现场可编程门阵列fpga的研究.doc
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现场可编程门阵列fpga的研究,现场可编程门阵列fpga的研究页数 80字数 36283摘 要 随着电子技术的不断发展，电子系统的设计方法也发生了很大的变化，传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于eda技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流。大规模可编程逻辑器件cpld和fpga是当今应用最广泛的两类可编程专用集成电路（asic），工程师可以利用...
内容介绍
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现场可编程门阵列FPGA的研究
页数 80 字数 36283
摘 要
随着电子技术的不断发展，电子系统的设计方法也发生了很大的变化，传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流。大规模可编程逻辑器件CPLD和FPGA是当今应用最广泛的两类可编程专用集成电路（ASIC），工程师可以利用它们在办公室或实验室里设计出所需要的专用集成电路，从而大大缩短了产品的上市时间，降低了开发成本。本文主要讲一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)实现三相锁相环(PLL)控制器的数字化方案。在单片FPGA中，采用硬件描述语言VHDL实现了包括d,q坐标变换、PI调节器、压控振荡器(VCO)模块及其它实验用模块的三相锁相环控制算法。基于Simulink的仿真结果显示，在三相电压频率突变时，三相锁相环对输入信号频率和相位锁定时间小于两个基波周期的，稳态误差小。基于FPGA硬件逻辑实现的三相锁相环控制器实验结果表明，在三相电压畸变的输入下，动态和静态特性良好，对非线性负载和测量引起的谐波、直流偏移等干扰也不敏感，这种控制器能够满足柔性速度系统(FACTS)装置对电压和相位信息实时性和准确性的要求。
关键词 变换器 控制器 锁相环控制/现场可编程门阵列
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 选题意义 1
1.2 研究内容及背景 1
1.3 设计结构 2
第2章 FPGA的概述 3
2.1 FPGA的结构与设计工艺 3
2.1.1 FPGA的结构 3
2.1.2 FPGA的设计 5
2.2 FPGA的产品概述及编程与配置 6
2.3 FPGA发展应用的现状及发展趋势 9
2.4 FPGA的设计流程 10
2.4.1 设计输入 11
2.4.2 设计实现 12
2.4.3 器件编程 13
2.4.4 设计校验 13
2.5 面向FPGA的EDA开发流程 14
2.5.1 设计输入 14
第3章 锁相环的原理及分析 15
3.1 三相锁相环的介绍 15
3.1.1 三相锁相环的组成及各模块的介绍 17
3.1.2 鉴相器特性 17
3.1.3 环路滤波器的特性 18
3.1.4 VCO的特性 19
3.2 三相锁相环的工作原理 19
3.3 锁相环路的电路特性及发展概况 25
3.3.1 良好的跟踪特性 25
3.3.2 良好的窄带滤波特性 25
第4章 EDA技术与VHDL及其发展过程 27
4.1 电子设计自动化技术及其发展 28
4.1.1 EDA技术发展概况 29
4.1.2 EDA技术的特点 30
4.1.3 EDA系统构成 31
4.2 电子设计自动化应用对象 32
4.3 硬件描述语言的介绍 34
4.3.1 硬件描述语言VHDL的特点 34
4.3.2 VHDL基本结构简介 38
4.3.3 数字电路的不同设计过程 39
4.3.4 VHDL语言的重要性 41
4.4 部分VHDL设计工具软件使用指南 42
4.4.1 MAX PLUS II开发软件简介 42
4.4.2 设计流程 42
第5章 三相锁相环的FPGA实现结构及其VHDL描述 44
5.1 d-q坐标变换模块设计及其数学模型 44
5.2 PI滤波模块设计及其数学模型 47
5.3 压控振荡器的概述 48
5.3.1 电感电容压控振荡器的研究现状 48
5.3.2 振荡器的基本原理 50
5.4 d-q变换模块和PI调解器模块的VHDL程序 51
5.4.1 d-q坐标变换模块VHDL描述 51
5.4.2 PI滤波的描述 57
结论 62
致谢 64
参考文献 65
附录 66
参考文献
1 求是科技.CPLD/FPGA应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社，2005：1-50
2 路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化.清华大学出版社，2004：71-88
3 罗国新.CMOS集成电路应用设计.福建科学技术出版社，2004：116-180
4 潘松，黄继业.EDA技术与VHDL.清华大学出版社，2005：1-80
5 Muhammad H.Rashid.电力电子技术手册.机械工业出版社，2004：507-520
页数 80 字数 36283
摘 要
随着电子技术的不断发展，电子系统的设计方法也发生了很大的变化，传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流。大规模可编程逻辑器件CPLD和FPGA是当今应用最广泛的两类可编程专用集成电路（ASIC），工程师可以利用它们在办公室或实验室里设计出所需要的专用集成电路，从而大大缩短了产品的上市时间，降低了开发成本。本文主要讲一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)实现三相锁相环(PLL)控制器的数字化方案。在单片FPGA中，采用硬件描述语言VHDL实现了包括d,q坐标变换、PI调节器、压控振荡器(VCO)模块及其它实验用模块的三相锁相环控制算法。基于Simulink的仿真结果显示，在三相电压频率突变时，三相锁相环对输入信号频率和相位锁定时间小于两个基波周期的，稳态误差小。基于FPGA硬件逻辑实现的三相锁相环控制器实验结果表明，在三相电压畸变的输入下，动态和静态特性良好，对非线性负载和测量引起的谐波、直流偏移等干扰也不敏感，这种控制器能够满足柔性速度系统(FACTS)装置对电压和相位信息实时性和准确性的要求。
关键词 变换器 控制器 锁相环控制/现场可编程门阵列
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 选题意义 1
1.2 研究内容及背景 1
1.3 设计结构 2
第2章 FPGA的概述 3
2.1 FPGA的结构与设计工艺 3
2.1.1 FPGA的结构 3
2.1.2 FPGA的设计 5
2.2 FPGA的产品概述及编程与配置 6
2.3 FPGA发展应用的现状及发展趋势 9
2.4 FPGA的设计流程 10
2.4.1 设计输入 11
2.4.2 设计实现 12
2.4.3 器件编程 13
2.4.4 设计校验 13
2.5 面向FPGA的EDA开发流程 14
2.5.1 设计输入 14
第3章 锁相环的原理及分析 15
3.1 三相锁相环的介绍 15
3.1.1 三相锁相环的组成及各模块的介绍 17
3.1.2 鉴相器特性 17
3.1.3 环路滤波器的特性 18
3.1.4 VCO的特性 19
3.2 三相锁相环的工作原理 19
3.3 锁相环路的电路特性及发展概况 25
3.3.1 良好的跟踪特性 25
3.3.2 良好的窄带滤波特性 25
第4章 EDA技术与VHDL及其发展过程 27
4.1 电子设计自动化技术及其发展 28
4.1.1 EDA技术发展概况 29
4.1.2 EDA技术的特点 30
4.1.3 EDA系统构成 31
4.2 电子设计自动化应用对象 32
4.3 硬件描述语言的介绍 34
4.3.1 硬件描述语言VHDL的特点 34
4.3.2 VHDL基本结构简介 38
4.3.3 数字电路的不同设计过程 39
4.3.4 VHDL语言的重要性 41
4.4 部分VHDL设计工具软件使用指南 42
4.4.1 MAX PLUS II开发软件简介 42
4.4.2 设计流程 42
第5章 三相锁相环的FPGA实现结构及其VHDL描述 44
5.1 d-q坐标变换模块设计及其数学模型 44
5.2 PI滤波模块设计及其数学模型 47
5.3 压控振荡器的概述 48
5.3.1 电感电容压控振荡器的研究现状 48
5.3.2 振荡器的基本原理 50
5.4 d-q变换模块和PI调解器模块的VHDL程序 51
5.4.1 d-q坐标变换模块VHDL描述 51
5.4.2 PI滤波的描述 57
结论 62
致谢 64
参考文献 65
附录 66
参考文献
1 求是科技.CPLD/FPGA应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社，2005：1-50
2 路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化.清华大学出版社，2004：71-88
3 罗国新.CMOS集成电路应用设计.福建科学技术出版社，2004：116-180
4 潘松，黄继业.EDA技术与VHDL.清华大学出版社，2005：1-80
5 Muhammad H.Rashid.电力电子技术手册.机械工业出版社，2004：507-520
