基于FPGA的頻率與功率因數在線測量

電氣自動化論文編號:ZD453  論文字數:29864,頁數:77，

目錄

摘 要 I
Abstract II
第1章  現場可編程門陣列(FPGA)和VHDL語言簡介 1
1.1 電子設計自動化（EDA） 1
1.2 FPGA/CPLD簡介 1
1.2.1 FPGA、CPLD的結構 2
1.2.3 基于 EDA工具的 FPGA/CPLD開發流程 2
1.2.4 ACEX1K器件簡介 3
1.3 VHDL語言簡介 4
1.4 MAX+PLUS‖簡介 5
第2章  電網頻率和功率因數測量的方案比較 7
2.1 實現方案比較與選擇 7
2.2 常用頻率測量方法 7
2.3 多周期同步測頻法 8
2.3.1 測量原理 8
2.3.2 測頻誤差 10
2.4 常用功率因數測量方法 10
2.5 填充計數法測相原理與測量精度 11
第3章  硬件電路的VHDL語言實現 13
3.1 頻率測量的系統模塊構成 13
3.1.1 分頻模塊 13
3.1.2 計數模塊 14
3.1.3 乘法模塊 16
3.1.4 除法模塊 17
3.1.5 數制轉換模塊 19
3.1.6 動態顯示模塊 20
3.1.7 電網頻率測量系統模塊構成 21
3.2 電網功率因數測量的系統模塊構成 23
3.2.1 計數模塊 24
3.2.2 移位模塊 25
3.2.3 乘法模塊 26
3.2.4 除法模塊 26
3.2.5 相位—功率因數轉換模塊 27
3.2.6 動態顯示模塊 28
3.2.7 電網功率因數測量系統模塊構成 28
3.3 總測量系統模塊 30
3.3.1 頻率－功率因數顯示切換模塊 31
3.3.2 總測量系統模塊構成 32
3.4 器件編程/配置 33
第4章  設計優化 34
4.1 面積優化 34
4.1.1 資源共享 34
4.1.2 邏輯優化 35
4.1.3 串行化 37
4.2 速度優化 39
4.3 使用 MAX+PLUS‖優化設計 40
4.3.1 全局邏輯綜合選項 40
4.3.2 打包 41
第5章  硬件設計 42
5.1 數字測量系統的硬件實現 42
5.2 接口電路設計 42
5.2.1 電網信號的檢測 43
5.2.2 信號的放大 46
5.2.3 濾波電路設計 48
5.2.4 比較器的設計及選型 49
參考文獻 52
致謝 53
附錄A  頂層模塊圖 54
附錄B  VHDL程序清單 58

摘 要：在線頻率和功率因數測量是電子測量領域里的一項重要內容，本設計除了對被測信號的檢測、放大、濾波、比較和最后的數碼顯示部分必須用硬件實現以外，其余全部采用VHDL語言編程設計，并下載在一片FPGA(現場可編程門陣列)芯片上，整個系統非常精簡，并能夠達到同樣的技術指標。根據不同的需要還可以重新編程下載，進行升級。FPGA器件作為系統控制的核心，其靈活的現場可更改性，可再配置能力，對系統的各種改進非常方便，在不更改硬件電路的基礎上還可以進一步提高系統的性能。具有高速、精確、可靠、抗干擾性強和現場可編程等優點。
 關鍵詞：頻率；功率因數；現場可編程門陣列；超高速集成電路硬件描述語言
 
 

Online frequency and power factor measure
based on FPGA

 Abstract: Online frequency and power factor measure is an important content on the field of electron measure, except to examine into measuring of signal , amplify , strain wave , compare and last number show part must realize with hardware, the others all adopt the of VHDL to program and design, combining to download on chip of a FPGA (Field Programmable Gate Array), the whole system is simplified very much, and can reach the same technical indicator. According to the needs of different one, can also programme download again, upgrade. FPGA device control core as system, its flexible scene can altering, can dispose ability again, very convenient to various kinds of improvement of the system, can also improve systematic performance further on the basis of altering hardware circuit. Have at a high speed, accurate, reliable, such advantages as anti-interference is better and programmable with the scene.
 Key words: Frequency; Power factor; FPGA; VHDL