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技術(shù)頻道

基于DSP的電力系統(tǒng)測量和檢測裝置

1.總體設(shè)計(jì)
整個(gè)裝置的硬件配置如圖1所示,由數(shù)據(jù)處理單元(DSP)、人機(jī)接口單元和數(shù)據(jù)采集單元等組成。DSP單元主要完成CAN總線通訊、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算,發(fā)揮其運(yùn)算能力強(qiáng)的特長;采集單元采用MAX125,實(shí)現(xiàn)32通道16路同時(shí)、高速、14位分辨率采樣;人機(jī)接口單元采用液晶顯示,中文菜單操作。
2.TMS320LF2407A的特點(diǎn)
 ?。?)高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)使得供電電壓降為3.3V,減小了芯片的功耗;30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns,從而提高了芯片的實(shí)時(shí)運(yùn)算能力,同時(shí)也給我們實(shí)時(shí)分析采樣到的信號(hào)的暫態(tài)信息提供了條件。
 ?。?)片內(nèi)有高達(dá)32K字的FLASH程序存儲(chǔ)器,高達(dá)1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM,544字雙口RAM(DARAM),1.5K字單口 RAM(SARAM)。外部可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器總共192K字,64K字程序存儲(chǔ)器,64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器,64K字I/O尋址空間。這有利于我們存儲(chǔ)采樣的數(shù)據(jù),在分析暫態(tài)信息的同時(shí),還提供盡量多的穩(wěn)態(tài)信息。
 ?。?)CAN控制器模塊是一個(gè)完整的CAN控制器,它是一個(gè)16位的外設(shè)模塊,完全支持CAN2.0B協(xié)議。所以,我們可以通過CAN總線很方便地集成到電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中。
 ?。?)具有串行通信模塊(SCI),接收器和發(fā)送器是雙緩沖的,每一個(gè)都有它自己單獨(dú)的使能和中斷標(biāo)志位,兩者可以獨(dú)立工作,或者在全雙工的方式下工作。我們在此采用串行通信接口與人機(jī)接口模塊進(jìn)行通信。
  
3.MAX125的特點(diǎn)
MAX125是內(nèi)部帶同步采樣保持器的高速多通道14位數(shù)據(jù)采集芯片。芯片包含一個(gè)14位、轉(zhuǎn)換時(shí)間為3μs的逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器,一個(gè) 2.5V的內(nèi)部電壓基準(zhǔn),一個(gè)經(jīng)過緩沖的內(nèi)部電壓基準(zhǔn)輸入端,一個(gè)內(nèi)部16MHz的時(shí)鐘,一組可以同時(shí)對(duì)4路輸入信號(hào)同步采樣的采樣/保持電路。 MAX125每一個(gè)采樣/保持電路(T/H)前面有一個(gè)2選1的轉(zhuǎn)換開關(guān),這樣總共有8個(gè)輸入信號(hào)。
在信號(hào)轉(zhuǎn)換中,一個(gè)通道的故障狀態(tài)不會(huì)影響其他通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在默認(rèn)模式下,4個(gè)采樣保持放大器的輸出從1通道到4通道依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換,當(dāng)4個(gè)通道全部轉(zhuǎn)換完畢后,對(duì)外部產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。也可以通過MAX125的雙向并行口進(jìn)行編程讓它僅僅轉(zhuǎn)換1、2、3通道,這樣MAX125將一直對(duì)特定的通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換,直到對(duì)它重新進(jìn)行編程為止。中斷信號(hào)總是在完成最后一次轉(zhuǎn)換后出現(xiàn)。單一通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為3μs,轉(zhuǎn)換完成后將結(jié)果存儲(chǔ)在芯片內(nèi)部的 4×14bitRAM中。當(dāng)所有的轉(zhuǎn)換完成以后,可以依次對(duì)RD腳施加讀脈沖以讀出內(nèi)部數(shù)據(jù)。4次讀操作依次讀出RAM中的4個(gè)數(shù)據(jù)字。
  因?yàn)镸AX125數(shù)據(jù)總線電平和TMS320LF2407A數(shù)據(jù)總線電平不完全相同,所以采用了總線電平轉(zhuǎn)換芯片sn741vth245a,其中采用讀寫控制信號(hào)控制總線轉(zhuǎn)換方向。
  
4.模塊間的通信
TMS320LF2407A不但具有串行通信模塊,還具有CAN控制器模塊。
為了分擔(dān)DSP的負(fù)擔(dān),減少DSP中斷響應(yīng)的次數(shù),采用了單獨(dú)的單片機(jī)控制的人機(jī)接口單元。DSP與人機(jī)接口單元通過RS232進(jìn)行串行通信。
由于CAN總線結(jié)構(gòu)簡單、通信方式靈活、采用CRC校驗(yàn)、通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、成本低且作為無主網(wǎng)絡(luò),增減結(jié)點(diǎn)也非常方便等很多優(yōu)點(diǎn),所以,在很多方面獲得了廣泛的應(yīng)用。這里,通過CAN總線控制器模塊,我們可以把該部分方便地集成到別的系統(tǒng)中。
 
5結(jié)束語
本裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠,克服了傳統(tǒng)裝置采樣速率不高的缺點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)最高達(dá)76K的采樣速率,滿足小波變換對(duì)信號(hào)處理的采樣速率要求,很大程度地提高了裝置獲取電力系統(tǒng)暫態(tài)信息的能力;14位的采樣精度改善了我們分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)信息的條件。所以,作者相信它可以很好地應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。
 
參考文獻(xiàn)
  [1] 劉和平,等.TMS320LF240x DSP結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2002.
  [2] MAX125數(shù)據(jù)手冊[M].Maxim公司,1998.

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