基于CPLD的水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

2.4　轉(zhuǎn)速顯示部分

由于水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速一般在3 000 rpm左右，所以用4個共陰極七段LED數(shù)碼管構(gòu)成水輪發(fā)電機組的4 b轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示電路。

2.5　控制繼電器組

由于水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速過低或過高都會影響發(fā)電系統(tǒng)正常、安全地工作，因此需相應(yīng)的驅(qū)動報警電路和控制電路來保障其工作速度在允許的范圍內(nèi)。

轉(zhuǎn)速的上、下限值設(shè)定可根據(jù)實際機組的需要從CPLD的I/O功能引腳預(yù)置輸入，應(yīng)用VHDL語言描述，將CPLD測得的轉(zhuǎn)速值與預(yù)置值比較，超限即送出信號到控制繼電器組，使相應(yīng)的繼電器動作，驅(qū)動相應(yīng)的報警電路和控制電路工作。

3　CPLD的配置

本設(shè)計中選用的CPLD芯片內(nèi)部采用SRAM存儲配置數(shù)據(jù)。由于SRAM的數(shù)據(jù)是易失的，每次系統(tǒng)上電時，必須用配置芯片對其進行配置，只有在配置正確的情況下，系統(tǒng)才能正常工作。因此常采用CPLD器件以外的EPROM，E2PROM或FLASHROM等非易失存儲器作為配置芯片，保存配置數(shù)據(jù)。常用的配置芯片分為一次編程型和可擦除型2種。目前，在可編程邏輯器件的開發(fā)階段多采用可擦寫的配置芯片，例如EPC2LC20，最終產(chǎn)品采用不可擦寫的配置芯片，例如EPC1441PC8。但可擦除型芯片價格昂貴且擦寫次數(shù)有限(100次左右)，因此勢必增加產(chǎn)品的開發(fā)成本。

本次設(shè)計中采用單片機與外部串行E2PROM進行被動串行(PS)方式配置，組成配置板來替代一次編程型和可擦除型配置芯片。把配置板插在PS方式下載線的10針插頭上，將把配置管腳與單片機的I/O端口相連，對單片機編程仿真PS方式配置時序，將配置數(shù)據(jù)存入外部E2PROM。由于不同的系統(tǒng)采用的電壓不同，所以要求所選取的單片機和串行E2PROM必須支持多電壓工作。本設(shè)計選用MSP430系列的F1121型單片機，他是一種FLASH型超低功耗16 b單片機，20個管腳，表貼封裝(SMT)，體積非常小，內(nèi)部資源豐富，具有數(shù)控晶振，看門狗定時器，3個捕捉/比較寄存器的16 b定時器，2個具有中斷功能的8 b并行端口，4 kBROM，256 BRAM。不用附加任何外圍電路即可工作，有效地節(jié)省了配置電路板的面積。F1121單片機支持多電壓工作，可以使配置板適應(yīng)不同的工作電壓。F1121的FLASH型主存儲器，通過JTAG控制器可以實現(xiàn)程序代碼的下載，實現(xiàn)運行控制和在系統(tǒng)編程。

4　系統(tǒng)功能的VHDL描述

本系統(tǒng)的頂層設(shè)計由3個子模塊組成，頂層設(shè)計圖如圖2所示。

下面給出測速模塊和7段譯碼模塊的VHDL描述，至于上下限比較模塊，可根據(jù)預(yù)置值及具體的控制需要，編制相應(yīng)的VHDL程序，使模塊輸出要求的控制信號。