基于FPGA的电网基本电量数字测量系统的设计

论文编号:ZD461  论文字数:30583,页数:87，有开题报告，任务书，文献综述，源程序
 摘要：本文主要采用VHDL语言编程设计实现对电网频率、周期、相位差和功率因数的测量, 整个软件设计下载到一片FPGA（现场可编程逻辑器件）芯片上，作为系统的中央处理器，其中外围电路还包括对被测信号的变送、滤波、比较、光隔、键盘和数码显示等硬件部分，测量功能可以通过键盘选择，在数码管上显示。系统非常精简，灵活性较高，在不更改硬件电路的基础上升级，只需重新编程下载，并且能够实现同样的技术指标。FPGA器件功能强大，开发过程投资少、周期短，可反复修改，保密性能好，开发工具智能化；硬件描述语言VHDL具有系统硬件描述能力强、通用性和设计的可交换性、可以支持多种设计方法和设计技术，结构资源能对设计共享、实验及设计管理的支持等优点。
 关键词：电量；测量；现场可编程逻辑器件；超高速集成电路硬件描述语言。
 
  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

目  录
摘要………………………………………………………………………………………I
Abstract…………………………………………………………………………………II
第1章  绪论…………………………………………………………………………1
 1.1 FPGA简介………………………………………………………………………1
 1.2 FPGA的发展前景及开发流程…………………………………………………2
 1.2.1 FPGA的发展前景…………………………………………………………2
 1.2.2 FPGA的开发流程…………………………………………………………3
    1.3 器件的选择……………………………………………………………………7
第2章  设计软件及其硬件描述语言…………………………………………8
 2.1 设计软件MAX+plusⅡ…………………………………………………………8
 2.2 硬件描述语言VHDL……………………………………………………………8
 2.2.1 VHDL语言简介……………………………………………………………8
 2.2.2 利用VHDL语言开发的优点………………………………………………9
第3章  电网基本电量测量的方案比较与确定………………………………11
 3.1 频率和周期测量方案比较与确定………………………………………………11
 3.2 相位差和功率因数测量方案比较与确定………………………………………12
第4章  电网基本电量数字测量系统主要模块的VHDL语言实现………14
 4.1 电网频率测量的系统模块构成…………………………………………………14
 4.1.1 分频模块……………………………………………………………………14
 4.1.2 计数模块……………………………………………………………………15
 4.1.3 锁存模块……………………………………………………………………17
 4.1.4 片选模块……………………………………………………………………18
 4.1.5 数据传输模块………………………………………………………………19
 4.1.6 七段译码模块………………………………………………………………20
 4.1.7 电网频率测量系统模块构成………………………………………………21
 4.2 电网周期测量的系统模块构成…………………………………………………23
 4.3 电网相位差测量的系统模块构成………………………………………………24
      4.3.1 设计方法……………………………………………………………………24
      4.3.2 计数模块……………………………………………………………………25
      4.3.3 移位模块…………………………………………………………………26
      4.3.4 乘法模块…………………………………………………………………27
    
 4.3.5 除法模块…………………………………………………………………27
      4.3.6 选数模块…………………………………………………………………29
   4.3.7 数制转换模块……………………………………………………………30
   4.3.8 动态显示模块……………………………………………………………31
   4.3.9 电网相位差测量系统模块构成…………………………………………32
 4.4 电网功率因数测量的系统模块构成…………………………………………34
   4.4.1 相位-功率因数转换模块…………………………………………………34
   4.4.2 动态显示模块………………………………………………………………36
   4.4.3 电网功率因数测量系统模块构成………………………………………36
 4.5 键盘模块的构成………………………………………………………………38
 4.6 总测量系统模块构成…………………………………………………………40
第5章  硬件系统设计……………………………………………………………42
 5.1 主电路设计……………………………………………………………………42
 5.2 传感电路的设计…………………………………………………………………43
   5.2.1 主要器件介绍………………………………………………………………43
   5.2.2 电压形成电路的设计………………………………………………………44
 5.3 信号调理电路的设计……………………………………………………………45
 5.4 比较器电路的设计及选型………………………………………………………46
 5.5 光电隔离电路的设计及选型……………………………………………………48
 5.5.1 光隔电路……………………………………………………………………48
 5.5.2 光隔原理……………………………………………………………………48
 5.6 键盘与显示电路的设计…………………………………………………………48
 5.6.1 键盘输入电路………………………………………………………………48
 5.6.2 显示电路……………………………………………………………………49
总结………………………………………………………………………………………50
参考文献…………………………………………………………………………………51
致谢…………………………………………………………………………………………52
附录A、VHDL语言清单……………………………………………………………53
附录B、总测量系统顶层模块图…………………………………………………78
附录C、主电路图………………………………………………………………………79