基于DSP的新型多功能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀表

2.4 其他電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)通信及人機(jī)接口模塊是一個(gè)以單片機(jī)為MCU的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的主要功能是完成DSP運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)再處理，管理輸入輸出設(shè)備，協(xié)調(diào)整個(gè)儀器系統(tǒng)的工作，并使儀器操作方便、顯示直觀。

設(shè)計(jì)采用TI公司超低功耗的MSP430F149單片機(jī)，它具有16 bit RISC結(jié)構(gòu)，16 bit寄存器和常數(shù)寄存器，內(nèi)置乘法器，2個(gè)UART，分段可擦除Flash[4]。

液晶顯示選用128×64點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，具有8 bit標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線，6條控制線及電源線，采用KS0108控制IC。RS485通信電路采用SN65LBC184，并配合快速光耦合器6N137，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。系統(tǒng)按鍵共6個(gè)，分別是“菜單”、“復(fù)位”、“確認(rèn)”、“↑”、“↓”和“返回”。考慮到按鍵操作會(huì)很頻繁，而MSP430F149的 I/O口又比較豐富，所以用帶中斷功能的P2口采用下降沿觸發(fā)的中斷方式來進(jìn)行按鍵編程。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

該儀表的軟件設(shè)計(jì)分為兩部分，一是TMS320VC5402的相關(guān)程序設(shè)計(jì)，其主要功能是：A/D采樣控制、串口數(shù)據(jù)傳輸、大量復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算、FFT 諧波分析、部分事件記錄以及與主控單片機(jī)的通信等；二是MSP430單片機(jī)中的相關(guān)程序，主要功能包括：液晶顯示、按鍵處理、數(shù)字通信、開關(guān)量輸入輸出的實(shí)現(xiàn)等。在編程語言的選擇上，DSP部分采用匯編語言和C語言相結(jié)合的方式[5]，為了保證系統(tǒng)良好的實(shí)時(shí)性，以匯編語言為主，C語言做整個(gè)程序框架進(jìn)程調(diào)度，既保證了程序的易讀性，也兼顧了系統(tǒng)良好的實(shí)時(shí)性。MSP430F149的程序完全基于C語言平臺(tái)開發(fā)，程序簡(jiǎn)單易讀，可移植性好，便于后續(xù)升級(jí)工作。

系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。上電后首先DSP進(jìn)入引導(dǎo)程序并開始系統(tǒng)的初始化，然后，為了使串口能配合AD73360開始工作，要對(duì)DSP的 McBSP串口進(jìn)行設(shè)置，包括對(duì)字長(zhǎng)、允許產(chǎn)生中斷等的設(shè)置。開始工作后串口的時(shí)鐘由AD73360產(chǎn)生，接著由設(shè)置好的串口對(duì)A/D進(jìn)行初始化,打開六路采樣通道,設(shè)置采樣模式等。然后打開INT0等待中斷。INT0由PLL電路產(chǎn)生,由此實(shí)現(xiàn)同步采樣。DSP收到INT0后，打開發(fā)送中斷向A/D發(fā)送采樣指令，并同時(shí)打開數(shù)據(jù)接收中斷開始接收數(shù)據(jù)，采樣后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT諧波分析以及處理后的數(shù)據(jù)傳送與顯示。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖6所示，MCU與DSP 通信流程圖如圖7所示。

儀表的參數(shù)測(cè)試電路已經(jīng)通過試驗(yàn)，可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。該電力參數(shù)監(jiān)測(cè)儀表是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施等設(shè)計(jì)的多功能電力電測(cè)儀表，它以 TMS320VC5402為核心，以MSP430F149為主控芯片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，功能完備，工作穩(wěn)定，可應(yīng)用于科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中。