如何實現(xiàn)IPC內(nèi)嵌TMS320F206電表校驗的接口？

在進(jìn)行常規(guī)電量測量裝置的校驗中，作為校驗裝置，一定要對電壓、電流的幅值、頻率、相位等進(jìn)行高精度測量，在校驗裝置中采用TI公司DSP器件TMS320F206控制A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字濾波處理，并把濾波處理后的數(shù)據(jù)傳送給微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理，實現(xiàn)了高精度電表校驗的要求。

測量單元的組成及其功能

測量單元是作為系統(tǒng)的高精度標(biāo)準(zhǔn)表，要完成對交/直流電壓、電流的多個電量測量，測量的精度小于0.05級，測量單元采取插卡式設(shè)計，直接插入IPC(工業(yè)控制微機(jī))的ISA總線中使用。本單元結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

其中：A/D轉(zhuǎn)換器采用BB公司的ADS7805，這是16-Bit，轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)100KHz，的高精度轉(zhuǎn)換器，芯片有28腳雙排直插式或貼片式封裝，轉(zhuǎn)換結(jié)果16位并行輸出，啟動轉(zhuǎn)換和讀取上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以同時進(jìn)行，用它完成變換后的電壓、電流信號的A/D轉(zhuǎn)換;雙口RAM采用CY7133-25，它是一個雙邊均16位數(shù)據(jù)位的2KBRAM，兩邊可以分別對片內(nèi)的存儲單元進(jìn)行存取，在電路中分別受DSP和IPC的控制，以實現(xiàn)IPC和TMS320F206之間的數(shù)據(jù)交換;過零比較用LM339，實現(xiàn)對交流v、I的過零檢測，用于獲取計算頻率、相位差等數(shù)據(jù)的信號。

DSP采用的是TI公司的16-bit定點DSP TMS320F206，運算速度40MIPS，是一種低功耗器件，采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，有1條程序總線和3條數(shù)據(jù)總線，流水線操作，有高度并行32-bit算術(shù)邏輯單元、16*16-bit并行硬件乘法器、片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外設(shè)和高度專業(yè)化的指令集，從而使該芯片速度高、操作靈活。片內(nèi)資源還有：內(nèi)部時鐘發(fā)生器，可以對外接時鐘源進(jìn)行*1、*2、*4和/2來產(chǎn)生CPU時鐘;片內(nèi)有RAM4.5K,Flash32K，能夠適合于許多工程應(yīng)用,特別是32K Flash作為程序存儲器，給系統(tǒng)的設(shè)計和程序的調(diào)試帶來很大方便;3個外部中斷INT1、INT2、INT;1個同步串口和一個異步串口;1個軟件可編程定時器;JTAG掃描仿真接口(IEEE標(biāo)準(zhǔn)),用來實現(xiàn)在線仿真測試;具有4個獨立可編程I/O腳(I/O0、I/O1、I/O2、I/O3)，1個輸出腳XF和1個輸入腳/BIO。

由于DSP的取指和執(zhí)行能完全重疊運行,再加上多級流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令和快速的指令周期等結(jié)構(gòu)特點，使得其數(shù)字處理速度大大提高，這也為DSP和外部電路和器件的接口提出了一些新的要求和問題，在設(shè)計DSP應(yīng)用系統(tǒng)時必須要認(rèn)真考慮。

TMS320F206和ISA總線的接口

考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的適時性和相對獨立性，TMS320F206和IPC交換數(shù)據(jù)是通過雙口SRAM實現(xiàn)，接口電路如圖2所示。

這部分電路接口，主要需要考慮解決以下問題：

(1) DSP對雙口SRAM的讀/寫控制

TMS320F206的地址線A0-A10分別和CY7133的A0L-A10L直接相連，F(xiàn)206的16位數(shù)據(jù)線分別和CY7133的IO L0-10直接相連。由于采用了快速雙口SRAM，無需考慮為DSP加入等待狀態(tài)，R//WE直接接RAM的R/W LU和R/W LL進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫控制，CY7133的片選信號/CEL由/DS和A15組合產(chǎn)生，由圖可見TMS320F206對CY7133的尋址范圍為8000H-87FFH。測量單元用了3片TMS320F206組成3路相同的測量電路對三相電路分別測量(圖2中只畫出1路)。

(2) IPC對雙口SRAM的讀/寫控制

IPC通過ISA總線對雙口SRAM的讀/寫控制，直接用存儲器尋址的方法進(jìn)行讀寫。 ISA總線有A0-A19根地址線，可以直接尋址00000-FFFFFH，其中C8000-EFFFFH保留給用戶，可以作為存儲器的擴(kuò)充設(shè)計使用。本電路IPC對雙口SRAM的讀/寫控制中，地址線、數(shù)據(jù)線、存儲器讀(/OE)和寫(/MEMW)控制線的連接如圖2中所示，其譯碼電路譯碼得到的3組地址選擇信號，D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH分別用來作為3路雙口RAM的片選信號。

(3) 避免兩邊對同一單元同時進(jìn)行讀/寫操作

因為DSP和IPC對雙口SRAM的讀/寫是隨機(jī)的，在使用中有可能兩邊同時對SRAM的同一單元進(jìn)行讀寫操作，從而引起讀寫數(shù)據(jù)的錯誤。CY7133兩邊有/BUSY信號，當(dāng)兩邊器件同時訪問同一存儲單元時，信號/BUSY有效，表示有一個訪問沖突發(fā)生。為了能夠處理好訪問沖突，如圖3，/BUSYL信號接TMS320F206的READY引腳，當(dāng)READY為低，表示IPC已經(jīng)在對CY7133的同一單元讀或?qū)?，TMS320F206應(yīng)稍作延時再對該單元操作;三路CY7133的/BUSYR信號經(jīng)過一個與門接到ISA總線的10號中斷IR10，任一路/BUSYR有效，即向IPC發(fā)出中斷，表示DSP已經(jīng)在對SRAM的同一單元讀或?qū)懀琁PC應(yīng)稍作延時再對該單元操作，這樣就實現(xiàn)了TMS320F206和IPC進(jìn)行正常的雙口存儲空間訪問。需要注意，/BUSY引腳必須接上拉電阻才能正常工作(圖中從略)。

DSP和被測量信號的連接

系統(tǒng)的被測量信號主要是電壓、電流的幅值、頻率和相位。頻率和相位測量通過比較器接入TMS320F206的中斷引腳，再配合內(nèi)部的定時器即可以測量和處理，這里不再多述。幅值的測量就是要對已經(jīng)按精度要求和按比例變換減小后的電壓電流信號進(jìn)行精確測量。為了發(fā)揮DSP的特點，對被測信號進(jìn)行高速采樣和濾波處理，用2片ADS7805同時分別對變換后的電壓電流信號采樣和A/D轉(zhuǎn)換，然后讀取并進(jìn)行數(shù)字濾波處理，A/D轉(zhuǎn)換及測量電路如圖3所示。ADS7805轉(zhuǎn)換結(jié)果以補碼表示，最高位為符號，15位數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的實際分辨率可達(dá)到1/32767。由于對A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制和讀取是屬于I/O操作,所以用TMS320F206的I/O控制信號/IS和地址線組合譯碼,電路中，當(dāng)TMS320F206對地址7XXX進(jìn)行操作時，會同時啟動2路ADS7805進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;當(dāng)對地址2XXX進(jìn)行輸入，將讀入被測電 壓v的轉(zhuǎn)換結(jié)果;當(dāng)對地址4XXX進(jìn)行輸入，將讀入被測電流i的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

結(jié)束語

本文接口電路已成功用于高精度電表校驗系統(tǒng),完全改變了傳統(tǒng)的微機(jī)-單片機(jī)的上、下位機(jī)進(jìn)行串行通信的校驗系統(tǒng)方式，充分利用了微機(jī)原有的軟、硬件資源，發(fā)揮了DSP在數(shù)字信號快速處理上的特點和優(yōu)勢，成為生產(chǎn)廠家生產(chǎn)與推廣新一代產(chǎn)品。