基于FPGA的單相數(shù)字移相器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、電能作為方便的能源被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，社會(huì)的發(fā)展對(duì)電能的質(zhì)量提出了更高的要求，電力系統(tǒng)中用于電能質(zhì)量測(cè)控的設(shè)備也日益繁多，對(duì)其檢定和校準(zhǔn)的過(guò)程愈加繁雜。在這過(guò)程中，傳統(tǒng)的檢定和校準(zhǔn)設(shè)備在功能、性能和設(shè)備的成本上與大量的潛在需求之間的矛盾逐步顯現(xiàn)，功能完善的、高性價(jià)比的電力測(cè)控設(shè)備的檢定設(shè)備呼之欲出，具有廣闊的研發(fā)前景和市場(chǎng)前景。
　　 本論文介紹了一款可用于電力測(cè)控設(shè)備檢定和校準(zhǔn)用途的單相數(shù)字移相器的設(shè)計(jì)方案，該方案采用Alt

2、era公司的FPGA器件作為移相器信號(hào)發(fā)生的核心載體，結(jié)合DDS技術(shù)進(jìn)行頻率合成，采用TI公司的16位超低功耗微處理器(MCU)作為系統(tǒng)的控制器，充分挖掘其內(nèi)部豐富的內(nèi)部資源進(jìn)行系統(tǒng)的整合，應(yīng)用內(nèi)部數(shù)模模塊進(jìn)行信號(hào)幅值的控制，利用內(nèi)部模數(shù)模塊進(jìn)行幅值的反饋。同時(shí)，外圍的相位整形電路，構(gòu)成相位反饋回路，在FPGA內(nèi)部相位反饋控制器的控制下，形成相位閉環(huán)回路，從而保證了單相數(shù)字移相器輸出信號(hào)的高精度和穩(wěn)定度。另外，還采用功率放大器將輸出通道

3、的小信號(hào)進(jìn)行放大，提高帶載能力。
　　 本論文首先根據(jù)國(guó)家電力行業(yè)對(duì)電能表、相位表等電力測(cè)控設(shè)備檢定和校準(zhǔn)時(shí)使用設(shè)備的需求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仔細(xì)的分析，研究了移相器實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)中需包含的基本功能和性能指標(biāo)，包括移相器輸出信號(hào)的電壓、電流、頻率及相位的范圍、精度和可調(diào)細(xì)度等性能指標(biāo)的擬定。結(jié)合移相器基本功能模塊的劃為，提出了系統(tǒng)了的整體方案框架。
　　 其次，結(jié)合直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的理論，分析了基于FPGA的移相器的具體設(shè)

4、計(jì)的方法，完成了核心信號(hào)發(fā)生模塊和相位反饋控制模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成MCU控制模塊和外圍硬件電路模塊，包括D/A轉(zhuǎn)換及增益調(diào)節(jié)模塊、輸出通道模塊、相位反饋模塊、幅值反饋模塊、人機(jī)交互界面模塊等的分析與設(shè)計(jì)。
　　 最后，在完成各個(gè)模塊設(shè)計(jì)后，完成了印制電路板的設(shè)計(jì)與焊接，硬件電路的調(diào)試，編寫(xiě)硬件描述程序及軟件程序，完成系統(tǒng)的硬件和軟件的整合與調(diào)試，并針對(duì)擬定的功能和性能指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試與分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)