微處理器dsPIC33F在微機(jī)保護(hù)裝置中的應(yīng)用

3．1 存儲器擴(kuò)展及實(shí)時時鐘接口
dsPIC33Fj256GP710內(nèi)部集成30 KB的SRAM用作數(shù)據(jù)存儲空間，256 KB的增強(qiáng)型Flash作為程序或數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由于微機(jī)保護(hù)，存儲保護(hù)定值、事件記錄和故障錄波數(shù)據(jù)都需較大存儲空間，因此該裝置擴(kuò)展1 MB的外部存儲空間，將串行閃速存儲器AT45DB081通過SPI總線同dsPIC33FJ256GP71O相連。AT45DB081的工作電壓為2． 7～3．6 V，在系統(tǒng)重復(fù)擦寫并兼容SPI的Flash存儲器。內(nèi)部有4 096頁，每頁264個字節(jié)，共計(jì)8MB的主存儲器容量以及2個264字節(jié)的SRAM數(shù)據(jù)緩存器。AT45DB081與dsPIC33FJ256GP710的接口設(shè)計(jì)電路如圖3所示。圖3中dsPIC33Fj256GP710的SDO1、SOI1、SCK1分別與 AT45DB081的串行輸入(SI)、串行輸出(SO)和時鐘(SCK)引腳相連，RE4，RE2，RE5，RE6分別與AT45DB081的片選 (CS)、復(fù)位(RESET)、忙閑狀態(tài)(RDY／BUSY)和寫保護(hù)(WP)引腳相連。dsPIC33F通過RE5讀取AT45DB081的忙閑狀態(tài)引腳判斷存儲器是否空閑，若RE5為“1”表示存儲器空閑，否則表示存儲器忙。當(dāng)存儲器空閑時，通過RE4引腳輸出“0”作為存儲器的片選信號，選中存儲器后通過SPI發(fā)送命令字完成對AT45DB081的相應(yīng)讀寫操作。微機(jī)保護(hù)需配置3個定值，且存儲在不同的3個區(qū)間，運(yùn)行時校驗(yàn)其定值是否正確。為此，對 AT45DB081的空間分配如下：定值、控制字、工廠設(shè)置和調(diào)節(jié)系數(shù)共分為4個區(qū)，存儲在AT45DB081的第0～9頁，即第一區(qū)為 AT45DB081的第0，1，2頁，分別存儲保護(hù)裝置的第1，2，3個定值；第二區(qū)為AT45DB081的第3，4，5頁，分別存儲保護(hù)裝置的第1， 2，3個定值；第三區(qū)為AT45DB081的第6，7，8頁，分別存儲保護(hù)裝置的第1．2．3個定值；第4區(qū)為AT45DB081的第9頁，存儲調(diào)節(jié)系數(shù)。事件記錄存儲在AT45DB081的第10～1 000頁。故障錄波數(shù)據(jù)存儲在AT45DB081的第1 001～4 000頁。

PCF8583是串行總線擴(kuò)展方式，通過DSP的I2C時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA完成對PCF8583的參數(shù)設(shè)置、日期和時間讀取等操作，同時 PCF8583具有接口簡單、占用DSP資源少和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并在掉電時仍能進(jìn)行時間計(jì)數(shù)。擴(kuò)展的時鐘器件用來記錄系統(tǒng)的工作時間。除此之外，為避免裝置頻繁讀寫EEPROM，對于保護(hù)裝置頻繁讀寫的信號如事故、預(yù)告、脈沖量、重啟次數(shù)、裝置故障信號及出口標(biāo)志都存放在RAM寄存器，時鐘器件在讀取當(dāng)前時間的同時也調(diào)用這些內(nèi)容，在裝置斷電又重新上電時能夠獲得這些信息。
3．2 基于DMA的A／D轉(zhuǎn)換
dsPIC33FJ256GP710集成32路12 bit高精度的A／D轉(zhuǎn)換模塊，其轉(zhuǎn)換速度可達(dá)1 Ms／s，可靈活設(shè)定采樣通道。采樣模式可選用手動和自動兩種，通道停止采樣并開始轉(zhuǎn)換的方式也有多種，如手動清除SAMP開始采樣、內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)觸發(fā)采樣、定時器Timer3溢出觸發(fā)采樣、中斷引腳INTO觸發(fā)等。其中定時器Timer3溢出觸發(fā)采樣適合保護(hù)裝置的定點(diǎn)采樣。A／D轉(zhuǎn)換采用直接存儲器訪問(DMA)方式。采樣結(jié)束后直接將數(shù)據(jù)存放于DMA RAM(有2 KB空間)，不占用CPU周期。A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束并且數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲于DMA RAM后會產(chǎn)生DMA中斷，寄存器AD1CON2可用于選擇多路采樣結(jié)束后將產(chǎn)生中斷。本裝置共采集15路模擬量，采用自動采樣和Timer3觸發(fā)轉(zhuǎn)換的模式，在每個采樣周期內(nèi)觸發(fā)轉(zhuǎn)換一次，全部15路采樣結(jié)束后產(chǎn)生中斷并一次從DMA RAM區(qū)讀取所有15路數(shù)據(jù)。在這種工作模式下，CPU只需啟動一次A/D轉(zhuǎn)換，在不占用CPU指令周期的情況下，通過DMA方式將采樣數(shù)據(jù)從外設(shè)轉(zhuǎn)存于 RAM中，采樣處理效率大大提高。給CPU空出了足夠的時間來計(jì)算和故障判斷。
3．3 以太網(wǎng)接口的擴(kuò)展
以太網(wǎng)接口擴(kuò)展電路如圖4所示。本裝置采用I／O口模擬SPI實(shí)現(xiàn)主控制器和 ENC28J60的連接，ENC28J60收滿一幀后，通過INT引腳發(fā)中斷信號通知dsPIC33F。SO為主機(jī)讀命令引腳，SI為主機(jī)寫命令引腳。 Microchip公司提供了一組專門針對dsPIC33F系列數(shù)字信號控制器的嵌入式TCP／IP協(xié)議棧CMX-MicroNet，該協(xié)議棧針對 dsPIC33F系列器件的Flash和RAM資源進(jìn)行優(yōu)化，為以太網(wǎng)功能的實(shí)現(xiàn)提供軟件支持。該協(xié)議棧既可以單獨(dú)運(yùn)行也可以嵌入實(shí)時操作系統(tǒng) (RTOS)中使用。Microchip CMX-MicroNet協(xié)議棧采用分層結(jié)構(gòu)，用戶可以在不十分熟悉TCP／IP的情況下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

在主程序中，對dsPIC33F自帶看門狗時間初始化，即需設(shè)置：2個8位的計(jì)數(shù)器WDT Prescaler A、WDT Prescaler B，溢出時間可在2 ms～16 s之間調(diào)整。在對dsPIC33F的定時器初始化中，需考慮dsPIC33FJ256GP710具有9個16位定時器。本裝置軟件使用3個定時器：T1、 T3和T5。其中定時器T1的中斷時間為1 ms，完成時鐘的讀寫、開入量采集、開出量輸出、開關(guān)變位事件記錄等功能。