modulation (SPWM). In the second part of the control system we implement a PI controller which, in collaboration with the above circuit, ensures the stabilization of the voltage on the load, therefore the uninterrupted power supply. Making step load changes, we record the variation of those parameters that confirm the operation and efficiency of the entire control system. Of great importance is the way we produce the code that implements the control circuit, when executed by the microprocessor. The procedure begins with the modeling of the circuit in Simulink, followed by the use of the appropriate development tools that result in an automatic process of production of the desired code. The thesis is organized in the following way: In Chapter 1 we give a brief reference to the importance of the renewable energy sources, regarding the present and future needs of the electricity sector. We continue with a summary of the photovoltaic technology and it’s means of exploitation. In Chapter 2 we make a thorough description of the method called sinusoidal pulse width modulation and we discuss it’s use for the DC/AC converter (inverter), both single-leg and three-phase. We give a full presentation on the characteristics of the method and the manner to be implemented in digital systems. In Chapter 3 we make the description and analysis of our experimental system. By separating the overall system to two individual parts, the power circuit and the control circuit, we describe each device separately and analyze the relevant theory. In particular, with respect to the control circuit, we summarize the theory of PI controller, to the necessary extent for our application. In Chapter 4 we introduce the system eZdspTM F28335. This system includes the digital signal processor F28335, which undertakes the implementation of the control circuit. Reference is made to the overall capabilities of the system and especially to the peripherals used in this application. In Chapter 5 we give the analysis of the Simulink model which implements the control circuit. Initially, we outline the procedure of rapid prototyping and describe the way in which we achieve the automatic production of our executable code through the Simulink models. Then we describe in detail the blocks that form the model of our application. In Chapter 6 we present the results obtained during the experimental phase. In particular there are listed measurements and graphs that aim to highlight the function of the control system and the manner in which it influences our system. In Chapter 7 we present our final conclusions and possible future prospects of the application.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Electrical energy generation with photovoltaic cells is being more utilized. Not only on large scale systems, but also in small ones connected to the grid. Parallel operating with the great generators from power companies, in a non-centralized way of operation, supplying low power, installed in houses, commerce establishments, industry, with the goal to minimize the loss in transmission, for being installed at the same consumption place. This work presents a FPGA device controller of a four transistor flyback inverter for maximum power point in photovoltaic systems. Despite this system has low power it contributes to search simple and low cost alternatives for generating of electrical power in a decentralized manner, which does not use battery banks connected parallel to network of energy near to consumers. / Geração de energia elétrica a partir de painéis fotovoltaicos vem sendo cada vez mais utilizada, não somente em sistemas fotovoltaicos de grande porte, como também em pequenos sistemas conectados a rede CA. Interligada paralelamente aos grandes geradores da concessionária de energia de forma descentralizada em sistemas de pequeno porte e baixas potências, instalados em residências, estabelecimentos comerciais, indústria, com o objetivo de minimizar perdas por transmissão por estarem instalados nos próprios locais. Este trabalho apresenta um controle num dispositivo FPGA de um inversor flyback a quatro transistores para máxima potência em sistemas fotovoltaicos. Apesar da baixa potência este contribui para a busca de alternativas simples e de baixo custo para geração de energia elétrica de forma descentralizada, não utilizando bancos de bateria conectados paralelamente a rede de energia próxima aos consumidores. / Mestre em Ciências