基于FPGA的电网基本电量数字测量系统的设计 三

基于FPGA的电网基本电量测量系统的设计

摘要：伴随着集成电路（IC）技术的发展，电子设计自动化（EDA）逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术，微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。EDA的一个重要特征就是使用硬件描述语言（HDL）来完成的设计文件，VHDL语言是经IEEE确认的标准硬件语言，在电子设计领域受到了广泛的接受。本文首先综述了EDA技术的发展概况，FPGA/CPLD开发流程，以及VHDL语言的开发步骤；然后介绍了电网基本电量，包括频率、功率因数、相位测量的一般原理；着重介绍了用VHDL语言完成频率、功率因数、相位的设计工作；最后介绍了外围硬件电路的设计及系统开发中的几点体会。

关键词：EDA   测量   硬件描述语言   FPGA/CPLD

目   录

摘要……………………………………………………………………………………………

Abstract………………………………………………………………………………………

第1章  现场可编程门阵列FPGA和VHDL语言…………………………………………

1.1  电子设计自动化（EDA）概述…………………………………………………

1.2  FPGA/CPLD的发展前景及开发流程……………………………………………

1.2.1  FPGA/CPLD简介………………………………………………………………

1.2.2  FPGA/CPLD的开发前景…………………………………………………

1.2.3  FPGA/CPLD的开发流程…………………………………………………

1.3  硬件描述语言VHDL…………………………………………………………

 1.3.1  VHDL语言简介………………………………………………………………

 1.3.2  VHDL的特点………………………………………………………………

 1.3.3  VHDL的描述风格…………………………………………………………

 1.3.4  VHDL语言编程……………………………………………………………

1.4  MAX+PLUSⅡ概述……………………………………………………………

1.4.1  MAX+PLUSⅡ的特点………………………………………………………

1.4.2  MAX+PLUSⅡ设计流程………………………………………………………

第2章  电网基本电量数字测量方案比较与论证…………………………………………

2.1  频率测量………………………………………………………………………

 2.1.1  频率测量方案比较…………………………………………………………

 2.1.2  频率测量系统设计…………………………………………………………

2.2  相位测量…………………………………………………………………………

 2.2.1  相位测量方案比较…………………………………………………………

 2.2.2  相位测量系统设计…………………………………………………………

2.3  功率因数测量……………………………………………………………………

2.3.1  功率因数测量方案比较……………………………………………………

第3章  VHDL语言实现模块设计………………………………………………………

3.1  电网频率测量系统的模块构成………………………………………………

 3.1.1  分频模块………………………………………………………………………

 3.1.2  计数模块……………………………………………………………………

 3.1.3  乘法模块……………………………………………………………………

 3.1.4  除法模块……………………………………………………………………

 3.1.5  数制转换模块………………………………………………………………

 3.1.6  片选模块……………………………………………………………………

 3.1.7  动态显示模块………………………………………………………………

3.2  电网功率因数测量系统的模块的构成…………………………………………

 3.2.1  计数模块……………………………………………………………………

 3.2.2  移位模块……………………………………………………………………

 3.2.3  乘法模块……………………………………………………………………

 3.2.4  除法模块……………………………………………………………………

 3.2.5  相位_功率因数转换模块 …………………………………………………

 3.2.6  动态显示模块………………………………………………………………

3.3  电网相位测量系统的模块构成 ………………………………………………

 3.3.1  计数模块……………………………………………………………………

 3.3.2  移位模块……………………………………………………………………

 3.3.3  除法模块……………………………………………………………………

 3.3.4  数据选择模块………………………………………………………………

 3.3.5  动态扫描译码显示模块……………………………………………………

第4章  外围硬件电路设计………………………………………………………………

4.1  ACEX1K器件简介……………………………………………………………

4.2  传感器的设计及选型…………………………………………………………

 4.2.1  霍尔电压传感器的选型……………………………………………………

 4.2.2  霍尔电流传感器的选型……………………………………………………

4.3  LED显示器……………………………………………………………………

 4.3.1  LED显示器结构与原理……………………………………………………

总结………………………………………………………………………………………

参考文献……………………………………………………………………………………

致谢………………………………………………………………………………………

附录A、VHDL程序清单………………………………………………………………………

附录B、顶层模块图……………………………………………………………………