基于fpga三相高精度工频信号源设计与实现

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文摘要工频信号源属于信号发生器技术的一种应用，它被广泛用于电表校验装置中。随着电力计量测试仪表技术的发展，电表校验装置的测试精度要求越来越高，测试内容也越来越丰富，这对电表校验装置中的工频信号源提出了更高的要求。新的要求主要体现在波形参数(幅度、频率和相位)的调节精度、波形的失真度、波形的稳定度、信号源控制的方便性以及控制内容的多样性等方面。基于FPGA(现场可编程门阵列)的三相高精度工频信号源的波形生成方法采用改进后的DDS(直接数字频率合成)技术，较好地改善了信号源生成低频

2、信号时的频率特性，并根据工频信号源的应用环境，实现了符合实际要求的调频、调相、调幅和控制设计。基于FPGA的三相高精度工频信号源分为数字信号发生器部分和控制部分。数字信号发生器部分以FPGA为核心，负责生成三相六路的波形信号，每一路都有用于产生交流电的AC信号和用于控制后级功率放大的DC信号。控制部分以MCU(微控制器)为核心，负责接收控制指令并完成对数字信号源进行参数设置和启停控制。本文通过对信号发生器技术和DDS技术的深入研究，分析了工频信号源生成低频信号时失真度较大的问题，从而设计改进了DDS系统

3、，使之能够生成高频率精度、高稳定性和低失真度的低频波形信号。本文的工作主要包括以下几点：1．介绍了工频信号源在电表校验装置中的作用，以及本课题的研究目的和实际意义。阐述了实现信号发生器的两种常用方法：传统的数字波形合成技术和DDS技术。2．根据现有的DDS技术在生成低频信号时的不足，设计实现了改进的DDS系统，并完成符合实际应用要求的调频、调相、调幅和控制设计。3．设计了工频信号源的硬件电路，主要包括以EP3C10E144为核心的数字信号发生器、以STM32F103RBT6为核心的控制电路和电源供电电路

4、。4．完成了FPGA的逻辑设计。5．完成了STM32单片机的控制程序设计。6．通过在电表校验装置中的实际调试，验证了工频信号源的功能和技术指标，并对本课题所设计的工频信号源作出总结和展望。本课题实现的工频信号源能够达到原定的技术指标要求，特别是在调频性能上表现优异。它能够接收电表校验装置控制指令，生成各种常规要求的三相正弦波信号，还能够生成特殊要求的波形信号用于电表测试。关键字：工频信号源，DDS，FPGA，STM32，电表校验装置杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTAsanapplicatio

5、nofwaveformgenerator，thepowerfrequencysignalsourcehasbeenwidelyusedinthree。phaseACpowersupplyandmetercalibrationdevice．WiththedevelopmentofDowermeasurementtechnology，themeasurementaccuracyofthemetercalibrationdevicehasbecacmemoreprecise，andthemeasurement

6、contenthasbecomemorerich．ThatiSneedamorepreciserpowerfrequencysignalsourceinmetercalibrationdevice．Thenewdemandsforpowerfrequencysignalsourcearereflectedint

7、1etheregulationaccuracyofwaveformparameters(1ikeamplitude，frequencyandphase)，waveformdistortion，t

8、hestabilityofwaveform，theconvenienceofcontrolling，andthediversityoftestcontent．Thehighprecisionthree-phasepowerfrequencysignalsourcebasedonFPGA(FieldProgrammableGateArray)adopttheadvancedDDStechnologythatimprovedthefrequencycharacteristicsoflow-frequency

9、signalhighly．Inaddition，Ithasasetofsuitableimplementforthemodulationofamplitude，frequencyandphasewhichmeettheactualapplicationenvironmentandrequirements．Thissignalsourceisconsistofdigitalwaveformgeneratorpartandcontrolpart