基于DSP和高速AD的電力系統(tǒng)多通道同步采樣
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1．3 DSP核心部分電路
DSP及其外圍接口電路是整個系統(tǒng)的核心，它由32位浮點DSP、振蕩器+鎖相倍頻器、電壓監(jiān)測及看門狗電路、片外SDRAM、片外Flash、片外鐵電存儲器等電路組成。如圖4所示，電路實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的上電復(fù)位、看門狗、電壓檢測以及擴展管理芯片對系統(tǒng)復(fù)位的功能。
外部的25 MHz振蕩器通過倍頻芯片和二進制計數(shù)器分別對DSP和AD轉(zhuǎn)換器提供同步的150 MHz和3．125 MHz工作時鐘。
DSP在上電復(fù)位以后，首先通過EDMA方式自動加載Flash前1 kB的Bootload程序，在該Bootload程序里寫入后續(xù)加載程序的入口地址，即可實現(xiàn)應(yīng)用程序的自動加載工作。之后對SDRAM進行自檢，以避免SDRAM單元出錯造成工作不正?；驍?shù)據(jù)出錯，同時SDRAM也是DSP存儲A／D采樣數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)運算輸出的中間及最終結(jié)果、通信等數(shù)據(jù)緩存的場所。
FRAM可以實現(xiàn)在失電下保存數(shù)據(jù)，并且讀寫次數(shù)超過1012次，可以實現(xiàn)無延時寫入。該FRAM通過DSP的McBSP接口相連，存儲ADC每個模擬通道的DC偏移、精度修正的數(shù)據(jù)以及運行時的接線方式等參數(shù)。
DSP處理完成的數(shù)據(jù)，通過其內(nèi)部集成的主機接口(HPI)與上位機進行數(shù)據(jù)交互，主機可以通過DMA或EDMA方式隨機或整塊地訪問共享RAM7。
2 采樣系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件設(shè)計基于TMS320C6711D芯片指令集，充分利用其高速，支持浮點運算，流水線操作等特點，采用C語言和匯編語言混合編程，遵循模塊化、自頂向下、逐步細(xì)化的編程思想。程序使用模塊化設(shè)計，主要包括采集模塊、主循環(huán)模塊和HPI交互協(xié)議模塊3大模塊，流程框圖分別如圖5～圖7。
主循環(huán)模塊中首先對DSP的CPU和外設(shè)進行初始化和自檢，DSP在系統(tǒng)初始化以后一直輸出軟件同步信號，由CPLD來判斷選擇ADC的采樣信號為硬件輸出的同步采樣信號還是DSP輸出的采樣信號；并將自檢結(jié)果存放在HPI交互協(xié)議模塊的自檢結(jié)果區(qū)供擴展MCU讀取。
在中斷服務(wù)子程序中，DSP將ADC轉(zhuǎn)換后所得數(shù)據(jù)讀入所分配的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，待總采集時間到后，以數(shù)據(jù)就緒標(biāo)志通知主循環(huán)模塊可以提取數(shù)據(jù)用于計算。主循環(huán)模塊對數(shù)據(jù)進行處理，再調(diào)用各計算子程序，計算電力系統(tǒng)基本量以及電能質(zhì)量其他各項指標(biāo)，并將計算結(jié)果存放在緩沖區(qū)內(nèi)，當(dāng)一個主循環(huán)完成后再將結(jié)果搬運至HPI的數(shù)據(jù)交互區(qū)供擴展MCU進行讀取。程序框圖如圖5～圖7所示。
3 結(jié)束語
本系統(tǒng)已經(jīng)通過各種功能測試，并在國內(nèi)某知名電表公司的電能質(zhì)量監(jiān)測儀產(chǎn)品上成功使用，精確檢測電壓電流有效值、功率、2～50次電壓電流諧波的有效值、相位、電壓波動與閃變、三相不平衡等各項電能質(zhì)量參數(shù)，基本精度達到0．2級，諧波監(jiān)測精度達到A級。該設(shè)計方案使用方便、實時性好、抗干擾能力強、測量精度高、性價比優(yōu)，可在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。
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