自動(dòng)量程切換系統(tǒng)的程控電路設(shè)計(jì)

李永飛 宋會(huì)良 李京華

摘 要 伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的全面進(jìn)程，phase measurement（相位測(cè)量技術(shù)）也得到了一定的發(fā)展，并已應(yīng)用于很多領(lǐng)域，phase measurement在電力系統(tǒng)中應(yīng)用可以精準(zhǔn)的測(cè)出相位，進(jìn)而從根本確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)研究我們提出了一種前沿且有效匹配于phase measurement的電壓信號(hào)量程切換技術(shù)，這從根本深化了phase measurement的精確性，設(shè)計(jì)過(guò)程，我們擇取復(fù)雜可編程邏輯器件芯片實(shí)現(xiàn)了Monostable circuit（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）的功能，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用在電壓信號(hào)的量程切換，進(jìn)而提供了仿真圖形及結(jié)果，把大部分Logic Gates整合至一片復(fù)雜可編程邏輯器件芯片內(nèi)，此設(shè)計(jì)具有響應(yīng)速率高、質(zhì)量輕及高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。而則復(fù)雜可編程邏輯器件采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器、EEPROM、快閃存儲(chǔ)器以及速聯(lián)等編程技術(shù)，從而構(gòu)成了高密度、高速度和低功耗的可編程邏輯器件。文章將以復(fù)雜可編程邏輯器件技術(shù)工頻相位測(cè)量中電壓信號(hào)量程自動(dòng)切換研究作為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上予以深入的探究，相關(guān)內(nèi)容如下所述。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜可編程邏輯器件 相位測(cè)量 電壓信號(hào)量程 自動(dòng)切換

1 自動(dòng)量程切換系統(tǒng)divider resistance電路

輸入電壓較之參考電壓，得到差異化的觸發(fā)信號(hào)，因?yàn)閁i測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)區(qū)間較廣，所以一定利用divider resistance，進(jìn)而將信號(hào)調(diào)整至放大器極限區(qū)間，得到信號(hào)Um。而U則是對(duì)比電壓，U經(jīng)差異化的divider resistance ，和U m予以對(duì)比，因?yàn)閁m是正弦信號(hào)，所以，在U=3.3伏的分壓值不超過(guò)Um狀態(tài)下，其輸出則為負(fù)電壓，在U=3.3伏的分壓值超過(guò)Um的狀態(tài)下，那么輸出則為square signal，因?yàn)樵谙聦匐娐穬?nèi)，通過(guò)輸出電壓作為復(fù)雜可編程邏輯器件的輸入信號(hào)，同時(shí)復(fù)雜可編程邏輯器件的輸入信號(hào)為0～5伏，所以，輸出信號(hào)一定要利用diode與串聯(lián)電阻，使S1，S2，S3，S4的信號(hào)區(qū)間超過(guò)0伏，因此可做為復(fù)雜可編程邏輯器件的輸入信號(hào)，divider resistance原理。

2 自動(dòng)量程切換系統(tǒng)的程控放大電路設(shè)計(jì)

此電路通過(guò)Integrated Operational Amplifier與模擬電子開(kāi)關(guān)所構(gòu)建，其增益控制通過(guò)模擬電子開(kāi)關(guān)的控制單元予以控制。因?yàn)槟M開(kāi)關(guān)的On resistance在各路導(dǎo)通的狀態(tài)下，其大小會(huì)存在一定的偏差，所以，反饋電阻選用Rheostat。這在很大程度上可以深化后續(xù)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)性，設(shè)置一個(gè)Voltage Follower，加強(qiáng)處理信號(hào)的input resistance。

3 自動(dòng)量程切換系統(tǒng)的程控電路設(shè)計(jì)

伴隨LSI的全面發(fā)展，依附于電子文件授權(quán)技術(shù)的復(fù)雜可編程邏輯器件應(yīng)運(yùn)而生，這從根本避免了常規(guī)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中所存在的內(nèi)質(zhì)問(wèn)題，依附于電子文件授權(quán)技術(shù)的復(fù)雜可編程邏輯器件具有編程便捷、穩(wěn)定性佳、功能多元化及開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便等特性，此系統(tǒng)擇取的復(fù)雜可編程邏輯器件即為阿爾特拉公司所生產(chǎn)的 EPM7128SLC84-10芯片，EPM7128SLC84即為MAX7000系列，其可用門(mén)為兩千五百個(gè)，一百二十八個(gè)宏模塊，引腳至引腳的邏輯延時(shí)不超過(guò)十納秒，計(jì)數(shù)裝置工作頻率可超一百四十七兆赫茲。開(kāi)發(fā)軟件擇取MAX-PLUS，此軟件通過(guò)阿爾特拉公司提供。在設(shè)計(jì)過(guò)程，側(cè)重的功能即為在有觸發(fā)信號(hào)狀態(tài)下，輸出高電平，而不存在觸發(fā)信號(hào)的狀態(tài)下，即為低電平。

因?yàn)槭菍?duì)工頻信號(hào)予以電壓的程控放大，所以，擇取可重置Monostable circuit原理，科學(xué)的設(shè)計(jì)τ，能夠使在square wave轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的高電平觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)控制信號(hào)的調(diào)節(jié)功能，使其轉(zhuǎn)換成可用于控制的信號(hào)。

以往的Digital circuit，大多擇取CC14528，CC4098等Monostable circuit集成芯片，此類(lèi)Monostable circuit集成芯片擇取遠(yuǎn)程控制予以定時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，芯片較大，同時(shí)會(huì)因環(huán)境問(wèn)題產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)變化，其穩(wěn)定性較低，此次研究通過(guò)復(fù)雜可編程邏輯器件設(shè)計(jì)出可重置Monostable circuit。Cp是系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，signal是輸入信號(hào)。而output則是輸出信號(hào)，方波傳輸信號(hào)的狀態(tài)下，DFF1輸出區(qū)間Q處于高電平，計(jì)數(shù)器74160予以計(jì)數(shù)處理，在cp信號(hào)上升狀態(tài)下，74160予以計(jì)數(shù)處理，在計(jì)數(shù)到十的時(shí)候，RCO即為高電平，因此使DFF2的輸出端Q清除74160的CLRN信號(hào)，因?yàn)樗O(shè)計(jì)的是可重置觸發(fā)器，所以，將輸入信號(hào)signal與DFF2的輸出信號(hào)Q接至74160的CLRN，因此使signal轉(zhuǎn)換成有效高電平，在此狀態(tài)下均重新復(fù)位計(jì)數(shù)器，電路在加入觸發(fā)信號(hào)的過(guò)程中，其始終保持十個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)。依附于所設(shè)計(jì)的頻率高低，科學(xué)的調(diào)整計(jì)數(shù)器的參數(shù)，使其可以產(chǎn)生穩(wěn)定的控制信號(hào)，因此達(dá)到對(duì)差異化頻率信號(hào)予以控制的目的。

經(jīng)系統(tǒng)編譯，將可重置Monostable circuit保存成control. sym，這樣利于未來(lái)直接調(diào)用，經(jīng)設(shè)計(jì)了可重置Monostable circuit電路，程控控制電路即可輕易實(shí)現(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介

李永飛（1985-），男，陜西省寶雞市人。大學(xué)本科學(xué)歷。助理工程師。主要研究方向?yàn)殡娮友b配、電子測(cè)試、信號(hào)采集。

作者單位

凱邁（洛陽(yáng)）測(cè)控有限公司 河南省洛陽(yáng)市 471009