EP1C6Q在水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用

摘要：狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中已受到越來越多的重視。文章結(jié)合在開發(fā)基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中遇到的實(shí)際問題，提出了一種采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）器件EP1C6Q設(shè)計(jì)的水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，并給出了詳細(xì)的電路組成結(jié)構(gòu)。最后就方案實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題提出了一些應(yīng)注意的事項(xiàng)。

    關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè)；現(xiàn)場(chǎng)總線；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；EP1C6Q

隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大型水輪機(jī)組的自動(dòng)化水平也在不斷提高。而這些設(shè)備一旦發(fā)生故障，將會(huì)給人們的生活和生命財(cái)產(chǎn)造成極大的威脅。因此，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆具有重要意義�，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（ＦＰＧＡ，Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ ）的出現(xiàn)是超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。它具有集成度高、多功能、低功耗、開發(fā)周期短等特點(diǎn)，而且可以很方便地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行在線修改，因此獲得了廣大用戶的青睞，應(yīng)用范圍也越來越廣。本文首先介紹了ＡＬＴＥＲＡ公司推出的低價(jià)位、高性能ＣＹＣＬＯＮＥ系列ＦＰＧＡ器件ＥＰ１Ｃ６Ｑ的特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合在水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)開發(fā)系統(tǒng)中遇到的實(shí)際問題，給出了相應(yīng)的解決方案，最后就開發(fā)過程中遇到的一些實(shí)際問題，提出了筆者自己的看法。

１�。牛校保茫叮训慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)

ＥＰ１Ｃ６Ｑ是ＡＬＴＥＲＡ公司低價(jià)位ＣＹＣＬＯＮＥ系列ＦＰＧＡ的一種。它采用１．５Ｖ內(nèi)核電壓，內(nèi)嵌９２１０６位存儲(chǔ)區(qū)間，可提供兩個(gè)鎖相環(huán)和雙倍數(shù)據(jù)傳輸速率（ＤＤＲ）的接口電路。其具體特點(diǎn)如下：

●采用２４０個(gè)引腳的ＦＰＱＦ封裝形式，能提供１８５個(gè)ＩＯ用戶引腳和５９８０個(gè)邏輯單元。

●具有２０個(gè)４６０８位的ＲＡＭ存儲(chǔ)區(qū)，最高可支持２００ＭＨｚ的數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)均包括單口或雙口ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦＩＦＯ等各類存儲(chǔ)器件，并支持８位、１６位、３２位、３６位等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型。

●片上的鎖相環(huán)電路可以提供輸入時(shí)鐘的１～３２分頻或倍頻、１５６～４１７ｐｓ移相或可變占空比的時(shí)鐘輸出，輸出時(shí)鐘信號(hào)的特性可直接在開發(fā)軟件ＱＵＡＲＴＵＳ２里設(shè)定。經(jīng)過鎖相環(huán)輸出的時(shí)鐘信號(hào)既可以作為內(nèi)部的全局時(shí)鐘，也可以輸出到片外供其它電路使用。

●多功能的ＩＯ結(jié)構(gòu)支持差分和單端輸入，并與３．３Ｖ、３２位、６６ＭＨｚ的ＰＣＩ局部總線兼容；ＩＯ輸出可以根據(jù)需要調(diào)整驅(qū)動(dòng)能力，并具有壓擺率控制、三態(tài)緩沖、總線狀態(tài)保持等功能；整個(gè)器件的ＩＯ引腳分為四個(gè)區(qū)，每一個(gè)區(qū)可以獨(dú)立采用不同的輸入電壓，并可提供不同電壓等級(jí)的ＩＯ輸出。

２　在水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用

水輪機(jī)組的工作效率是系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而機(jī)組的工作效率與當(dāng)前時(shí)刻的轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。轉(zhuǎn)速測(cè)量的關(guān)鍵是對(duì)六十五路脈沖信號(hào)周期的測(cè)量。筆者采用了ＥＰ１Ｃ６Ｑ器件內(nèi)部的６５個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)工作的測(cè)量方法。

２．１ 水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量原理

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