基于DSP和CAN總線的RTU的設(shè)計(jì)

　　由于LF2407A 內(nèi)部集成CAN 總線控制器， 因此不必外加CAN 控制器來實(shí)現(xiàn)CAN 總線的底層協(xié)議， 只需在CAN 輸出端子和物理通道之間加上抗干擾的光隔和CAN 總線收發(fā)器即可。光隔采用TI 的8 腳雙通道高速光隔HCPL2631 ，CAN 收發(fā)器選用PHILIPS 公司的具有多種保護(hù)和抗干擾能力的PCA82C250 差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器作為總線接口， 為了更好的解決射頻干擾問題， 通信介質(zhì)采用屏蔽電纜， 為了克服長(zhǎng)線效應(yīng)， 減小通信介質(zhì)中信號(hào)的反射， 在傳輸線兩端并聯(lián)2 個(gè)120 Ω 的匹配電阻。

　　該通信主控模塊系統(tǒng)有多個(gè)串行口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， 通信實(shí)時(shí)性要求也較高， 利用通用的I/O 口線來構(gòu)成串口在這里不適用， 選用具有四個(gè)異步通信單元的TL16C554A 芯片實(shí)現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換。由于PC、遠(yuǎn)方通信端口都是RS232 端口， 同時(shí)為了能夠與傳統(tǒng)的485 設(shè)備兼容， 因此采用MAX232 芯片，MAX 1482 芯片將TL16C554A 串口輸出信號(hào)的TTL 電平轉(zhuǎn)化成RS232、RS485 電平。

　　為了保持通信主控模塊在功能上具有一定的獨(dú)立性， 選擇自帶T6963C 控制器漢字液晶顯示器模塊和4個(gè)按鍵一起構(gòu)成人機(jī)接口界面。顯示器對(duì)系統(tǒng)的通信狀態(tài)進(jìn)行顯示，4 個(gè)按鍵完成用戶功能的設(shè)定， 包括模塊的地址、各種通信端口的波特率等。X5045 是為了在系統(tǒng)掉電時(shí)將一些系統(tǒng)參數(shù)保存起來， 當(dāng)系統(tǒng)再次起動(dòng)時(shí)就可以重新調(diào)入這些數(shù)據(jù)。擴(kuò)展的高速靜態(tài)RAM 作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和調(diào)試程序存儲(chǔ)空間。

　　3 信號(hào)測(cè)控模塊的電路設(shè)計(jì)

　　信號(hào)測(cè)控模塊的主要采集對(duì)象有： 經(jīng)過外部電壓和電流互感器轉(zhuǎn)化后的0~100 V 標(biāo)準(zhǔn)三相交流電壓和0~5 A 三相相電流； 反映變電站線路狀態(tài)及保護(hù)運(yùn)行的開關(guān)量； 功率表脈沖量。按照信號(hào)的分類， 分別對(duì)應(yīng)于模擬量、開關(guān)量和脈沖量。信號(hào)測(cè)控模塊的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

圖3 信號(hào)測(cè)控模塊的結(jié)構(gòu)原理圖

　　為了保證模擬量測(cè)量的精度和實(shí)時(shí)性， 對(duì)于模擬量的測(cè)量采用交流采樣和硬件電路同步的方法。硬件同步和頻率采樣電路主要由遲滯電壓比較電路、高速光藕、鎖相倍頻電路和脈沖整形電路組成。遲滯比較電路將交流正弦波輸入信號(hào)變?yōu)? ~5 V 的同頻率方波信號(hào)， 高速光耦6N137 將模擬部分和數(shù)字部分電路隔離開，鎖相倍頻電路由鎖相環(huán)電路CD4046 和三片可編程計(jì)數(shù)器芯片MC14522 構(gòu)成128 倍頻器，使輸出信號(hào)頻率為正弦輸入信號(hào)頻率的128 倍，并且跟隨輸入同步變化。MC14522 輸出的同步信號(hào)經(jīng)分壓后， 被送入TMS320LF2407A 的捕獲模塊CAP1、CAP2 用于頻率的測(cè)量。CD4046 輸出的同步倍頻信號(hào)經(jīng)脈寬整形后得到合適的脈沖信號(hào)，接A/D轉(zhuǎn)換器ADS7864 的/HOLDA、/HOLDB、/HOLDC, 選擇輸入的多路開關(guān)并且啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換。ADS7864 是一塊高速（2 μs）、低功耗（50 mW）、單電源（+5 V）工作的雙12 位A/D轉(zhuǎn)換器。它能以500 kHz 的采樣速率同時(shí)進(jìn)行6 通道信號(hào)采樣， 特別適用于電力監(jiān)控系統(tǒng)。ADS7864 的6 路輸入通道可分成3 對(duì)， 測(cè)量電力監(jiān)控應(yīng)用的三相， 并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成LF2407A 所需的數(shù)字信號(hào)， 存放在片內(nèi)6 個(gè)FIFO 寄存器中。為了提高系統(tǒng)的效率， 將ADS7864 的//BUSY信號(hào)接至CPLD， 由其判斷ADS7864 產(chǎn)生三個(gè)/BUSY 信號(hào)后產(chǎn)生一個(gè)中斷， 通知LF2407A 一次性讀走ADS7864 的FIFO 中6個(gè)轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。另外，ADS7864采用雙極性（±5 V） 的輸入， 由于輸入的交流電壓信號(hào)為0~100 V， 電流信號(hào)為0~5 A， 因而需要加上信號(hào)調(diào)理和電平轉(zhuǎn)換電路。