TMS320F28335在電網(wǎng)頻率測(cè)量中的應(yīng)用

本文提出了一種基于TMS320F28335 的頻率測(cè)量方法， 用于監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。該方法采用DSP 的eCAP 模塊和通用定時(shí)器對(duì)輸入信號(hào)的上升沿進(jìn)行捕捉， 通過(guò)記錄兩個(gè)上升沿的觸發(fā)時(shí)間得到輸入信號(hào)的頻率。與軟件測(cè)頻方法相比， 其硬件電路簡(jiǎn)單， 可靠性高、實(shí)時(shí)性好。理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明， 該方法測(cè)頻精度高， 很好的滿足了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的要求。

　　 引 言:

　　頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)， 也是判斷電力系統(tǒng)故障的重要依據(jù)。一般情況下， 電力系統(tǒng)的頻率會(huì)隨著負(fù)荷的波動(dòng)而有所變化。在正常情況下電網(wǎng)頻率變化緩慢，即使發(fā)生系統(tǒng)事故， 在很短的時(shí)間內(nèi)( 如一個(gè)工頻周期) 電網(wǎng)頻率的變化量也是較小的。頻率測(cè)量若能不斷實(shí)時(shí)地測(cè)量電網(wǎng)頻率， 所測(cè)量的頻率誤差可減小到很小的程度。

　　數(shù)字頻率的測(cè)量方法主要有： ( 1) 測(cè)量電壓波形某一整數(shù)周波的時(shí)間， 從而計(jì)算頻率; ( 2) 利用波形識(shí)別或曲線擬合技術(shù)來(lái)估算頻率。后一種方法不能很好的抑制諧波分量， 計(jì)算量偏大， 要對(duì)每一周波都進(jìn)行一次計(jì)算， 將會(huì)占用過(guò)多的處理器時(shí)間， 其不能兼顧計(jì)算精度與實(shí)時(shí)性。

　　而前者的測(cè)量精度受電壓過(guò)零點(diǎn)的影響較大。

　　本文提出通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路將電網(wǎng)基波整型成方波，用TMS320F28335( DSP) 的捕捉模塊對(duì)方波上升沿進(jìn)行捕捉的頻率測(cè)量方法， 在一定程度上抑制了電壓過(guò)零點(diǎn)的影響， 有很好的測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性。

　　1 通用定時(shí)器與捕捉模塊

　　TMS320F28335 是指令周期為6. 67 ns。主頻達(dá)150 MHz; 高性能的32 位CPU , 單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元( FPU ) , 采用哈佛流水線結(jié)構(gòu)， 能夠快速執(zhí)行中斷響應(yīng)。 并具有統(tǒng)一的內(nèi)存管理模式。本文提出的測(cè)頻方法主要應(yīng)用TMS320F28335 中的捕獲單元( eCAP) 和通用定時(shí)器( GPT ) 單元。

　　1. 1 通用定時(shí)器

　　通用定時(shí)器是TMS320F28335 常用的PIE 接口， 其核心是計(jì)數(shù)器， 32 位計(jì)數(shù)。通用定時(shí)器有多種工作模式，以滿足不同的需要。每個(gè)定時(shí)器可以獨(dú)立工作， 也可以相互同步工作。可以對(duì)寄存器事先設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

　　全局通用定時(shí)器控制寄存器GPTCON A ( EVA 中) 和GPT CONB( EVB 中) 規(guī)定通用定時(shí)器在不同事件中所采取的操作， 并規(guī)定它們的計(jì)數(shù)方向。為了完成測(cè)頻所需要的功能， 需要設(shè)置GPT 的計(jì)數(shù)寄存器T xCN T、定時(shí)器比較寄存器Tx CMPR、定時(shí)器周期寄存器Tx PR 以及定時(shí)器控制寄存器T xCON ( x = 1, 2, 3, 4) 。

　　1. 2 捕捉模塊

　　eCAP 模塊是一個(gè)完整的捕捉通道， 能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)時(shí)間的捕捉任務(wù)， eCAP 單元結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　圖1 捕捉單元結(jié)構(gòu)

　　TMS320F28335 有6 個(gè)捕捉單元， 分兩組， 每個(gè)捕捉單元都有一個(gè)專用的捕捉輸入引腳， 能夠?qū)斎胍_的電平變化做出反應(yīng)并捕捉電平變化發(fā)生的時(shí)間。當(dāng)引腳電平發(fā)生變化， 觸發(fā)事件將被觸發(fā)： 將指定的通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)值壓到該捕捉單元的兩級(jí)FIFO, 當(dāng)FIFO 的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)大于或等于2 時(shí)觸發(fā)捕捉中斷請(qǐng)求。中斷響應(yīng)可以進(jìn)行頻率的計(jì)算及其相應(yīng)操作。