基于CPLD的水輪發電機組轉速監控系統的設計

2.4　轉速顯示部分

由于水輪發電機組的轉速一般在3 000 rpm左右，所以用4個共陰極七段LED數碼管構成水輪發電機組的4 b轉速數字顯示電路。

2.5　控制繼電器組

由于水輪發電機組的轉速過低或過高都會影響發電系統正常、安全地工作，因此需相應的驅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。

轉速的上、下限值設定可根據實際機組的需要從CPLD的I/O功能引腳預置輸入，應用VHDL語言描述，將CPLD測得的轉速值與預置值比較，超限即送出信號到控制繼電器組，使相應的繼電器動作，驅動相應的報警電路和控制電路工作。

3　CPLD的配置

本設計中選用的CPLD芯片內部采用SRAM存儲配置數據。由于SRAM的數據是易失的，每次系統上電時，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，保存配置數據。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階段多采用可擦寫的配置芯片，例如EPC2LC20，最終產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有限(100次左右)，因此勢必增加產品的開發成本。

本次設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，將配置數據存入外部E2PROM。由于不同的系統采用的電壓不同，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，內部資源豐富，具有數控晶振，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控制器可以實現程序代碼的下載，實現運行控制和在系統編程。

4　系統功能的VHDL描述

本系統的頂層設計由3個子模塊組成，頂層設計圖如圖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，可根據預置值及具體的控制需要，編制相應的VHDL程序，使模塊輸出要求的控制信號。