[毕业设计 论文 精品]基于CPLD的变频器故障保护和显示电路.doc
《[毕业设计 论文 精品]基于CPLD的变频器故障保护和显示电路.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《[毕业设计 论文 精品]基于CPLD的变频器故障保护和显示电路.doc(35页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、基于CPLD的变频器故障保护和显示电路摘要:变频器故障保护电路和显示电路的应用非常广泛,一般可采用电子元件构成,也可采用单片机,但都比较复杂,而且存在调试难、不稳定等情况,而本论文是采用新的设计方法,即采用Electronic Design Automation (EDA)技术来通过软件的方法来实现设计,基于CPLD/FPGA的设计用VHDL语言来设计保护电路,运用自顶向下的设计思想并用VHDL语言编程对各个功能模块进行实现,验证保护电路的正确性和实用性而显示电路采用简单的LED来显示.关键词:变频器;保护电路;VHDL;CPLDBased on the CPLDs inverter circ
2、uit fault protection and displayAbstract:Inverter fault protection circuit and display circuit is very widely used. In general, it can be constituted by electronic components, it also can be constituted by single-chip. But they are more complex and difficult to debug and control, etc. This paper is
3、based on a new design methods, namely, the use of Electronic Design Automation (EDA). In other words, use software technology to achieve the design. Based on CPLD / FPGA design, using VHDL language to design the protection circuit, using the top-down design ideas and VHDL programming language to ach
4、ieve each function module. Thereby,verifying the correctness and practicality of the protection circuit. As for the displaying of circuit, using a simple LED.Keywords:Inverters;Protection circuit;VHDL;CPLD目录1绪论12.EDA与应用软件等方面的基本概况322EDA技术与前景42.3 FPGA/CPLD的基本知识42.3.1 FPGA/CPLD的概况介绍42.3.2 PFGA/CPLD的区别与
5、联系52.3.3 逻辑电路概念62. 4 VHDL语言62.4.1 VHDL语言编程格式62.4.2用VHDL语言对FPGA和CPLD器件进行开发时应注意的事项:72. 5 QuartusII软件的概况93基于EDA技术的变频器故障保护1031设计要求以及总体方案:10311设计要求10312总体方案和设计框图1032 基于EDA技术的变频器故障保护设计11321 信号合成和延时电路模块mand 设计11322 故障记忆和复位模块 ff 设计13323三态门控制模块gate8的设计14324死区时间设置模块dead设计15325变频器故障保护顶层模块protect设计164 外部显示电路设计1
6、85 设计总结19致 谢20参考文献21附录22基于CPLD的变频器故障保护和显示电路05自动化 徐建华指导老师:宁宇 副教授1绪论1.1课题的背景与意义人类社会已进入到高度发达的信息化社会,信息社会的发展离不开电子产品的进步。 现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时,价格却一直呈下降趋势,而且产品更新换代的步伐也越来越快,实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表,目前已进展到深亚微米阶段,可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管;后者的核心就是EDA技术。EDA是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的
7、电子CAD通用软件包,主要能辅助进行三方面的设计工作:IC设计,电子电路设计以及PCB设计。EDA技术的支持,想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的,反过来,生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。 由智能功率模块(IPM)构成的变频器本身具有自动保护功能.保护电路可以实现控制电压欠压保护、过热保护、过流保护和短路保护。如果IPM模块中有一种保护电路动作,IGBT栅极驱动单元就会关断门极电流并输出一个故障信号(F0即IPMF)。各种保护功能具体如下:(1)控制电压欠压保护(uV):IPM使用单一的+15V供电,若供电电压低于125V,且时间超过toff=lOms,发生
8、欠压保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。(2)过温保护(OT):在靠近IGBT芯片的绝缘基板上安装了一个温度传感器,当IPM温度传感器测出其基板的温度超过温度值时,发生过温保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。(3)过流保护(OC):若流过IGBT的电流值超过过流动作电流,且时间超过t。 ,则发生过流保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。(4)短路保护(SC):若负载发生短路或控制系统故障导致短路,流过IGBT的电流值超过短路动作电流,则立刻发生短路保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。当IPM发生UV、OC、OT、SC中任一故障时,其故障输出信号持续时间fm为18ms(SC持续时间会长一些
9、),此时间内IPM会封锁门极驱动,关断IPM;故障输出信号持续时间结束后,IPM内部自动复位,门极驱动通道开放。但是,IPM自身产生的故障信号是非保持性的,如果故障源仍旧没有排除,IPM就会重复自动保护的过程,反复动作。过流、短路、过热保护动作都是非常恶劣的运行状况,应避免其反复动作,因此仅靠IPM 内部保护电路还不能完全实现器件的自我保护。要使系统真正安全、可靠运行,需要辅助的外围保护电路。1.2本课题的研究方法EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是:设计人员按照自顶向下的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成 电路(ASIC)实现
10、,然后采用硬件描述语言(VHDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配 器生成最终的目标器件。这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法,下面介绍与EDA有关的几种方法:(1)自顶向下的设计方法 以前,进行电子设计的基本思路还是选择标准集成电路自底向上(Bottom-Up)地构 造出一个新的系统,这样的设计方法就如同一砖一瓦地建造金字塔,不仅效率低、成本高而且还容易出错。 而高层次设计给我们提供了一种自顶向下(Top-Down)的全新的设计方法,这种设计方法首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错,并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统
11、一级进行验证。然后用综合优化工具 生成具体门电路的网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要 仿真和调试过程是在高层次上完成的,这不仅有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的 浪费,而且也减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次成功率。(2)系统级设计 进入90年代以来,电子信息类产品的开发出现了两个明显的特点:一是产品的复杂程度加深,二是产品的上市时限紧迫。然而电路级设计本质上是基于门级描述的单层次设计,设计的 所有工作(包括设计输入,仿真和分析,设计修改等)都是在基本逻辑门这一层次上进行的,显然 这种设计方法不能适应新的形势,为此引入了一种高层次的电子
12、设计方法,也称为系统级的设计方 法。 - 高层次设计是一种概念驱动式设计,设计人员无须通过门级原理图描述电路,而是 针对设计目标进行功能描述,由于摆脱了电路细节的束缚,设计人员可以把精力集中于创造性的概 念构思与方案上,一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后,EDA系统就能以规则驱动 的方式自动完成整个设计。这样,新的概念得以迅速有效的成为产品,大大缩短了产品的研制周 期。不仅如此,高层次设计只是定义系统的行为特性,可以不涉及实现工艺,在厂家综合库的支持 下,利用综合优化工具可以将高层次描述转换成针对某种工艺优化的网表,工艺转化变得轻松容易。1.3本设计的主要内容VHDL语言的基本结构
13、,介绍了QuartusII并用它进行本文的设计,讨论了变频器故障保护电路和显示电路设计思路、示意图,结构图,流程图及程序仿真图。并用VHDL语言编程对各个功能模块进行实现。将设计在EDA工具QuartusII下进行时序仿真,得到了仿真结果,验证变频器故障保护电路和显示电路设计的正确性和实用性。2.EDA与应用软件等方面的基本概况2.1 EDA的发展回顾近30年电子设计技术的发展历程,可将EDA技术分为三个阶段。(1) 七十年代为CAD阶段,这一阶段人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑和PCB布局布 线,取代了手工操作,产生了计算机辅助设计的概念。(2)八十年代为CAE阶段,与CAD相比,除了纯
14、粹的图形绘制功能外,又增加了电路功能设 计和结构设计,并且通过电气连接网络表将两者结合在一起,以实现工程设计,这就是计算机辅助 工程的概念。CAE的主要功能是:原理图输入,逻辑仿真,电路分析,自动布局布线,PCB后分 析。(3)九十年代为EDA阶段。尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功,但并没有把人从繁重的 设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中,自动化和智能化程度还不高,各种EDA软件界面千 差万别,学习使用困难,并且互不兼容,直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足,人们开始 追求贯彻整个设计过程的自动化,这就是EDA即电子系统设计自动化。2。22EDA技术与前景EDA技术是在电子CA
15、D技术基础上发展起来的计算机软件系统,是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。 现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用。目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都
16、可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术,主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。EDA技术是电子设计领域的一场革命,目前正处于高速发展阶段,每年都有新的EDA工 具问世,我国EDA技术的应用水平长期落后于发达国家,因此,广大电子工程人员应该尽早掌握这 一先进技术,这不仅是提高设计效率的需要,更是我国电子工业在世界市场上生存、竟争与发展的 需要。2.3 FPGA/CPLD的基本知识2.3.1 FPGA/CPLD的概况介绍CPLD(Complex programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)和FPGA(Field p
17、rogrammable Gates Array,现场可编程门阵列)都是可编程逻辑器件,它们是在PAL、GAL等逻辑器件基础上发展起来的。同以往的PAL、GAL相比,FPGA/CPLD的规模比较大,适合于时序、组合等逻辑电路的应用。它可以替代几十甚至上百块通用IC芯片。这种芯片具有可编程和实现方案容易改动等特点。由于芯片内部硬件连接关系的描述可以存放在磁盘、ROM、PROM、或EPROM中,因而在可编程门阵列芯片及外围电路保持不动的情况下,换一块EPROM芯片,就能实现一种新的功能。它具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及实时在检验等优点,因此,可广泛应
18、用于产品的原理设计和产品生产之中。几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD器件。2.3.2 PFGA/CPLD的区别与联系项目FPGACPLD备注结构工艺多为LUT加寄存器结构,实现工艺多为SRAM,也包含Flash,Anti-Fuse等工艺多为乘积项,工艺多为E2CMOS,也包含EEPROM,Flash,Anti-Fuse等不同工艺触发器数量多少FPGA更适合实现时序逻辑,CPLD多用于组合逻辑Pin to pin延时不可预测固定对FPGA而言,时序约束和仿真非常重要规模与逻辑复杂度规模大,逻辑复杂度高,新型器件高达千万门级规模小,逻辑复杂度低成本
19、与价格成本高,价格高成本低,价格低编程与配置一般包含2种,外挂BootRom和通过MCU或DSP等在线编程。多数基本属于RAM型。掉电后程序丢失有两种编程方式,一种是通过编程器烧写ROM,另一种较方便的方式是通过ISP模式。一般为ROM型,掉电后程序不丢失。FPGA掉电后一般将丢失原有逻辑配置,而反熔丝工艺的FPGA,如Actel的某些器件族和目前内嵌Flash或EECMOS的FPGA,如Lattice的XP器件族,可以实现非易失配置方式保密性一般保密性较差好一般的fpga不容易实现加密,但是目前的一些采用flash加sram工艺的新型器件(如littice的xp系列等)在内部嵌入了加载fla
20、sh,能提供更高的保密性互联结构,连线资源分布式,丰富的布线资源集总式,相对布线资源有限Fpga布线灵活,但是时序更难规划,一般需要通过时序约束,静态时序分析,时序仿真等手段提高并验证时序性能适用的设计类型复杂的时序功能简单的逻辑功能2.3.3 逻辑电路概念组合逻辑:电路的输出信号只与该时刻输入信号有关,而与电路原来所处的状态无关。时序逻辑:任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号,还与原电路的状态有关。时序电路的特点是具有记忆元件(最常见的是触发器),具有反馈通道。包括各类触发器,寄存器,各类计数器和顺序脉冲发生器,各类存储器。2. 4 VHDL语言2.4.1 VHDL语言编程格式(1
21、)一个完整的VHDL程序是以下五部分组成的:库(LIBRARY):储存预先已经写好的程序和数据的集合程序包(PACKAGE):声明在设计中将用到的常数、数据类型、元件及子程序实体(ENTITY):声明到其他实体或其他设计的接口,即定义本定义的输入输出端口构造体(ARCHITECTUR):定义实体的实现,电路的具体描述配置(CONFIGURATION):一个实体可以有多个构造体,可以通过配置来为实体选择其中一个构造体。(2)实体实体(ENTITY)是VHDL设计中最其本的组成部分之一(另一个是结构体),VHDL表达的所有设计均与实体有关。实体类似于原理图中的一个部件符号,它并不描述设计的具体功能
22、,只是定义所需的全部输入/输出信号。实体格式如下:ENTITY实体名ISGENERIC(常数名:数据类型:设定值)类属说明PORT端口说明(端口信号名1:模式类型;端口信号名2:模式类型;端口信号名3:模式类型;端口信号名4:模式类型);TYPE语句或常量定义实体申明并行语句实体语句END实体名;(3)结构体所有能被仿真的实体都由结构体(ARCHITECTURE)描述,即结构体描述实体的结构或行为,一个实体可以有多个结构体,每个结构体分别代表该实体功能的不同实现方案。结构体格式:ARCHITECTURE结构体名OF实体名IS定义语句(元件例化);BEGIN并行处理语句;END结构体名;2.4.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 精品 毕业设计 论文 精品基于CPLD的变频器故障保护和显示电路 毕业设计 精品 基于 CPLD 变频器 故障 保护 显示 电路
链接地址:https://www.31doc.com/p-3904231.html