基于fpga单相数字移相器设计和实现

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1、独创性声明lUllIIIIIIIMIIIIlIMIHHIIIIIIIIIY2362965本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：基医连日期：z里g：．互：27学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关

2、部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)虢一鼽枫驯龆卜叫率醐一。摘要电能作为方便的能源被广泛应用在各个领域，社会的发展对电能的质量提出了更高的要求，电力系统中用于电能质量测控的设备也日益繁多，对其检定和校准的过程愈加繁杂。在这过程中，传统的检定和校准设备在功

3、能、性能和设备的成本上与大量的潜在需求之间的矛盾逐步显现，功能完善的、高性价比的电力测控设备的检定设备呼之欲出，具有广阔的研发前景和市场前景。本论文介绍了一款可用于电力测控设备检定和校准用途的单相数字移相器的设计方案，该方案采用Altera公司的FPGA器件作为移相器信号发生的核心载体，结合DDS技术进行频率合成，采用TI公司的16位超低功耗微处理器(MCU)作为系统的控制器，充分挖掘其内部丰富的内部资源进行系统的整合，应用内部数模模块进行信号幅值的控制，利用内部模数模块进行幅值的反馈。同时，外围的相位整形电路，构成相位反馈回路

4、，在FPGA内部相位反馈控制器的控制下，形成相位闭环回路，从而保证了单相数字移相器输出信号的高精度和稳定度。另外，还采用功率放大器将输出通道的小信号进行放大，提高带载能力。本论文首先根据国家电力行业对电能表、相位表等电力测控设备检定和校准时使用设备的需求标准进行仔细的分析，研究了移相器实现的理论基础及设计中需包含的基本功能和性能指标，包括移相器输出信号的电压、电流、频率及相位的范围、精度和可调细度等性能指标的拟定。结合移相器基本功能模块的划为，提出了系统了的整体方案框架。其次，结合直接数字频率合成技术的理论，分析了基于FPGA的

5、移相器的具体设计的方法，完成了核心信号发生模块和相位反馈控制模块的FPGA实现。在此基础上，进一步完成MCU控制模块和外围硬件电路模块，包括D／A转换及增益调节模块、输出通道模块、相位反馈模块、幅值反馈模块、人机交互界面模块等的分析与设计。最后，在完成各个模块设计后，完成了印制电路板的设计与焊接，硬件电路的调试，编写硬件描述程序及软件程序，完成系统的硬件和软件的整合与调试，并针对拟定的功能和性能指标进行了系统级的测试与分析，验证了系统功能的实现和性能的达标。关键词：现场可编程门阵列；直接数字频率合成；微处理器；移相器Abstra

6、ctElectricityiswidelyusedinvariousfieldsasaconvenientenergy．Thedevelopmentofthesocietyputforwardhigherrequestabouttheelectricityquality．Whilingmeasurementandcontrolequipmentusedforthepowerqualityinthepowersystemisincreasingly,theverificationandcalibrationprocessofthe

7、equipmentbecomemoreandmoremultifarious．Intheprocess，thecontradictionbetweenthetraditionalverificationandcalibrationequipmentinfunction，performanceandthecostandalotofpotentialdemandgraduallyrevealed．Powermeasurementandcontrolequipmentwithprefectfunctionandcost-effecti

8、veiscomingintosight．Ithasabroaddevelopmentprospectsandmarketprospects．Thispaperintroducesamodelcanbeusedinelectricpowermeasurementa