基于基于FPGA的交流电测量仪的设计的交流电测量仪的设计
摘 要： 根据交流采样的原理，设计出基于FPGA开方算法，解决了实时计算电压有效值和频率的问题。充分发
挥FPGA硬件并行计算的特性，实现高速运算和可靠性的结合, 能够较好地解决精度与速度的问题。为稳定控制
装置快速判断元件故障提供了充足时间，满足电力系统实时性、可靠性的要求。 在电力调度自动化系统
中，测量电压和频率是重要的功能。如何快速、准确地采集显得尤为重要。目前根据采集信号的不同，可分直
流采样和交流采样两种方式，直流采样虽然设计简单，但无法实现实时信号的采集；变送器的精度和稳定性对
测量精度有很大影响，无法满足电力系统实时性、可靠性的要求 。交流采样法按照一定规律对被测信号的瞬时
值进行
摘 要： 根据交流采样的原理，设计出基于FPGA开方算法，解决了实时计算电压有效值和频率的问题。充分发挥FPGA硬
件并行计算的特性，实现高速运算和可靠性的结合, 能够较好地解决精度与速度的问题。为稳定控制装置快速判断元件故障提
供了充足时间，满足电力系统实时性、可靠性的要求。
在电力调度自动化系统中，测量电压和频率是重要的功能。如何快速、准确地采集显得尤为重要。目前根据采集信号的不
同，可分直流采样和交流采样两种方式，直流采样虽然设计简单，但无法实现实时信号的采集；变送器的精度和稳定性对测量
精度有很大影响，无法满足电力系统实时性、可靠性的要求 。交流采样法按照一定规律对被测信号的瞬时值进行实时采样, 再
按设计的算法进行数值处理, 从而获得测量值。与直流采样法相比更易获得高精度、高稳定性的测量结果。由于FPGA运行速
度快、内部程序并行运行，具有处理更复杂功能的能力，因此FPGA[1-3]和交流采样相结合，可以满足电力系统实时性、可靠
性的要求。
1 系统硬件电路组成系统硬件电路组成
以日常照明所用的交流电(电压为220 V，频率为50 Hz)为测量对象，测量系统的组成电路主要包含供电、互感变压器
(TV)、A/D转换电路以及FPGA、显示电路和报警电路。测量系统框图如图1所示。
220 V交流电压经过互感变压器（TV）后的输出电压为-10 V～+10 V，满足电压芯片ADS7804输入端的要求，通过
ADS7804将输入的模拟量转换成数字量送到FPGA，得到量化电压值。一方面在一个周期（0.02 s）内对电压的采样值采用计
算均方根的方法计算出交流的有效值即电压的大小；另一方面对量化的电压值进行分析，计算出2个正弦波的时间，并算出频
率。通过显示电路分别显示电压值和频率值。如果电压低于正常电压的80%或达到正常电压的120%，或者频率低于49.00 Hz
或高于51.00 Hz时，启动报警电路。
1.1 电压互感器电压互感器
该仪表设计测量范围为0～220 V 左右的交流电， 因此峰值电压为220√2 V，即311 V，同时考虑电压波动的影响以及
ADS7804芯片的电压范围为－10 V～＋10 V，选取TV 线圈的初级与次级比为40 ：1 ， 使其输出电压为－10 V～＋10 V。
1.2 ADS7804芯片芯片
ADS7804芯片是12位A/D转换器，以其较高的性能价格比在仪器仪表中得到广泛的应用。ADS7804芯片内部含有采样保
持、电压基准和时钟等电路，可极大简化用户的电路设计，减少硬件开销，并可提高系统的稳定性。该A／D转换器采用逐次
逼近式工作原理，单通道输入，模拟输入电压的范围为±10 V，采样速率为100 kHz，可以完全满足电力系统中50 Hz交流电的
采样需要。
ADS7804芯片的VIN(1脚)为输入的模拟信号，输入模拟量大小为-10 V～+10 V，6～18脚为输入模拟信号转换的数字量并
行输出口，用于将转换的数字量输出，CS(25脚)为片选信, R/C(24脚)为读取结果/模数转换控制信号，BUSY(26脚)用于指示转
换是否完成。读取时首先将R／C脚电平变低；然后在CS脚输人一个脉冲并在其下降沿启动A/D转换，此脉冲的宽度要求在40
ns之内；这时BUSY脚电平拉低表示正在进行转换；在经过大约40 ns～6 μs以后，转换完成，BUSY脚电平相应变高；再把
R/C脚电平拉高，这样，CS脚脉冲的下降沿即把转换结果输出到数据总线。
ADS7804芯片将模拟电压转换为数字量，以二进制的补码输出。该芯片电压分辨率高达4.88 mV。
1．．3 FPGA芯片芯片
现场可编程门阵列(FPGA)作为专用集成电路(ASIC) 领域中的一种半定制电路而出现，是当今数字系统设计的主要硬件平
台，其主要特点就是完全由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能。在修改和升级时，不需额外地改变
PCB 电路板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作转变为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现
的灵活性并降低了成本，因此得到广泛的应用。
资源评论
weixin_38654855
- 粉丝: 6
- 资源: 888
最新资源
- 10、安徽省大学生学科和技能竞赛A、B类项目列表(2019年版).xlsx
- 9、教育主管部门公布学科竞赛(2015版)-方喻飞
- C语言-leetcode题解之83-remove-duplicates-from-sorted-list.c
- C语言-leetcode题解之79-word-search.c
- C语言-leetcode题解之78-subsets.c
- C语言-leetcode题解之75-sort-colors.c
- C语言-leetcode题解之74-search-a-2d-matrix.c
- C语言-leetcode题解之73-set-matrix-zeroes.c
- 树莓派物联网智能家居基础教程
- YOLOv5深度学习目标检测基础教程
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议，欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理！
点击此处反馈
