基于CPLD的水轮发电机组转速监控系统的设计

2.4　转速显示部分

由于水轮发电机组的转速一般在3 000 rpm左右，所以用4个共阴极七段LED数码管构成水轮发电机组的4 b转速数字显示电路。

2.5　控制继电器组

由于水轮发电机组的转速过低或过高都会影响发电系统正常、安全地工作，因此需相应的驱动报警电路和控制电路来保障其工作速度在允许的范围内。

转速的上、下限值设定可根据实际机组的需要从CPLD的I/O功能引脚预置输入，应用VHDL语言描述，将CPLD测得的转速值与预置值比较，超限即送出信号到控制继电器组，使相应的继电器动作，驱动相应的报警电路和控制电路工作。

3　CPLD的配置

本设计中选用的CPLD芯片内部采用SRAM存储配置数据。由于SRAM的数据是易失的，每次系统上电时，必须用配置芯片对其进行配置，只有在配置正确的情况下，系统才能正常工作。因此常采用CPLD器件以外的EPROM，E2PROM或FLASHROM等非易失存储器作为配置芯片，保存配置数据。常用的配置芯片分为一次编程型和可擦除型2种。目前，在可编程逻辑器件的开发阶段多采用可擦写的配置芯片，例如EPC2LC20，最终产品采用不可擦写的配置芯片，例如EPC1441PC8。但可擦除型芯片价格昂贵且擦写次数有限(100次左右)，因此势必增加产品的开发成本。

本次设计中采用单片机与外部串行E2PROM进行被动串行(PS)方式配置，组成配置板来替代一次编程型和可擦除型配置芯片。把配置板插在PS方式下载线的10针插头上，将把配置管脚与单片机的I/O端口相连，对单片机编程仿真PS方式配置时序，将配置数据存入外部E2PROM。由于不同的系统采用的电压不同，所以要求所选取的单片机和串行E2PROM必须支持多电压工作。本设计选用MSP430系列的F1121型单片机，他是一种FLASH型超低功耗16 b单片机，20个管脚，表贴封装(SMT)，体积非常小，内部资源丰富，具有数控晶振，看门狗定时器，3个捕捉/比较寄存器的16 b定时器，2个具有中断功能的8 b并行端口，4 kBROM，256 BRAM。不用附加任何外围电路即可工作，有效地节省了配置电路板的面积。F1121单片机支持多电压工作，可以使配置板适应不同的工作电压。F1121的FLASH型主存储器，通过JTAG控制器可以实现程序代码的下载，实现运行控制和在系统编程。

4　系统功能的VHDL描述

本系统的顶层设计由3个子模块组成，顶层设计图如图2所示。

下面给出测速模块和7段译码模块的VHDL描述，至于上下限比较模块，可根据预置值及具体的控制需要，编制相应的VHDL程序，使模块输出要求的控制信号。