基于FPGA的單相數字移相器的設計與實現.pdf

1、電能作為方便的能源被廣泛應用在各個領域，社會的發(fā)展對電能的質量提出了更高的要求，電力系統中用于電能質量測控的設備也日益繁多，對其檢定和校準的過程愈加繁雜。在這過程中，傳統的檢定和校準設備在功能、性能和設備的成本上與大量的潛在需求之間的矛盾逐步顯現，功能完善的、高性價比的電力測控設備的檢定設備呼之欲出，具有廣闊的研發(fā)前景和市場前景。
　　 本論文介紹了一款可用于電力測控設備檢定和校準用途的單相數字移相器的設計方案，該方案采用Alt

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

3、的小信號進行放大，提高帶載能力。
　　 本論文首先根據國家電力行業(yè)對電能表、相位表等電力測控設備檢定和校準時使用設備的需求標準進行仔細的分析，研究了移相器實現的理論基礎及設計中需包含的基本功能和性能指標，包括移相器輸出信號的電壓、電流、頻率及相位的范圍、精度和可調細度等性能指標的擬定。結合移相器基本功能模塊的劃為，提出了系統了的整體方案框架。
　　 其次，結合直接數字頻率合成技術的理論，分析了基于FPGA的移相器的具體設

4、計的方法，完成了核心信號發(fā)生模塊和相位反饋控制模塊的FPGA實現。在此基礎上，進一步完成MCU控制模塊和外圍硬件電路模塊，包括D/A轉換及增益調節(jié)模塊、輸出通道模塊、相位反饋模塊、幅值反饋模塊、人機交互界面模塊等的分析與設計。
　　 最后，在完成各個模塊設計后，完成了印制電路板的設計與焊接，硬件電路的調試，編寫硬件描述程序及軟件程序，完成系統的硬件和軟件的整合與調試，并針對擬定的功能和性能指標進行了系統級的測試與分析，驗證了系統