基于DSP的繼電保護(hù)測試儀信號采集裝置硬件設(shè)計(jì)

摘要：繼電保護(hù)測試儀檢定技術(shù)是檢定繼電保護(hù)測試設(shè)備性能指標(biāo)是否滿足要求的技術(shù)。詳細(xì)介紹基于DSP的繼電保護(hù)測試儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以精確采集繼電保護(hù)測試儀的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，為繼電保護(hù)測試儀檢定裝置的研究提供了良好的基礎(chǔ)。重點(diǎn)描述該采集裝置的硬件組成和電路設(shè)計(jì)，并簡要分析各部分的功能及主要芯片的工作方式。
關(guān)鍵詞：DSP；繼電保護(hù)；數(shù)據(jù)采集；USB

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，目前國內(nèi)使用的繼電保護(hù)測試儀種類繁多，但是由于繼電保護(hù)測試儀自身的性能直接影響著對繼電保護(hù)裝置的評價(jià)，因此測試儀的工作性能和穩(wěn)定性尤為重要。雖然DL／T624-1997《繼電保護(hù)微機(jī)型試驗(yàn)裝置技術(shù)條件》對繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置提出了明確的要求，規(guī)定了定期檢驗(yàn)周期和檢驗(yàn)項(xiàng)目，但因?yàn)闆]有相關(guān)的檢測規(guī)程或規(guī)范，也沒有現(xiàn)成的檢測裝置，這為繼電保護(hù)測試儀的驗(yàn)收和周檢帶來了一定的困難。因此，需要這樣一種數(shù)據(jù)采集裝置來精確采集繼電保護(hù)測試儀的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以便上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而對繼電保護(hù)測試儀進(jìn)行檢定。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集裝置專門用于繼電保護(hù)測試儀器各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集。設(shè)計(jì)選用DSP作為數(shù)據(jù)采集裝置的核心控制器。系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由電壓、電流采樣電路，信號放大，低通濾波，同步信號的獲取與識別，直流取樣，模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及通訊模塊電路等組成。
本方案中，數(shù)據(jù)選擇器選用AD公司生產(chǎn)的AD7502芯片。AD7502芯片為雙四選一數(shù)據(jù)選擇器，因此需要兩片A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行循環(huán)采樣。模／數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選用的是TI公司推出的16位并行高速轉(zhuǎn)換器ADS8515。主控制芯片選用TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320F2812。TMS320F2812是32位定點(diǎn)高速數(shù)字處理器，最高工作頻率150 MHz，該芯片采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有六條獨(dú)立并行的數(shù)據(jù)和地址總線，極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力，32位的累加器、16位的硬件乘法器和輸入、輸出數(shù)據(jù)移位寄存器相結(jié)合，能快速地完成復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算。因此TMS320F2812的計(jì)算速度非常高，可以滿足系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)性要求。

在與上位機(jī)通訊時(shí)，綜合各種因素，本方案選用USB總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)。USB接口芯片選用Philips公司的ISP1581。ISP1581是Philips公司推出的一款高性價(jià)比的USB 2．0接口芯片，它完全遵循USB 2．0規(guī)范，支持7個(gè)IN端點(diǎn)，7個(gè)OUT端點(diǎn)和一個(gè)固定控制IN／OUT端點(diǎn)。ISP1581支持USB 2．0的自檢工作模式和USB 1．1的返回工作模式，可以在高速或全速條件下正常運(yùn)行。 ISP1581內(nèi)部集成有串行接口引擎(SIE)、PIE、8 KB的FIFO存儲器、數(shù)據(jù)收發(fā)器、PLL的12 MHz晶體振蕩器和3．3 V的電壓調(diào)整器。ISP1581與外部微控制器的通信主要通過一個(gè)高速通用并行接口來實(shí)現(xiàn)。它與微控制器的連接有兩種模式：斷開總線模式和通用處理器工作模式。在斷開總線模式下，AD[7:O]為多路復(fù)用的8位地址／數(shù)據(jù)總線，DATA[15:0]為單獨(dú)的DMA數(shù)據(jù)總線；在通用處理器工作模式下，AD[7:0]為單獨(dú)的8位地址線，DATA[15:0]為16位控制器數(shù)據(jù)總線。此時(shí)，DMA將多路復(fù)用到DATA[15:O]控制器的數(shù)據(jù)總線上。本裝置在硬件設(shè)計(jì)中將電路設(shè)計(jì)成通用處理器模式。