基于μC／OS-II的電力參數(shù)監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
電力參數(shù)的頻率測(cè)量方法采用過(guò)零比較器產(chǎn)生方波，然后利用DSP中的捕獲單元CAP，捕獲上升沿或下降沿，通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)算頻率。TMS320LF2407A的事件管理器共有6個(gè)捕獲單元。對(duì)于EVA模塊，與它相關(guān)的捕獲單元引腳有3個(gè)，分別是CAPl、CAP2和CAP3，可以選擇通用定時(shí)器l或2作為其時(shí)基，然而CAPl和CAP2一定要選擇相同的定時(shí)器作為時(shí)基。對(duì)于EVB模塊，與它相關(guān)的捕獲單元引腳也有3個(gè)，分別為CAP4、CAP5和CAP6，可以選擇通用定時(shí)器3或4作為其時(shí)基，然而CAP4和CAP5也一定要選擇相同的定時(shí)器作為時(shí)基。在捕獲單元使能后，輸入引腳上的指令跳變，將所選通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)值裝入到相應(yīng)的FIFO堆棧。與此同時(shí)，相應(yīng)的中斷標(biāo)志位被置位，如果該中斷標(biāo)志沒(méi)有被屏蔽，則外設(shè)中斷將產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。
每當(dāng)將捕獲到的新計(jì)數(shù)值存入到FIFO堆棧時(shí)，捕獲FIFO狀態(tài)寄存器(CAPFIFOx)的相應(yīng)位就進(jìn)行調(diào)整以反映FIFO堆棧新的狀態(tài)。從捕獲單元輸入引腳處發(fā)生跳變到所選通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)值被鎖存之間的延時(shí)需要2個(gè)CPU時(shí)鐘周期。通過(guò)以上方法計(jì)算頻率。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/189002.htm
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件分為執(zhí)行軟件和應(yīng)用軟件，執(zhí)行軟件采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-II。μC／OS-II是一種源碼公開(kāi)、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，并且已經(jīng)通過(guò)了聯(lián)邦航空局(FAA)商用航行器認(rèn)證，符合RTCA(航空無(wú)線電技術(shù)委員會(huì))D0一l78B標(biāo)準(zhǔn)(該標(biāo)準(zhǔn)是為航空電子設(shè)備所使用軟件的性能要求而制定的)。由于μC／OS―II采用多任務(wù)機(jī)制，采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法完成任務(wù)間的調(diào)度，并支持搶占式調(diào)度，通過(guò)任務(wù)調(diào)度和任務(wù)監(jiān)視，系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性和安全性。同時(shí)μC／OS―II具有可裁減的體系結(jié)構(gòu)，并具有內(nèi)存管理、中斷管理和任務(wù)控制塊(TCB)擴(kuò)展的功能，該軟件具有較好的可擴(kuò)展性，因此選擇μC／OS―II作為系統(tǒng)執(zhí)行軟件。
將系統(tǒng)任務(wù)分為模擬量采集任務(wù)、電力參數(shù)計(jì)算任務(wù)、通訊任務(wù)和顯示任務(wù)等，并分配不同的任務(wù)優(yōu)先級(jí)。
當(dāng)確定μC／OS―II中的任務(wù)，并給任務(wù)賦予優(yōu)先級(jí)，系統(tǒng)即可按照μC／OS-II的調(diào)度機(jī)理進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，具體由哪個(gè)任務(wù)工作是由調(diào)度器(scheduler)完成。任務(wù)調(diào)度分為中斷級(jí)調(diào)度和任務(wù)級(jí)調(diào)度，中斷級(jí)調(diào)度由μC／OS―II中的OSIntExt()函數(shù)完成；任務(wù)級(jí)調(diào)度由μC／0S―II中的OSSched()函數(shù)來(lái)完成。系統(tǒng)中，時(shí)間片的產(chǎn)生，通訊接收中斷，A／D轉(zhuǎn)換器采集中斷都是屬中斷級(jí)調(diào)度，其余的任務(wù)均屬任務(wù)級(jí)調(diào)度。
μC／OS―II的任務(wù)調(diào)度機(jī)制：屬于基于優(yōu)先級(jí)的占先式任務(wù)調(diào)度算法，系統(tǒng)中的任務(wù)都有一個(gè)固定的優(yōu)先級(jí)，在任意時(shí)刻內(nèi)核總是將CPU的控制權(quán)分配給就緒狀態(tài)的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，如果系統(tǒng)內(nèi)核在某刻發(fā)現(xiàn)有比當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)處于就緒狀態(tài)，內(nèi)核立即保存上下文，并切換到優(yōu)先級(jí)更高任務(wù)的上下文執(zhí)行。
在實(shí)際應(yīng)用中，首先將實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS―II移植到TMS320LF2407A中，現(xiàn)在關(guān)于μC／OS―II移植到該處理器的源代碼較多，此處不作分析，只將移植時(shí)需用戶自己編寫幾個(gè)函數(shù)列出：①編寫OS_CPU_A．ASM；包括4個(gè)子程序 _OSStartHighRdy()；_OSCtrxSw()；_OSIntCtxsw()和0STickISR()；這需對(duì)處理器的寄存器進(jìn)行操作，所以必須用匯編語(yǔ)言編寫。②編寫0S_CPU_C．C；本文件僅包括OSTaskStkInit()子程序，該函數(shù)模仿TI公司的I$$SAVE庫(kù)函數(shù)對(duì)任務(wù)堆棧初始化。③編寫OS_CPU．H；包括了用#define定義的與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義。有系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型定義，棧增長(zhǎng)方向定義，關(guān)中斷和開(kāi)中斷定義，系統(tǒng)軟中斷的定義等等。④按需配置OS_CFG．H，按需修改CPU中斷向量表和外設(shè)向量表。在成功移植μC／OS一Ⅱ后，就可添加相應(yīng)的應(yīng)用任務(wù)子程序，然后逐個(gè)任務(wù)調(diào)試，最后完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。
4 應(yīng)用
系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中除了實(shí)時(shí)獲得和顯示操作系統(tǒng)的電力參數(shù)以外，可實(shí)現(xiàn)必要的保護(hù)功能。例如在實(shí)現(xiàn)電力線路微機(jī)保護(hù)中，評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能好壞很重要的一項(xiàng)指標(biāo)就是跳閘出口時(shí)間，即從故障發(fā)生時(shí)刻到裝置動(dòng)作輸出跳閘信號(hào)所用的時(shí)間。下面以過(guò)電壓保護(hù)為例分析采用μC／OS―II的保護(hù)裝置對(duì)故障的響應(yīng)速度。
對(duì)于速斷保護(hù)，跳閘出口時(shí)間一般包括等待A／D采樣中斷時(shí)間、A／D采樣時(shí)間、等待保護(hù)中斷時(shí)間、保護(hù)任務(wù)運(yùn)行時(shí)間及保護(hù)繼電器動(dòng)作時(shí)間。其中繼電器動(dòng)作時(shí)間和等待保護(hù)中斷時(shí)間占整個(gè)響應(yīng)時(shí)間的90％，其他幾個(gè)時(shí)間可以忽略。在保護(hù)裝置中采用的繼電器動(dòng)作時(shí)間約為10 ms，等待保護(hù)任務(wù)需5 ms，故理論上講出口時(shí)間為15 ms，表1為實(shí)際測(cè)量中得到的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明2類數(shù)據(jù)基本相符。
5 結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)是基于實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS―II設(shè)計(jì)的電力參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、通訊等方面，具有實(shí)時(shí)性高，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性好，易于在類似的工業(yè)及民用的測(cè)控系統(tǒng)使用。
評(píng)論