基于FPGA的電網基本電量數字測量系統的設計

電氣自動化論文編號:ZD461  論文字數:30583,頁數:87，有開題報告，任務書，文獻綜述，源程序
 目  錄
摘要………………………………………………………………………………………I
Abstract…………………………………………………………………………………II
第1章  緒論…………………………………………………………………………1
 1.1 FPGA簡介………………………………………………………………………1
 1.2 FPGA的發展前景及開發流程…………………………………………………2
 1.2.1 FPGA的發展前景…………………………………………………………2
 1.2.2 FPGA的開發流程…………………………………………………………3
    1.3 器件的選擇……………………………………………………………………7
第2章  設計軟件及其硬件描述語言…………………………………………8
 2.1 設計軟件MAX+plusⅡ…………………………………………………………8
 2.2 硬件描述語言VHDL……………………………………………………………8
 2.2.1 VHDL語言簡介……………………………………………………………8
 2.2.2 利用VHDL語言開發的優點………………………………………………9
第3章  電網基本電量測量的方案比較與確定………………………………11
 3.1 頻率和周期測量方案比較與確定………………………………………………11
 3.2 相位差和功率因數測量方案比較與確定………………………………………12
第4章  電網基本電量數字測量系統主要模塊的VHDL語言實現………14
 4.1 電網頻率測量的系統模塊構成…………………………………………………14
 4.1.1 分頻模塊……………………………………………………………………14
 4.1.2 計數模塊……………………………………………………………………15
 4.1.3 鎖存模塊……………………………………………………………………17
 4.1.4 片選模塊……………………………………………………………………18
 4.1.5 數據傳輸模塊………………………………………………………………19
 4.1.6 七段譯碼模塊………………………………………………………………20
 4.1.7 電網頻率測量系統模塊構成………………………………………………21
 4.2 電網周期測量的系統模塊構成…………………………………………………23
 4.3 電網相位差測量的系統模塊構成………………………………………………24
      4.3.1 設計方法……………………………………………………………………24
      4.3.2 計數模塊……………………………………………………………………25
      4.3.3 移位模塊…………………………………………………………………26
      4.3.4 乘法模塊…………………………………………………………………27
    
 4.3.5 除法模塊…………………………………………………………………27
      4.3.6 選數模塊…………………………………………………………………29
   4.3.7 數制轉換模塊……………………………………………………………30
   4.3.8 動態顯示模塊……………………………………………………………31
   4.3.9 電網相位差測量系統模塊構成…………………………………………32
 4.4 電網功率因數測量的系統模塊構成…………………………………………34
   4.4.1 相位-功率因數轉換模塊…………………………………………………34
   4.4.2 動態顯示模塊………………………………………………………………36
   4.4.3 電網功率因數測量系統模塊構成………………………………………36
 4.5 鍵盤模塊的構成………………………………………………………………38
 4.6 總測量系統模塊構成…………………………………………………………40
第5章  硬件系統設計……………………………………………………………42
 5.1 主電路設計……………………………………………………………………42
 5.2 傳感電路的設計…………………………………………………………………43
   5.2.1 主要器件介紹………………………………………………………………43
   5.2.2 電壓形成電路的設計………………………………………………………44
 5.3 信號調理電路的設計……………………………………………………………45
 5.4 比較器電路的設計及選型………………………………………………………46
 5.5 光電隔離電路的設計及選型……………………………………………………48
 5.5.1 光隔電路……………………………………………………………………48
 5.5.2 光隔原理……………………………………………………………………48
 5.6 鍵盤與顯示電路的設計…………………………………………………………48
 5.6.1 鍵盤輸入電路………………………………………………………………48
 5.6.2 顯示電路……………………………………………………………………49
總結………………………………………………………………………………………50
參考文獻…………………………………………………………………………………51
致謝…………………………………………………………………………………………52
附錄A、VHDL語言清單……………………………………………………………53
附錄B、總測量系統頂層模塊圖…………………………………………………78
附錄C、主電路圖………………………………………………………………………79

摘要：本文主要采用VHDL語言編程設計實現對電網頻率、周期、相位差和功率因數的測量, 整個軟件設計下載到一片FPGA（現場可編程邏輯器件）芯片上，作為系統的中央處理器，其中外圍電路還包括對被測信號的變送、濾波、比較、光隔、鍵盤和數碼顯示等硬件部分，測量功能可以通過鍵盤選擇，在數碼管上顯示。系統非常精簡，靈活性較高，在不更改硬件電路的基礎上升級，只需重新編程下載，并且能夠實現同樣的技術指標。FPGA器件功能強大，開發過程投資少、周期短，可反復修改，保密性能好，開發工具智能化；硬件描述語言VHDL具有系統硬件描述能力強、通用性和設計的可交換性、可以支持多種設計方法和設計技術，結構資源能對設計共享、實驗及設計管理的支持等優點。
 關鍵詞：電量；測量；現場可編程邏輯器件；超高速集成電路硬件描述語言。
 
  Abstract: This dissertation main doption VHDL language plait distance design realization to the diagraph of the charged barbed wire net frequency, period, phase shift and the power factor, the whole software design downloads the one FPGA( the spot the programmable logic machine piece) chip, being the CPU of the system, among them, the outer circle electric circuit still includes to is measure the signal changes to send, strain wave , comparison, the light separate, the keyboard and figureses shows etc. the hardware part, measure the function and can pass the keyboard choice, take care of in the figures up the manifestation.The system simplifies very much, the vivid is higher, at not change the hardware electric circuit of the foundation rising class, need to re- weave the distance download only, and can carry out the same technique index sign.A function is strong, the development process investment is little, the period is short, can modify again and again, keeping secret the function good, develop the tool intelligence to turn;The hardware description  language VHDL has the systematic hardware  description ability strong, in general use and design of exchangeability, can support various design methods and design the technique, the structure resources can share to the design, experiment and design support of management etc. advantage.
 Key words: Electricity Quantity ; Measure; FPGA; VHDL