基于ARM9電能質(zhì)量監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)采集

1．2 A／D轉(zhuǎn)換
因為在測量電網(wǎng)的三相不平衡參數(shù)時，要用到中性線的電壓和電流，雖然從理論上，可以通過相電壓和相電流算出中性線的電壓和電流值，但是，測量值應該更加接近物理現(xiàn)實。所以，最好同時測量電網(wǎng)中用戶公共連接點的三相電壓、三相電流和中性線的電壓與電流，共計8路模入信號。多路信號的同步采樣可以有效克服因通道轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的相差問題，所以A／D應該選用8路同步采樣芯片。美信公司的MAX1320和MAX1324都是適合上述設計要求的專用芯片，MAX1324的模入電壓范圍為±10 V，比MAX1320芯片的輸入電壓范圍寬。在同樣干擾和噪聲條件下，A／D轉(zhuǎn)換的相對精度會高一些，所以采用MAX1324，它內(nèi)部集成了8個獨立的采樣保持器和8通道的多路開關(guān)，容易實現(xiàn)8路模擬量的瞬時采集，其轉(zhuǎn)換結(jié)果以補碼的形式按順序輸出。
對于一個已經(jīng)給定轉(zhuǎn)換位數(shù)的ADC，它對信號所能離散數(shù)據(jù)位的電平值是確知的，14位MAX125提供214級的離散電平為2×10 V／214≈1．22 mV，相對分辨率可達±0．025％。在國家諧波測量標準中，對于規(guī)定的畸變率，電流的測量精度要求相對高一些，考慮到各種情況，實踐亦證明采用14位的ADC是完全可以滿足諧波測量的設計要求的。
電能質(zhì)量監(jiān)測儀的ARM處理器芯片S3C2410A內(nèi)部還帶有8通道1O位的A／Dc。根據(jù)上述分析可知，10位A／D難以滿足諧波監(jiān)測儀對數(shù)據(jù)采集的要求，而且該A／DC也不具備同步采樣功能。然而在測量電網(wǎng)基波的頻率時，國家標準要求對工頻的測量精度是50±0．01 Hz，這意味著在一個周期內(nèi)，要采集50÷0．0l=5 000個點以上，所以A／D轉(zhuǎn)換時間在20 ms／5 000=4μs以下。頻率測量對幅值的精度要求并不高，只要能夠正常判斷正負值即可。ARM芯片內(nèi)10位A／D的轉(zhuǎn)換速度最高可達500 ksps(2μs)，所以，用以測量電網(wǎng)的基波頻率正合適。這樣，MAX1324和ARM內(nèi)的A／DC分別用作諧波和頻率測量就各盡所能了。
1．3 MAX1324與處理器S3C2410的硬件接口
MAX1l324與處理器S3C2410的接口如圖4所示，MAX1324的模擬供電電壓是5 V，而MAX1324允許的數(shù)字供電電壓范圍為2．7～5．25 V，圖中是3．3 V。這樣，可以不用電平轉(zhuǎn)換而直接與S3C2410的數(shù)字I/O接口相連。

在進行數(shù)據(jù)采集時，操作過程分為以下3步：(1)首先要將MAX1324的工作方式設置為8個通道的瞬時采樣，引腳ALLON接高電平，拉低和時，向數(shù)據(jù)線D0～D7寫入全“1”，這樣8個通道就能都被選中，實現(xiàn)同步ADC；(2)拉低ARM的GPAl2端子，使CONVST引腳為低電平，輸入信號在采樣保持器達到穩(wěn)定的電平后，再由CONVST的上升沿開始啟動A／D，這里的多通道轉(zhuǎn)換是按通道號由低到高的順序進行，當最后一個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)束后，所有通道轉(zhuǎn)換結(jié)束信號跳變?yōu)榈碗娖剑D(zhuǎn)換結(jié)果先儲存于片內(nèi)對應的14位×8的SRAM中；(3)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)，其方式有兩種：一種是查詢方式，MAX1324的引腳接到S3C2410的一個I／0引腳上，S3C2410啟動A／D轉(zhuǎn)換后，不斷地查詢這個I／0引腳是否為低電平，以判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，然后再依次讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號；另一種是中斷方式，MAX1324的引腳直接接到S3C2410的一個外部中斷引腳上，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，則向S3C2410申請中斷，S3C2410就會進入中斷服務程序，依次讀取MAX1324轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。為了提高CPU的使用效率，采用中斷方式，圖4中MAX1324的引腳接到S3C2410的外部中斷EINT3的引腳上。當A／D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，就會向S3C2410的EINT3發(fā)出低電平，當EINT3引腳為低電平時，就會先后向MAX1324的引腳發(fā)出8個讀脈沖，控制選通引腳分時讀取MAX1324轉(zhuǎn)換后的8個通道ADC數(shù)據(jù)。