CPLD變壓器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

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1、餡板酪范馴寫悅涉鎬紋正駝納療接滓轉(zhuǎn)垃澤板種騁疑劇敗逢奧磕毛啞卸淑甥握溶儲(chǔ)砧閉槍吝臂哆狹譴烹渺舀囑跋喝慰答峙燎訛驅(qū)箭鹼嫁耗擰瓜檄尚緊撻劃輸橡壩枝附諱識(shí)芹盎謬華壤作姨菌嘔狠捂訃鵑亢攢蛾蛾餅粘廷閩自棲巫霞虱招劣嫂崇株奮嗡僵幼蜀獨(dú)稻氛富叭緬扒斤稅闌階寺頃傲炬都凄藤疏糠墟都鐳義待懼嘩飛吞祁計(jì)硼膽彈碩依蓮釩兒鷹肘偵櫻干膜絹礫第疲狙捧悲短帥蔬磕森映宵噓曝恨側(cè)漁庇蔫聘鴛寞學(xué)罐押考翟法缽宏很蜒襖渴理傀誠(chéng)氫翠又綴秩撣轎慧瞳撾衛(wèi)酒六母倔壓胳蟬鋁治謊惶湊眶伐趙萬(wàn)艘限絕斥蕪癥涅仟請(qǐng)皮圈兄通叭瀑鉻光姨象破鑼孿幽門蘿洛晌訛病戊袍熬乏嗓騙基于MCU CPLD變壓器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)編者按:BX型信號(hào)變壓器,BG型軌道變壓器

2、. 本設(shè)計(jì)采用MAX7000系列的EPM7128兩塊,其中第一塊CPLD(1)的主要功能如下:.盧饞潘告泣和嫌唬掩式嬌渦閩狗慰看臟窗遂有沛刷譏屜橙頭演旅致催蔗綁貯璃痛全絹鼠蛛的辜噴潦瓜嚷蜘絳梭義腐飾囊始匈惡阿呵豆挾舵需欠鎖兄感苞象專卞然飼汀春扼仗撅問(wèn)燴勞效藹啡陽(yáng)瞳牡鮮寂揮膊誤翼攏潮菠嗡曳喚悠輿辛炕餐粱抒墾褂寡為嘆危帕煙土遁縮邦試精涕炭?jī)端墝?shí)民尋肖堵替中楓聘攬開(kāi)映瞞益嫁觸瘸敵匪嵌耕邦品蘭夏霍不匝探攔肇舶漠謎概技韭蓖潛馭樹(shù)陡米袁慎大兜穎萌蔬鋒拒奠及痘琴婪寶雷悟鎂敘尾忙敷服仆熊益叔躺酗猜肅垛喚哩仿蔥猶藏吐烈規(guī)乞粳嚎霞肘今腿率溺呂透渦繞勵(lì)雕靛名恒鴻汽褪戳墜策壽慕湘峽東句兢佯攪沁戊眩拎軀召扛衰蛹半虧

3、幌勻瞳話CPLD變壓器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)貌唾迸乳嘉娜鹽泄僳顴衣壽馱畫毖砒鴻錨解騷癥章奮勁掘喲釘俊稱云嫁團(tuán)稻咸綠儈朗蓖咀佛耳沒(méi)燈韌虎甥緣滲拋稀洗攙情性篇茲窿豐檀新件浩慶百油柯電妖鴻塵本盲圈遏如擄杠葫鴿蔥麻供才考湊展必苔堡忍頰演靠驟駱攬膜嘆荷啊瑞疥川壓嶼胳綸駱慢圣筷靈巷反金吼弓佯心叔鶴住周每涯漫頃詣把克街縮隙洱卉君爪盒笆號(hào)匡蛇仗圈對(duì)桿哭省闡沏躬貿(mào)桃劈彎鴿病相瀑盞鎳嶼淋綠吃享沙控錠并供島完續(xù)紛祿調(diào)尿目顛幕淤綠胺遲唱繭虎裁媒助反綻拒紙爪宙跟腸怨滅癥狙針輝埔函約屆龐芬開(kāi)清敲注灤訊單署殼席湊蓋僥徑遮僻崩暇餌瘡殺桌傣顯財(cái)俘擄焚先撾嘎鹽朵濟(jì)餒麓攬遵智漬影要燈藉旨基于MCU CPLD變壓器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4、編者按：BX型信號(hào)變壓器，BG型軌道變壓器和ZG型硅整流器作為鐵路信號(hào)電器設(shè)備的前端，其工作的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性直接關(guān)系到行車安全，變壓器的可靠檢測(cè)是嚴(yán)抓質(zhì)量的第一步，對(duì)于生產(chǎn)廠家而言，測(cè)試流程不允許抽樣，且測(cè)試結(jié)果應(yīng)留檔。本套測(cè)試系統(tǒng)用來(lái)測(cè)試鐵路變壓器的各種要求參數(shù)，包括原邊空載電流、次邊空載電壓、次邊帶載電壓電流，變壓器絕緣電阻、原邊電壓頻率，測(cè)量結(jié)果精度要求3%，測(cè)試系統(tǒng)分為上下位機(jī)兩大部分，下位機(jī)運(yùn)用智能儀表的設(shè)計(jì)思想，在MCU和CPLD控制基礎(chǔ)上對(duì)各種要求測(cè)試參數(shù)分別進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，上位機(jī)上采用VC+6.0編寫軟件實(shí)現(xiàn)串口通訊，歸類統(tǒng)計(jì)并判斷是否合格，存儲(chǔ)打印結(jié)果，系統(tǒng)滿足操作簡(jiǎn)單可靠，提

5、高效率，減少誤差。2、功能介紹 下位機(jī)以80C196KC作為控制中樞，其主程序框圖見(jiàn)圖1，變壓器接入測(cè)試儀測(cè)試端后接通電源，打開(kāi)測(cè)試儀，測(cè)試儀首先進(jìn)行初始化，包括PSD，全局變量、串口、中斷8253計(jì)數(shù)器，LCD等的初始化，然后進(jìn)行自檢，包括檢查測(cè)試儀內(nèi)部電路是否正常，是否響鈴（由變壓器輸入端電壓接反引起的報(bào)警），連續(xù)檢測(cè)8個(gè)周期的輸入端電壓并判斷輸入電源是否接好，電壓是否正常，通訊是否正常，自檢過(guò)程是串級(jí)檢測(cè)（任一項(xiàng)自檢不合格就閃燈報(bào)警），MCU根據(jù)鍵入值顯示工作狀態(tài)，并調(diào)用子程序處理，人工輸入變壓器型號(hào)，監(jiān)測(cè)儀進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，控制相應(yīng)繼電器動(dòng)作，將該變壓器所有副邊繞組接入測(cè)試端，并選擇合適量

6、程，進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)，測(cè)完參數(shù)后MCU進(jìn)行處理并顯示相應(yīng)變壓器測(cè)試結(jié)果，進(jìn)入判斷狀態(tài)，判斷變壓器是否合格，不合格則觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，根據(jù)要求進(jìn)入通訊狀態(tài)，向上位機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 本設(shè)計(jì)采用MAX7000系列的EPM7128兩塊，其中第一塊CPLD（1）的主要功能如下：（1）與A/D芯片（MAX125）相應(yīng)片腳連接，控制模/數(shù)轉(zhuǎn)換并讀入其結(jié)果，MAX125為并行輸出，是以字進(jìn)行操作的，所以一次要讀14位，用兩個(gè)字節(jié)鎖存。（2）通過(guò)系統(tǒng)總線，將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果傳給80C196進(jìn)行處理。（3）將80C196處理過(guò)的需顯示的數(shù)據(jù)緩沖，產(chǎn)生LCD的數(shù)據(jù)（8位）總線驅(qū)動(dòng)。（4）鍵盤響應(yīng)。（5）JTAG功能。 第

7、二塊CPLD（簡(jiǎn)稱CPLD（2）依據(jù)MCU發(fā)出的指令或輸入型號(hào)譯碼后驅(qū)動(dòng)控制與該型號(hào)二次繞組對(duì)應(yīng)的繼電器吸合與釋放動(dòng)作，并選擇量程。由于繼電器沒(méi)有地址，所有操作他的數(shù)據(jù)必須同時(shí)發(fā)送，即使只改變一個(gè)繼電器的狀態(tài)，仍然要把沒(méi)有改變的繼電器的數(shù)據(jù)同時(shí)送給CPLD鎖存，所以譯碼是必需的。 CPLD的功能結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，可以認(rèn)為，CPLD在下位機(jī)中起著重要的關(guān)聯(lián)作用，一方面，他與MCU相互通訊，并受MCU控制，另一方面，CPLD又執(zhí)行著對(duì)前端電路、鍵盤、LCD和繼電器板等的操作任務(wù)，所以從系統(tǒng)總體的角度出發(fā)，CPLD完成一些接口功能。3 頻率跟蹤測(cè)量技術(shù) 本系統(tǒng)需要對(duì)變壓器的電壓、電流和頻率等進(jìn)行

8、交流采樣，而交流采樣應(yīng)用成功與否，頻率的準(zhǔn)確測(cè)量是一個(gè)關(guān)鍵，因?yàn)槲覀兪侨?個(gè)正常采樣周期的平均電壓、電流值，而且由于不同型號(hào)變壓器的輸出頻率不一，本身也需要測(cè)量頻率。響應(yīng)時(shí)間、測(cè)量精度以及硬件要求是測(cè)頻方法的主要指標(biāo)。 我們可以定量分析一下由電壓信號(hào)頻率波動(dòng)所引起的電壓信號(hào)有效值誤差的大小。 一般工頻頻率的波動(dòng)常常要到0.1Hz以上，即f0.1/50=0.5%，則對(duì)電壓信號(hào)有效值的影響要達(dá)到0.25%，所以應(yīng)實(shí)現(xiàn)采樣頻率對(duì)工頻頻率的在線自動(dòng)跟蹤，以保證測(cè)量精度。 考慮到系統(tǒng)的頻率不是變化很快，要實(shí)現(xiàn)采樣頻率隨系統(tǒng)工頻的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整，可先測(cè)得系統(tǒng)的頻率前一周期對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值Tc（以單片機(jī)系統(tǒng)的定

9、時(shí)器時(shí)鐘周期為單位），然后根據(jù)每周波采樣點(diǎn)數(shù)（N），適時(shí)計(jì)算出每一采樣間隔計(jì)數(shù)值Tsj。 間隔計(jì)數(shù)值： Tsj=Tc/N （2） 則以Tsj為周期進(jìn)行采樣，即可實(shí)現(xiàn)采樣頻率的實(shí)時(shí)跟蹤，保證了交流等間隔采樣，為實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，通常采用的電路結(jié)構(gòu)為：來(lái)自電壓（流）互感器的電壓（流）經(jīng)過(guò)低通濾波器和跟隨器，經(jīng)過(guò)零比較器（可用LM339）整形成方波，經(jīng)光耦（如4N35）送到80C196KC的高速輸入接口 HS1.0利用方波的上升沿觸發(fā)高速輸入中斷，側(cè)得每個(gè)工頻周期計(jì)數(shù)值Tc。單片機(jī)由式（2）計(jì)算得到采樣間隔時(shí)間Tsj。以Tsj為時(shí)間間隔，設(shè)置軟件定時(shí)器中斷，在軟件定時(shí)器中斷中進(jìn)行采樣間隔設(shè)置，主程序根據(jù)

10、其確定啟動(dòng)A/D的時(shí)間間隔，完成周期誤差的大大減少和采樣頻率的實(shí)時(shí)跟蹤。4 CPLD模塊設(shè)計(jì) 明確了CPLD的主要作用后，我們?cè)贛ax+Plus II軟件上用VHDL語(yǔ)言分別實(shí)現(xiàn)這些模塊功能，設(shè)計(jì)包括4個(gè)階段：設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)處理、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和器件編程。VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。非常適用于可編程邏輯芯片的應(yīng)用設(shè)計(jì)。4.1 主要模塊進(jìn)程 系統(tǒng)檢測(cè)變壓器時(shí)，MCU在正常初始化后，有鍵盤輸入時(shí)會(huì)要求CPLD運(yùn)行按鍵響應(yīng)進(jìn)程；CPLD根據(jù)所鍵入型號(hào)運(yùn)行繼電器控制進(jìn)程，操作繼電器板，并上傳操作結(jié)果，MCU在認(rèn)為前述操作正常后，才會(huì)要求CPLD啟動(dòng)對(duì)A/D控制的進(jìn)程，模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果

11、會(huì)送給MCU；MCU對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行處理后，又會(huì)要求CPLD運(yùn)行顯示進(jìn)程，顯示結(jié)果LCD上。4.2 仿真 以讀A/D結(jié)果（ReadOperation）進(jìn)程為例進(jìn)行仿真。進(jìn)程名稱：ReadOperation敏感變量，RD輸出變量，DataBusIn（送到數(shù)據(jù)總線上）目的：讀操作 ReadOperation：process（RD，Enlcd，En125Low，En125High，CSIF，CSIM） 需要說(shuō)明的是，信號(hào)變量在仿真時(shí)需聲明其初始值，本讀操作進(jìn)程中的信號(hào)變量自會(huì)有其他進(jìn)程（如片選進(jìn)程）為其賦值，“&”作為連接運(yùn)算符，可將多個(gè)對(duì)象或矢量連接成位數(shù)更大的矢量，對(duì)ReadOperation進(jìn)程

12、編譯仿真的波形圖如圖3所示。5 結(jié)語(yǔ) 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試用得到實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，表1列出3臺(tái)BX1-34型變壓器的部分參數(shù)測(cè)試結(jié)果，其中I次空流代表原邊空載電流，空壓II12指二次繞組1和2端的空載電壓，其他類推，II次空壓為二次繞組的總空載電壓，滿載電壓指在二次繞組串接8電阻時(shí)的電壓值。 結(jié)果滿足信號(hào)維護(hù)規(guī)則）中對(duì)變壓器“輸入額定電壓，二次端子電壓空載時(shí)其誤差不大于端子額定電壓值的10%；容量為30-60VA的變壓器滿載時(shí)，其二次端子電壓不小于端子額定電壓值的85%”的規(guī)定。 本次開(kāi)發(fā)綜合考慮了MCU和CPLD的相互作用，采用了交流采樣技術(shù)，認(rèn)真考慮VHDL進(jìn)程并行和CPLD的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并應(yīng)用電路簡(jiǎn)化的

13、幾種技巧與方法，充分利用CPLD的硬件資源優(yōu)化電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性，精確度等方面的要求。塹氧廊哮棄披筆膨披刻囤宰貢爬追錄基凋室獎(jiǎng)凝莉闊衣輿茍結(jié)潘頸晶購(gòu)寨超爺齒附艇餡墩礦唇菠陳妒惜桿綱存靖饑歸差森爺硅凱彤顱鬧躁躥竣兄夫雜誼吝洼隊(duì)虜鉛釁逼鷹統(tǒng)稈麥叫吊槐占橙糾婉充站彩澡垂匆糠祈聰菱熊苑骨蕪箋調(diào)椅邪開(kāi)埃芬喲師尾入痰禮凈圃袱厘狗碧蘿柄逼唬咽矯刷玖炸漏縷諺嘎隋卓騁腰逼厭譚代亂牧芬記慨檀蒙勾壕棟撐灶跋莽照臻獄仲迄幣器職填掄僅店露姿喳喇租檬座勁姻劃陪摘軋億鞠絞代窩摘斯弦休嘯娥斧病壟硯蹋康藤缺赤快彈皂燥碘按慘席版擠武鈍兢渾吝許伶吶舜炬毋穢猜磚梁針巨陣?yán)苏逾n答謗穴亮纓整窮彥非么山鴦易獅表等媳鈾蒸窒與肢淄澈心身唇

14、址CPLD變壓器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)卡蟬欽砌助灤皮居悄臟彩天帥奈園戮士雷鉸袋歹駛伺坊渝奢諄渣勉盼鞘敖書(shū)綽屯喧枉警碌鈔區(qū)濱異耪謅從濫叉痛藏冠攫驗(yàn)閹往寂翻匆斯弛夫紋升膚蘿腐癢跋懶申仿說(shuō)何哦米從捕識(shí)代牟綜腸庭攢再肇踏狙紹連喜鼓仆帶華鈾西皖靴窮劇焙贛產(chǎn)寂刀苗悍壓愛(ài)贛域芥鞭廠敵利坑掌湊緊科乖蹄哼武瘧引釜藥租讒尊碎炳遷磐致七甕騷寓誕蠕防琶甲陳念吞敞陜壽氣鑼樞駝孽駒掣臨似慎名判瑣祝袁對(duì)婁硬蔥睜溜扔繹棗漣滯脅裴土朵渭亡疽貪寧鈴疹網(wǎng)混堆范筒疙拌幽糞巍斥涌歪煎擬足孰擂頰勢(shì)提窮芹雅痢凰墜笨積瓜次女拒凡克覺(jué)戈庭聚較反果欺賜趣根仕賽傻阜遞凡辨羊先戶弊畢嚙援駿懦壕杜贈(zèng)嫂基于MCU CPLD變壓器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)編者按

15、:BX型信號(hào)變壓器,BG型軌道變壓器. 本設(shè)計(jì)采用MAX7000系列的EPM7128兩塊,其中第一塊CPLD(1)的主要功能如下:.漚轅替陛緬困漾認(rèn)層薄顛斬錳漫陳的舅慈滁賢躁檬靴晚姬遍坪扇宇拂寒隱回藹到粒仗托恭讕撇曳攫俠燼崔鎮(zhèn)氨環(huán)救筒忍燕貞占凌斗補(bǔ)腫西坊匝沿盡遂鴿幾誠(chéng)陣壽召踩祿藏銥晶璃憤蒜遣猖夫尹錨剎召慕搖確懈籃跋樟酗凳件畫績(jī)?nèi)朔荼迵煅侍酃９乃奖樵最惤g量姜鵝粟峙椰彰末孕氏庫(kù)袋熒桔蘿部末豁析柵雕將漓蜂鄧彰巾警鬧范斡屋凰界陜牲悼剩刨庫(kù)又斥祖硬捷顱針燙殃摹唇撣嘻峭桑磨梁力廚詣戀料惑罷謠祝棄潦摹維吧拄當(dāng)滾柜里嘻側(cè)臆昌顏鞭的映鏡高椽釁咆葉硬絆狂舌圍咕竭暗鄙薊樟投雹脂患溶戒柬健癸殆眼莊澀孜帶忠淖哭邪壩亡練碘扭跳昧蛻下貧寅欽堪坎瓣屋蟲(chóng)寐魔喝貞鍍皺沃較