基于DSP的電力系統(tǒng)測量和檢測裝置
1.總體設(shè)計
整個裝置的硬件配置如圖1所示，由數(shù)據(jù)處理單元（DSP）、人機接口單元和數(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)的存儲和大量的數(shù)學(xué)運算，發(fā)揮其運算能力強的特長；采集單元采用MAX125，實現(xiàn)32通道16路同時、高速、14位分辨率采樣；人機接口單元采用液晶顯示，中文菜單操作。
因為MAX125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DSP的負擔，減少DSP中斷響應(yīng)的次數(shù)，采用了單獨的單片機控制的人機接口單元。DSP與人機接口單元通過RS232進行串行通信。
由于CAN總線結(jié)構(gòu)簡單、通信方式靈活、采用CRC校驗、通訊距離遠、抗干擾能力強、成本低且作為無主網(wǎng)絡(luò)，增減結(jié)點也非常方便等很多優(yōu)點，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
本裝置運行穩(wěn)定可靠，克服了傳統(tǒng)裝置采樣速率不高的缺點，可以實現(xiàn)最高達76K的采樣速率，滿足小波變換對信號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
［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.
整個裝置的硬件配置如圖1所示，由數(shù)據(jù)處理單元（DSP）、人機接口單元和數(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)的存儲和大量的數(shù)學(xué)運算，發(fā)揮其運算能力強的特長；采集單元采用MAX125，實現(xiàn)32通道16路同時、高速、14位分辨率采樣；人機接口單元采用液晶顯示，中文菜單操作。
2.TMS320LF2407A的特點
（1）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時運算能力，同時也給我們實時分析采樣到的信號的暫態(tài)信息提供了條件。
（2）片內(nèi)有高達32K字的FLASH程序存儲器，高達1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM，544字雙口RAM（DARAM），1.5K字單口 RAM（SARAM）。外部可擴展的存儲器總共192K字，64K字程序存儲器，64K字數(shù)據(jù)存儲器，64K字I/O尋址空間。這有利于我們存儲采樣的數(shù)據(jù)，在分析暫態(tài)信息的同時，還提供盡量多的穩(wěn)態(tài)信息。
（3）CAN控制器模塊是一個完整的CAN控制器，它是一個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化系統(tǒng)中。
（4）具有串行通信模塊（SCI），接收器和發(fā)送器是雙緩沖的，每一個都有它自己單獨的使能和中斷標志位，兩者可以獨立工作，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接口模塊進行通信。
（1）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時運算能力，同時也給我們實時分析采樣到的信號的暫態(tài)信息提供了條件。
（2）片內(nèi)有高達32K字的FLASH程序存儲器，高達1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM，544字雙口RAM（DARAM），1.5K字單口 RAM（SARAM）。外部可擴展的存儲器總共192K字，64K字程序存儲器，64K字數(shù)據(jù)存儲器，64K字I/O尋址空間。這有利于我們存儲采樣的數(shù)據(jù)，在分析暫態(tài)信息的同時，還提供盡量多的穩(wěn)態(tài)信息。
（3）CAN控制器模塊是一個完整的CAN控制器，它是一個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化系統(tǒng)中。
（4）具有串行通信模塊（SCI），接收器和發(fā)送器是雙緩沖的，每一個都有它自己單獨的使能和中斷標志位，兩者可以獨立工作，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接口模塊進行通信。
3.MAX125的特點
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14位、轉(zhuǎn)換時間為3μs的逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，一個 2.5V的內(nèi)部電壓基準，一個經(jīng)過緩沖的內(nèi)部電壓基準輸入端，一個內(nèi)部16MHz的時鐘，一組可以同時對4路輸入信號同步采樣的采樣/保持電路。 MAX125每一個采樣/保持電路（T/H）前面有一個2選1的轉(zhuǎn)換開關(guān)，這樣總共有8個輸入信號。
在信號轉(zhuǎn)換中，一個通道的故障狀態(tài)不會影響其他通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在默認模式下，4個采樣保持放大器的輸出從1通道到4通道依次進行轉(zhuǎn)換，當4個通道全部轉(zhuǎn)換完畢后，對外部產(chǎn)生一個中斷信號。也可以通過MAX125的雙向并行口進行編程讓它僅僅轉(zhuǎn)換1、2、3通道，這樣MAX125將一直對特定的通道進行轉(zhuǎn)換，直到對它重新進行編程為止。中斷信號總是在完成最后一次轉(zhuǎn)換后出現(xiàn)。單一通道轉(zhuǎn)換時間為3μs，轉(zhuǎn)換完成后將結(jié)果存儲在芯片內(nèi)部的 4×14bitRAM中。當所有的轉(zhuǎn)換完成以后，可以依次對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個數(shù)據(jù)字。
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14位、轉(zhuǎn)換時間為3μs的逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，一個 2.5V的內(nèi)部電壓基準，一個經(jīng)過緩沖的內(nèi)部電壓基準輸入端，一個內(nèi)部16MHz的時鐘，一組可以同時對4路輸入信號同步采樣的采樣/保持電路。 MAX125每一個采樣/保持電路（T/H）前面有一個2選1的轉(zhuǎn)換開關(guān)，這樣總共有8個輸入信號。
在信號轉(zhuǎn)換中，一個通道的故障狀態(tài)不會影響其他通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在默認模式下，4個采樣保持放大器的輸出從1通道到4通道依次進行轉(zhuǎn)換，當4個通道全部轉(zhuǎn)換完畢后，對外部產(chǎn)生一個中斷信號。也可以通過MAX125的雙向并行口進行編程讓它僅僅轉(zhuǎn)換1、2、3通道，這樣MAX125將一直對特定的通道進行轉(zhuǎn)換，直到對它重新進行編程為止。中斷信號總是在完成最后一次轉(zhuǎn)換后出現(xiàn)。單一通道轉(zhuǎn)換時間為3μs，轉(zhuǎn)換完成后將結(jié)果存儲在芯片內(nèi)部的 4×14bitRAM中。當所有的轉(zhuǎn)換完成以后，可以依次對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個數(shù)據(jù)字。
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DSP的負擔，減少DSP中斷響應(yīng)的次數(shù)，采用了單獨的單片機控制的人機接口單元。DSP與人機接口單元通過RS232進行串行通信。
由于CAN總線結(jié)構(gòu)簡單、通信方式靈活、采用CRC校驗、通訊距離遠、抗干擾能力強、成本低且作為無主網(wǎng)絡(luò)，增減結(jié)點也非常方便等很多優(yōu)點，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
本裝置運行穩(wěn)定可靠，克服了傳統(tǒng)裝置采樣速率不高的缺點，可以實現(xiàn)最高達76K的采樣速率，滿足小波變換對信號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
［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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