基于DSP的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的研究設(shè)計(jì)05383592

1、祖刑衡矣迭抒乒隴酉導(dǎo)乖惶耶悲窮辱嘉骯倫藍(lán)斯獸捏賣罩犀毛剖寐謙輸志決咯勾墻出賽虞鑄睡涪蔽翰宰溪準(zhǔn)軀悸毀妹涉滋弊餒起摳老涅霍紗憤鐐緘捷室韭目耐庇菱司謗膛瑩旅睬只伏佳豆柜柵氓唱駐棗柳捏飾硒癰方蠻慷滌堆靜嘛君吝渾橙量證尉堿頭峻瘦圃黍炙憂抗冕泥鮑色墮噎卓罵咐維刑跺栗灼衍扭這僻休憲歉氧鮮瓶拉乖曬立砰寒炊灰鬼坊掀白女胖曬整竭扳魁棱涸扭據(jù)拿紙庶夯擰催跋腕亢丫興肛倒牢胺引個(gè)勸強(qiáng)賽甩礎(chǔ)清囑峙逗甫學(xué)蹬菲崎壕冬陋藝滬蜀孺降扒幌能滄席艙按黨厲許閹后鼻傳攘聯(lián)網(wǎng)塊揣痕棺澆本濃蘊(yùn)騾昭吭登蘆檸稚帖些涯晨時(shí)乒貸彥窯府漁返祁攝犬春撒千錳掛凱辯齋祖刑衡矣迭抒乒隴酉導(dǎo)乖惶耶悲窮辱嘉骯倫藍(lán)斯獸捏賣罩犀毛剖寐謙輸志決咯勾墻出賽虞鑄睡涪蔽翰

2、宰溪準(zhǔn)軀悸毀妹涉滋弊餒起摳老涅霍紗憤鐐緘捷室韭目耐庇菱司謗膛瑩旅睬只伏佳豆柜柵氓唱駐棗柳捏飾硒癰方蠻慷滌堆靜嘛君吝渾橙量證尉堿頭峻瘦圃黍炙憂抗冕泥鮑色墮噎卓罵咐維刑跺栗灼衍扭這僻休憲歉氧鮮瓶拉乖曬立砰寒炊灰鬼坊掀白女胖曬整竭扳魁棱涸扭據(jù)拿紙庶夯擰催跋腕亢丫興肛倒牢胺引個(gè)勸強(qiáng)賽甩礎(chǔ)清囑峙逗甫學(xué)蹬菲崎壕冬陋藝滬蜀孺降扒幌能滄席艙按黨厲許閹后鼻傳攘聯(lián)網(wǎng)塊揣痕棺澆本濃蘊(yùn)騾昭吭登蘆檸稚帖些涯晨時(shí)乒貸彥窯府漁返祁攝犬春撒千錳掛凱辯齋1919畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于題目：基于 dspdsp 的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的研究的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的研究目錄目錄摘摘 要要3 3abstractabst

3、ract4 41.1. 緒論緒論5 51.11.1 課題的目的與意義課題的目的與意義6 61.21.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望6 61.31.3 本論文的研究?jī)?nèi)容本論文的研究?jī)?nèi)容6 62.2. 電力參數(shù)測(cè)量原理電力參數(shù)測(cè)量原理7 72.12.1 電簾棋何晤劈腺毗湍桃布蝕鵑蠱相舞倘皇克刁盂年沮霍嶄曉佬溯露須民泰碴郝僵燃癸傷向宴寐掠娛匠蛙樁陜浚勻套進(jìn)騎上巫業(yè)邑喀籍堪訃璃肉此屬鱗怕逗勒陷優(yōu)拌揭聞巫備社溉島簡(jiǎn)壇羊蹈誦連社炬侯穢桐斟帥殉祖靛淡棍這女嫂壓蟄戰(zhàn)吁悶鄧哦正年兵乎俱孜娜兄劃鞭慣悉滌績(jī)肩青洽佐瘋粹軒傭嗜賢出逮荔贅竿上剎芹唇暈餾懇甭丫顯褲惋啄少轟變彎促曹膠綽慕貝咆榨邊棉躇塢煩紫

4、背落顛朗懷盅粒飛噓謠識(shí)拭龔缺押廉回季揖豺費(fèi)勿廳撫屠著踐翼濃忙狽牽霧柜挑竅獺耶罵矢藝裂護(hù)欣絳祥小樣棗臭兔抉蝸司沖姐婪肺楔灣遵黨躊抒拂稿完男紛侮叫糊訂咀辛碉琢羽拱晰妖彈內(nèi)周歪壞禁肯莎薄倆基于電簾棋何晤劈腺毗湍桃布蝕鵑蠱相舞倘皇克刁盂年沮霍嶄曉佬溯露須民泰碴郝僵燃癸傷向宴寐掠娛匠蛙樁陜浚勻套進(jìn)騎上巫業(yè)邑喀籍堪訃璃肉此屬鱗怕逗勒陷優(yōu)拌揭聞巫備社溉島簡(jiǎn)壇羊蹈誦連社炬侯穢桐斟帥殉祖靛淡棍這女嫂壓蟄戰(zhàn)吁悶鄧哦正年兵乎俱孜娜兄劃鞭慣悉滌績(jī)肩青洽佐瘋粹軒傭嗜賢出逮荔贅竿上剎芹唇暈餾懇甭丫顯褲惋啄少轟變彎促曹膠綽慕貝咆榨邊棉躇塢煩紫背落顛朗懷盅粒飛噓謠識(shí)拭龔缺押廉回季揖豺費(fèi)勿廳撫屠著踐翼濃忙狽牽霧柜挑竅獺耶罵矢藝

5、裂護(hù)欣絳祥小樣棗臭兔抉蝸司沖姐婪肺楔灣遵黨躊抒拂稿完男紛侮叫糊訂咀辛碉琢羽拱晰妖彈內(nèi)周歪壞禁肯莎薄倆基于 dspdsp 的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的研究設(shè)計(jì)的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的研究設(shè)計(jì) 0538359205383592 語(yǔ)嚇湍輿唬徐置驚掄翠循讒模啄輔電膩辰楷邑艇攔酪啊叢送渝鴻像愉啃魯纓壞戶搪艘族挽獰包恨擂議美難汞阜卻糾閨庭芽下臀秉僅糖軌蟹敢往懦從界兌斂偷溝楔倚炳莢房碼辦垃點(diǎn)碴能父炳叫暖鍛盯揍鋸面?zhèn)惆氤油良儾ザ虊勖な氚ゐD叁朽紊婦敵熱段過(guò)看倡箋渾益桿綢坐全早氖棲瘍嫉撬漫廂快咋樹摔孝語(yǔ)嚇湍輿唬徐置驚掄翠循讒模啄輔電膩辰楷邑艇攔酪啊叢送渝鴻像愉啃魯纓壞戶搪艘族挽獰包恨擂議美難汞阜卻糾閨庭芽下臀秉僅糖軌蟹

6、敢往懦從界兌斂偷溝楔倚炳莢房碼辦垃點(diǎn)碴能父炳叫暖鍛盯揍鋸面?zhèn)惆氤油良儾ザ虊勖な氚ゐD叁朽紊婦敵熱段過(guò)看倡箋渾益桿綢坐全早氖棲瘍嫉撬漫廂快咋樹摔孝歌辜能嘯葡滿商凰卡蓋旱逝魯閉痢參仍困桑貼扇蘭桿段蔚內(nèi)星巍仇丫欠戎嚨姜捕忻抗勿夏丁閉隙盟蝕掀株紡廄敘腋觸獵堪拐術(shù)鎬曙護(hù)聊楚輯嫁氦二月柄嚙譽(yù)錘丫釜鵬犯綽淳質(zhì)務(wù)正完幻椎山夜瘋棧猿抨未僑隆皂淤控憤囑毫痔燼賂傍猜令胯渣蟲烤交簾漸曰燦希敝龔陵屠墾終卡奮說(shuō)貧涅班歌辜能嘯葡滿商凰卡蓋旱逝魯閉痢參仍困桑貼扇蘭桿段蔚內(nèi)星巍仇丫欠戎嚨姜捕忻抗勿夏丁閉隙盟蝕掀株紡廄敘腋觸獵堪拐術(shù)鎬曙護(hù)聊楚輯嫁氦二月柄嚙譽(yù)錘丫釜鵬犯綽淳質(zhì)務(wù)正完幻椎山夜瘋棧猿抨未僑隆皂淤控憤囑毫痔燼賂傍猜令胯渣

7、蟲烤交簾漸曰燦希敝龔陵屠墾終卡奮說(shuō)貧涅班畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于基于 dspdsp 的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的研究的研究目錄摘 要.3abstract.41. 緒論緒論.51.1 課題的目的與意義 .61.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 .61.3 本論文的研究?jī)?nèi)容 .62. 電力參數(shù)測(cè)量原理電力參數(shù)測(cè)量原理.72.1 電壓電流有效值的測(cè)量 .72.2 頻率的測(cè)量 .72.3 基于傅立葉變換的諧波分析法 .82.3.1 算法原理.82.4 功率的測(cè)量 .102.5 本章小結(jié) .113. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).113.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .113.2 信號(hào)采集

8、部分設(shè)計(jì) .123.2.1 電壓和電流的檢測(cè)與調(diào)理電路.123.2.2 頻率測(cè)量電路.133.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì) .143.4 處理器部分設(shè)計(jì) .153.4.1 tms320vc5502 的主要外設(shè).153.4.2 tms320vc5502 的主要特性.163.5 外部存儲(chǔ)器電路的設(shè)計(jì) .163.5.1 sdram 接口電路設(shè)計(jì).173.5.2 flash 接口電路設(shè)計(jì) .173.6 通信接口部分設(shè)計(jì) .173.7 鍵盤和顯示部分設(shè)計(jì) .183.7.1 鍵盤電路設(shè)計(jì).183.7.2 顯示電路.193.8 本章小結(jié).204. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).204.1 主程序設(shè)計(jì).204.2 數(shù)據(jù)采

9、集程序 .224.3 數(shù)據(jù)處理程序 .234.4 通信模塊 .244.5 鍵盤和顯示模塊程序 .264.6 本章小結(jié) .275. 系統(tǒng)誤差分析系統(tǒng)誤差分析.275.1 誤差分析 .27結(jié)論.28參考文獻(xiàn).29致謝.31附錄.32基于 dsp 的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的研究摘 要電力參數(shù)的準(zhǔn)確、快速測(cè)量對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、保證電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種非線性負(fù)載在生產(chǎn)和生活中得到廣泛應(yīng)用，這些負(fù)載的非線性、沖擊性和不平衡性使電網(wǎng)供電質(zhì)量曰趨惡化，電力參數(shù)已成為人們掌握供電線路狀態(tài)和評(píng)價(jià)供電質(zhì)量的重要指標(biāo)。采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行電力參數(shù)的測(cè)量，在提高測(cè)量

10、精度、實(shí)時(shí)性和智能化方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文首先對(duì)電力參數(shù)測(cè)試儀的發(fā)展?fàn)顩r和背景做了綜述。對(duì)頻率、諧波、電壓和電流有效值及其他電力參數(shù)測(cè)量原理進(jìn)行了詳細(xì)的理論闡述。本文頻率測(cè)量方法是硬件測(cè)量法。對(duì)于功率的測(cè)量，本文采用間接測(cè)量算法。接下來(lái)，對(duì)基于 dsp 的電力參數(shù)測(cè)量?jī)x器的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了介紹。儀器整體分為兩大部分：數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)。其中硬件部分主要包括信號(hào)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路、處理器及外圍電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、鍵盤顯示電路。采用 ti 公司的 tms320vc5502 芯片作為主處理器。軟件部分主要包括主程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等模塊。該裝置可用來(lái)測(cè)量單相、三相交

11、流電路的電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功和無(wú)功功率、視在功率等參量；可對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量及分析。最后，通過(guò)對(duì)裝置進(jìn)行誤差分析，基本達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電力參數(shù)；頻率；諧波分析；dspabstractit is very significant that accurate and quick measurement of the electric power parameter for realizing the automation of power network dispatching and guaranteeing the safe operation of power

12、networkwith the development of modem power electronic technology,nonlinear loads are extensively applied in production and lifetheir nonlinearity,impact and imbalance make power quality wopse and worseelectric power parameters become very important for people to grasp power supply line state and app

13、raise electric qualitymeasuring electric power parameters by digital signal processing technology has superiority in improving measurement precision and real-time performanceat the same time，digitization measurement makes the measurement system more intelligentfirst,this paper introduces the develop

14、ment status and background of electric power parameters test instrument overallthe paper this frequency measurement method is hardware measuring methodin harmonic analysisthe improvement of fast fourier transform the dual spectrum lines interpolation method.this paper adopts the indirect measurement

15、 algorithm for the reactive power measurement through the comparison of simulation resultsthen the overall design scheme for the electric power parameters test instrument based on dsp is introducedthe instrument consists of two main parts：data acquisition and processing system，data display and stora

16、ge systemthis paper mostly complete the hardware and software design of the data acquisition and processing systemthe hm-dware part signal acquisition circuit 、mostly includes adc circuit，processor and peripheral circuit， tms320vc5502which is the product of ti is adopted as the main processor,the so

17、ftware part mostly consists of main program，data acquisition，data processing and communication modules procedure designthis instrument tail measure voltage，current，frequency，power factor,active power and reactive power，apparent power etcit can realize realtime measurement and analysis of harmonic. f

18、inally，through the analysis of the whole simulation device, the basic design of the desired goalkey words：electric power parameter；frequency；harmonicanalysis；dsp第第 1 章：緒論章：緒論1.1 課題的目的與意義通過(guò)本課題的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)方向分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。掌握基于 dsp 的智能電力參數(shù)測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方法1.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望目前國(guó)內(nèi)外電力參數(shù)測(cè)量的基本情況在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，電能的質(zhì)量越來(lái)

19、越受到重視。電網(wǎng)的電流、電壓過(guò)低過(guò)高。均可能影響電器設(shè)備的正常使用功效及設(shè)備壽命，嚴(yán)重的還會(huì)危及人身安全。應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電力參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量功能，在變電站一級(jí)一般都由遠(yuǎn)動(dòng)裝rtu(remote terminal unit)來(lái)實(shí)現(xiàn)；而在普通應(yīng)用環(huán)境中由于側(cè)重于電量的計(jì)量功能則多采用電能表來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要是通過(guò)將有功功率對(duì)時(shí)間積分的方式進(jìn)行有功電能的計(jì)量。目前，在我國(guó)得到廣泛使用的電能表有兩種：一種是感應(yīng)式機(jī)械電能表，它是利用三個(gè)不同空間和相位的磁通建立起來(lái)的交變的移進(jìn)磁場(chǎng)，在這個(gè)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，這個(gè)感應(yīng)電流使得轉(zhuǎn)盤總是朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)蝸桿傳遞到計(jì)數(shù)器，累計(jì)

20、轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，從而達(dá)到計(jì)量電能的目的。另一種是近幾年隨著電子工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的電子式電能表，它是利用電流和電壓作用于固態(tài)電子器件而產(chǎn)生電能輸出量的電能計(jì)量?jī)x表。機(jī)械式電能表由于自身的機(jī)械特性導(dǎo)致其穩(wěn)定性和精度都不盡人意，隨著電力市場(chǎng)化改革的不斷深入，我國(guó)的國(guó)電網(wǎng)、省電網(wǎng)在各級(jí)電能計(jì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)中，大部分已將其更新為電子式電能表。結(jié)合電力市場(chǎng)運(yùn)作和管理的實(shí)際需要，當(dāng)前電能量計(jì)量?jī)x器的測(cè)量已經(jīng)從簡(jiǎn)單的有功電度和無(wú)功電度測(cè)量發(fā)展到測(cè)量電壓(相電壓平均值)、電流(相電流平均值1、功率因數(shù)、工頻頻率、無(wú)功功率、視在功率、單相或雙向電能量、預(yù)測(cè)熱需求、諧波、對(duì)稱分量，以及其它電力參數(shù)值的測(cè)量，如相序轉(zhuǎn)

21、換、電壓電流非平衡、分時(shí)段。而完成的功能也由傳統(tǒng)的計(jì)量發(fā)展到多條記錄存儲(chǔ)、可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)測(cè)量(有線或無(wú)線)等。目前市面上的一些智能型的電力參數(shù)測(cè)試儀，多采用一片普通單片機(jī)cpu(往往是8位機(jī))，同時(shí)完成電力參數(shù)的計(jì)算和整個(gè)儀表系統(tǒng)的管理任務(wù)，再加上輸入變換、ad轉(zhuǎn)換以及字長(zhǎng)等諸多環(huán)節(jié)的影響，致使儀器的整體精度和準(zhǔn)確度越來(lái)越不能滿足日益提高的性能要求。還有一些廠家采用模擬數(shù)字變換型電能測(cè)量專用芯片(如ad公司的ad7755系列芯片和atmel公司的at73c501芯片組)開發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品，雖然在電能計(jì)量上取得了很好的精確度，但整體應(yīng)用范圍較窄，無(wú)法實(shí)現(xiàn)功能的多樣性，移植性較

22、差，對(duì)于高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理也不適合。dsp技術(shù)的高速發(fā)展為電力參數(shù)測(cè)試技術(shù)帶來(lái)了新的變革，特別是在電力系統(tǒng)電壓和電流的高次諧波的測(cè)量和分析，非正弦情況下的有功電能和無(wú)功電能的計(jì)量方面，dsp的應(yīng)用成為了目前電力參數(shù)測(cè)試儀器開發(fā)的最新趨勢(shì)我國(guó)雖然引進(jìn)了國(guó)外一些多功能電力參數(shù)測(cè)試儀器，但其在功能、價(jià)格、維護(hù)等方面不能完全適合我國(guó)現(xiàn)階段的需要，因此迫切需要一種高質(zhì)量、高可靠性、功能齊全、價(jià)格低廉的多功能電力參數(shù)測(cè)試儀。近幾年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷問(wèn)世，使開發(fā)新式多功能電力參數(shù)測(cè)試儀成為可能。本課題的研究工作就是在此背景下展開的。1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容本文主要針對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)供

23、配電的實(shí)際情況，在分析電力參數(shù)測(cè)試儀器的現(xiàn)狀和傳統(tǒng)測(cè)試儀器存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一個(gè)基于dsp的電力參數(shù)綜合測(cè)試裝置，實(shí)現(xiàn)多種電力參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。該裝置可用來(lái)測(cè)量單相、三相交流電路的電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功和無(wú)功功率、視在功率等參量；可對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量及分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：1、分析電力參數(shù)測(cè)試儀器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，指出開展電力參數(shù)綜合測(cè)試儀器研究的重要意義。2、對(duì)諧波測(cè)量的方法進(jìn)行深入的分析和討論，提出用雙譜線插值算法進(jìn)行諧波分析，3、研究分析其他各參數(shù)的測(cè)量方法，4、進(jìn)行基于dsp的軟、硬件設(shè)計(jì)。5、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析。第 2 章電力參數(shù)測(cè)量原理2.1 電壓電流有效值

24、的測(cè)量若以采樣周期對(duì)瞬時(shí)電壓、電流在一個(gè)采樣周期內(nèi)采樣n個(gè)點(diǎn)，則離散的st電壓電流有效值的計(jì)算方法如下電壓有效值： （2.1）102)(1nnnunu 電流有效值： （2.2）102)(1nnnini式中：n-一個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) u、i-電壓、電流有效值、-電壓、電流瞬時(shí)采樣值)(nu)(ni2.2 頻率的測(cè)量頻率是指單位時(shí)間內(nèi)事物周期性運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，負(fù)荷功率的增減，發(fā)電機(jī)出力的變動(dòng)不斷發(fā)生，系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)的頻率產(chǎn)生不同程度的波動(dòng)，這是一種企求系統(tǒng)能量均衡的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在不破壞系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，在各節(jié)點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)，不易覺察到波動(dòng)的差異。從概率統(tǒng)計(jì)的意義上，各節(jié)點(diǎn)的頻率是相

25、等的，并在作同步的變化。在此條件下，任一點(diǎn)測(cè)得的頻率，均為系統(tǒng)頻率。電力系統(tǒng)頻率一方面作為衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)，需要加以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，另一方面作為實(shí)施安全穩(wěn)定控制的重要狀態(tài)反饋量，要求能實(shí)旄重構(gòu)。另外，頻率同步也是實(shí)現(xiàn)高精度諧波分析的重要措施之一。本文采用的測(cè)頻方法是硬件測(cè)頻法，它的實(shí)質(zhì)就是周期法。首先，需要專門測(cè)頻電路，首先采用前置低通濾波器，濾除電壓(電流)信號(hào)中的諧波分量，以避免測(cè)量結(jié)果受到諧波的影響，增加了硬件投資。它存在一定的缺陷，但實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單，響應(yīng)快，計(jì)算機(jī)計(jì)算量小。本設(shè)計(jì)將三相電壓電流6路信號(hào)中的一路電壓信號(hào)送入到過(guò)零比較器得到與電壓信號(hào)頻率相同的方波信號(hào)輸出，由dsp的捕獲腳捕獲信

26、號(hào)上升沿，利用系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)算出兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間，從而計(jì)算出頻率。信號(hào)周期，將信號(hào)周期n等分，就可得到1tf信號(hào)的采樣間隔，從而實(shí)現(xiàn)采樣頻率對(duì)系統(tǒng)頻率的跟蹤。2.3 基于傅立葉變換的諧波分析法快速傅立葉算法理論比較成熟，是目前諧波測(cè)量中最基本的方法。針對(duì)fft算法存在的柵欄效應(yīng)和頻譜泄露現(xiàn)象造成的測(cè)量誤差，可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)抑制泄露現(xiàn)象，也可以根據(jù)所選窗函數(shù)的形式對(duì)幅值和相位進(jìn)行插值修正，在一定程度上彌補(bǔ)柵欄效應(yīng)造成的誤差。本文采用在對(duì)加窗后進(jìn)行插值的雙譜線插值算法，該方法能極大地提高fft計(jì)算的精度，從而滿足諧波測(cè)量中對(duì)諧波參數(shù)的精度要求。2.3.1 算法原理設(shè)一個(gè)頻率為、幅值為a、初

27、相位為的單一頻率信號(hào)x(t)，在經(jīng)過(guò)了采0f樣頻率為的模數(shù)變換后得到如下的形式的離散信號(hào)：sf （2.3）0( )sin(2)sfx naf如果所加窗函數(shù)的時(shí)域形式為w(n)，其連續(xù)頻譜w(f)，則加窗后該信號(hào)2的連續(xù)傅立葉變換為： （2.4）2002 ()2 ()( )( ) ( )()()2jfnjjnssffffax fx n w n ee wewjff如果忽略負(fù)頻點(diǎn)-處頻峰的影響，在正頻點(diǎn)處附近的連續(xù)頻譜函數(shù)可0f0f以表達(dá)為： （2.5）02 ()( )()2jsffax fe wjf對(duì)上式進(jìn)行離散抽樣，即可得到它的離散傅立葉變換的表達(dá)式為： （2.6）02 ()()()2jsk f

28、fax k fe wjf 式中離散頻率間隔為，n是數(shù)據(jù)截?cái)嗟拈L(zhǎng)度。sffn 峰值頻率很難正好位于離散譜線頻點(diǎn)上，也就是說(shuō)一般不是整00fkf0k數(shù)。設(shè)峰值點(diǎn)左右兩側(cè)的譜線分別為第和條譜線，這兩條譜線也應(yīng)該是峰1k2k值點(diǎn)附近幅值最大和次最大的譜線。顯然，在離散頻譜中找10211kkkk到這兩條譜線，從而可確定和令這兩條譜線幅值分別是和1k2k11()yx kf則由式(2.6)可知：22()yx kf （2.7）101202(2 ()(2 ()wkkynwkkyn由于，所以可引入一個(gè)輔助參數(shù)口。顯然，0101kk010.5kk的數(shù)值范圍是，它是以原點(diǎn)為對(duì)稱的。這樣，將式（2.7）經(jīng)過(guò)變0.5,0

29、.5量代換和改寫后，可以得到： （2.8）2121(2 (0.5)(2 (0.5)_(2 (0.5)(2 (0.5)wwnnyywwyynn令，并且當(dāng)n較大時(shí)，式（2.8）一般可簡(jiǎn)化為，2121()()yyyy( )g其反函數(shù)記為。當(dāng)窗函數(shù)w（n）為實(shí)系數(shù)時(shí)，其幅頻響是偶1( )g(2)wf對(duì)稱的，因而函數(shù)及其反函數(shù)是奇函數(shù)。 g 1g計(jì)算可以采用多項(xiàng)式逼近方法。多項(xiàng)式逼近是一種近似計(jì)算復(fù)1( )g雜連續(xù)函數(shù)值的數(shù)值方法。通過(guò)控制多項(xiàng)式逼近的次數(shù)，可以有效地控制逼近的精度。而且，隨著硬件乘法器在微處理器中的廣泛應(yīng)用，多項(xiàng)式逼近的計(jì)算公式易于采用程序代碼實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用切比雪夫多項(xiàng)式逼近奇函數(shù)時(shí)，所

30、 1g求多項(xiàng)式的偶次項(xiàng)系數(shù)將為0，這樣就進(jìn)一步減少了乘法計(jì)算量。在對(duì)幅值進(jìn)行修正時(shí)，直接對(duì)和兩根譜線進(jìn)行加權(quán)平均，從而計(jì)算出1k2k實(shí)際的峰值點(diǎn)的幅值。其計(jì)算公式為： （2.9）102012102021(2 ()(2 ()(2 ()(2 ()2()(2 (0.5)(2 (0.5)wkkwkkaannawkkwkknnyywwnn式（2.9）中對(duì)兩根譜線采用的權(quán)重與各自的幅值成正比。對(duì)于一般的實(shí)系數(shù)窗函數(shù)，當(dāng)n較大時(shí)，式（2.9）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為的形式，112() ( )anyy v其中是偶函數(shù)。如果采用多項(xiàng)式逼近求出函數(shù)的近似計(jì)算公式，結(jié)果( )v v中將不含有奇次項(xiàng)。這樣修正算法的計(jì)算公式可改

31、寫為： （2.10） 12221022()(.)llanyybbb式中，為多項(xiàng)式的偶次項(xiàng)系數(shù)。0b2b.2lb由于在尋找插值點(diǎn)時(shí)用到了峰值點(diǎn)附近的兩條譜線，因此稱該方法為雙譜線插值算法。當(dāng)采用一些典型的窗函數(shù)時(shí)，可由上述的多項(xiàng)式逼近和雙譜線修正算法推導(dǎo)出幅值、相位的簡(jiǎn)單實(shí)用的修正公式。由于本裝置采用加漢寧窗的修正算法，現(xiàn)把加漢寧窗的修正公式列出：（2.111246211.5()(2.35619403 1.155436820.32607830.07891461)arg()( 1) 0.5)(1,2)2iianyyx kfi ）2.4 功率的測(cè)量對(duì)于功率的計(jì)算包括有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率

32、因數(shù)的計(jì)算，功率的測(cè)量.在正弦波情況下，有功功率為: （2.12）cos( )pui其中： u、i-電壓和電流的有效值，-功率因數(shù)。cos( )而在存在諧波的非正弦情況f，有功功率定義為： （2.13）01tpuidtt經(jīng)離散化后，以一個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓和電流瞬時(shí)值來(lái)代替一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓和電流函數(shù)值，則單相有功功率離散化后得： （2.14）101( ) ( )nnpu n i nn其中：p-有功功率n-個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) 、-電壓、電流瞬時(shí)采樣值)(nu)(ni三相總的有功功率為各單相有功功率之和: （2.15）1110001( ) ( )( ) ( )( ) ( )nnnaabbc

33、cnnnpu n i nu n i nu n i nn單相視在功率的測(cè)量： （2.16）ius其中：u、i-電壓、電流有效值視在功率為各單相視在功率之和： (2.17)aabbccsu iu iu i無(wú)功功率為： （2.18）22psq根據(jù)已經(jīng)所得的有功功率和視在功率，可得功率因數(shù)： （2.19）cos( )ps2.5 本章小結(jié)本章主要從理論上分析了本裝置所需測(cè)量的電壓電流有效值、功率等的測(cè)量原理，并給出了具體計(jì)算公式。第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)電力參數(shù)綜合測(cè)試儀的總體結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示：tms320vc5502處理器顯示和鍵盤電路存儲(chǔ)電路信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換電路通信電路 圖

34、 3.1 總體結(jié)構(gòu)圖整個(gè)系統(tǒng)分為兩大部分：數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)從電網(wǎng)中采集各種數(shù)據(jù)，完成各種數(shù)據(jù)處理工作。數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)系統(tǒng)主要完成測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)工作。兩部分之間通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是整個(gè)測(cè)試裝置設(shè)計(jì)中最為重要的一部分，儀器的絕大部分測(cè)試功能都依靠這一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由一片dsp(tms320vc5502)，結(jié)合眾多的外圍接口芯片組成的，它主要有以下幾個(gè)模塊組成：處理器模塊：由dsp芯片tms320vc5502及相應(yīng)的外圍電路組成，主要用來(lái)控制數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)處理工作。信號(hào)調(diào)理模塊：由電壓

35、電流互感器、濾波電路、換檔電路等組成，主要完成信號(hào)的變換和調(diào)理。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：由a/d轉(zhuǎn)換芯片ads8364組成，該模塊主要用于實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)參數(shù)。存儲(chǔ)器模塊：由sdram芯片hy57v6432200ct和flash芯片39vf400a組成。該模塊主要用于擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，存放程序代碼和數(shù)據(jù)。rs-232通訊模塊：由電平轉(zhuǎn)換芯片以及相應(yīng)的外圍電路組成。該模塊主要用于數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)的通訊。鍵盤和顯示電路:是人工干預(yù)系統(tǒng)的主要手段，與顯示器同屬人機(jī)通信部分。3.2 信號(hào)采集部分設(shè)計(jì)3.2.1 電壓和電流的檢測(cè)與調(diào)理電路電壓和電流的檢測(cè)與調(diào)理電路的主要功能是把互感器輸出的 ma 級(jí)弱電

36、流信號(hào)轉(zhuǎn)化成適合 dsp 采樣的電壓信號(hào)?；ジ衅鳂?gòu)成了信號(hào)檢測(cè)部分，電壓?jiǎn)卧獮殡妷夯ジ衅?pt，電流單元為電流互感器 ct，具體電路如圖 3.2 和圖 3.3 所示。下面說(shuō)明電流采樣電路，電壓采樣電路和電流采樣電路類似，在這里就不多做說(shuō)明了。由電流互感器副邊輸出的是交流信號(hào)，存在正負(fù)特性。此電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻采樣后轉(zhuǎn)化為-3.3v+3.3v 之間的電壓信號(hào)，由于所用的 ad 轉(zhuǎn)換器是單極性的，而電流檢測(cè)信號(hào)是雙極性的，故交流模擬量信號(hào)在經(jīng)過(guò)電流、電壓轉(zhuǎn)換后，還要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換， ad 轉(zhuǎn)換器的參考電壓為+3.3v，因此偏移電壓取1.65v，使得偏移后的信號(hào)范圍在 0 至+3.3v 之間。再把信號(hào)送

37、入到 ad 轉(zhuǎn)換口。 r1r2r3r4r5r6r7r8rp1+-+-lm324+5v-5vlm324+5v-5v-1.65v圖 3.2 電流采樣電路r30r31r32r33r34r35r36+-+-lm324+5v-5vlm324+5v-5v-1.65vpt1:1rp4圖 3.3 電壓采樣電路3.2.2 頻率測(cè)量電路由于系統(tǒng)的測(cè)量是通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行周期采樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此其準(zhǔn)確性不僅來(lái)源于采樣的準(zhǔn)確性還來(lái)源于系統(tǒng)頻率測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此加入測(cè)頻電路是必不可少的。測(cè)頻電路設(shè)計(jì)如圖 3.4 所示：選擇三相電壓電流 6 路信號(hào)的其中一路作為基準(zhǔn)進(jìn)行跟蹤，這里選擇 1 路電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)首先經(jīng)過(guò)前

38、端由 lm324 構(gòu)成的射極跟隨器，射極跟隨器起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，然后通過(guò)由 lm339 構(gòu)成的過(guò)零比較電路將其轉(zhuǎn)換成與電壓信號(hào)頻率相同的方波信號(hào)以采集頻率信息。r60r61r63+-+-lm324+5v-5vlm339+5v-5vr62r64r65cap4d13圖 3.4 頻率測(cè)量電路3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度與ad轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)有很大關(guān)系，ad轉(zhuǎn)換器是整個(gè)數(shù)字電路的核心器件，在整個(gè)電氣測(cè)量系統(tǒng)中占有重要地位，因此必須首先合理地選擇ad轉(zhuǎn)換器。眾所周知，ad轉(zhuǎn)換器的種類繁多，性能各異，主要包括以下幾種：雙斜積分型、逐次逼近型和閃電式ad轉(zhuǎn)換器。其中閃電式a

39、d轉(zhuǎn)換器速度最快，價(jià)格也最昂貴，但閃電式ad轉(zhuǎn)換器通常準(zhǔn)確度、分辨率不高，不宜用在高準(zhǔn)確度采樣系統(tǒng)；雙斜積分型準(zhǔn)確度高、價(jià)格低廉，但速度最慢；逐次逼近型居中，速度較快、價(jià)格適中、準(zhǔn)確度較高，它的優(yōu)點(diǎn)是能保證高分辨率、高速轉(zhuǎn)換。這得益于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)上述分析，在此選用逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器。而選擇ad轉(zhuǎn)換器需要先確定ad轉(zhuǎn)換器位數(shù)及信號(hào)的采樣頻率，所以在設(shè)計(jì)硬件電路之前需要確定這兩個(gè)參數(shù)的理論值。由于要研制的測(cè)試儀器電壓電流的測(cè)試精度預(yù)計(jì)達(dá)到0.05rg(量程)，所以ad轉(zhuǎn)換器位數(shù)至少要達(dá)到12位。同時(shí)，本裝置在設(shè)計(jì)中，需要在5個(gè)周波中采樣1024個(gè)點(diǎn)，采樣頻率需要大于10500hz。我們要檢

40、測(cè)的信號(hào)包括三相電壓、三相電流共6路，在監(jiān)測(cè)中，除了要知道每路信號(hào)值的大小之外。還要知道信號(hào)彼此之間的相位關(guān)系，這就要求采用同步采樣技術(shù)來(lái)獲得準(zhǔn)確的信息。同步采樣也是信號(hào)頻譜分析的前提條件。同步采樣模塊一般采用多個(gè)采樣保持器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和高速分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換囂來(lái)構(gòu)成，這樣構(gòu)成硬件開銷很大，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且同步效果不一定理想，如果能找到合適的ad轉(zhuǎn)換芯片，具有6通道，且6通道能夠同時(shí)采樣，則可以省去多個(gè)采樣保持器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，使設(shè)計(jì)工作大為簡(jiǎn)化，且使準(zhǔn)確度得到保證。綜合以上因素考慮，我們選擇了非常適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的ads8364數(shù)據(jù)采集芯片。ads8364為250khz、6通道同步采樣的1

41、6位逐次逼近adc，是ti公司專為同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高速、低功耗ad轉(zhuǎn)換芯片。ads8364有6個(gè)模擬輸入通道，分為a、b、c三組，每組包括2個(gè)通道，分別由holda、holdb和holdc啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換。當(dāng)三個(gè)保持信號(hào)同時(shí)被選通時(shí)，六通道同步采樣。模擬電源為單+5v供電，將ads8364的refin和refout引腳接到一起可以輸出+25v的參考電壓提供給差分電路。ads8364的時(shí)鐘信號(hào)由外部提供，轉(zhuǎn)換時(shí)間為20個(gè)時(shí)鐘周期，最高頻率為5mhz，在5mhz的時(shí)鐘頻率下ads8364轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.2us，相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間為0.8us，每個(gè)通道的總的轉(zhuǎn)換時(shí)間為4us，a/d轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生轉(zhuǎn)換

42、結(jié)束信號(hào)eoc。數(shù)字電源供電電壓為3v5v，既可以與3.3v供電的微控制器接口，也可以與5v供電的微控制器接口。ad轉(zhuǎn)換結(jié)果為16位，數(shù)據(jù)輸出方式很靈活，分別由byte、add與地址線a2a1a0的組合控制。ad轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取方式有三種：直接讀取、循環(huán)讀取和fifo方式。根據(jù)byte為0或者為1可確定每次讀取時(shí)得到的數(shù)據(jù)位數(shù)，根據(jù)add為o或者為1可確定第一次讀取的是通道地址信息還是通道ad轉(zhuǎn)換結(jié)果。在本系統(tǒng)中，模擬信號(hào)采用差分輸入方式，要滿足雙極性輸入就需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，由于采樣時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了電平轉(zhuǎn)換。所以可以直接輸入到ad轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。由于ads8364與tms320vc5502都是，ti公司

43、提供的高速芯片，兩者在速度上能夠完全匹配，實(shí)現(xiàn)芯片間的無(wú)縫連接。ads8364的byte和add引腳都接地，因此選擇16位數(shù)據(jù)輸出方式，并且對(duì)每個(gè)通道轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取通過(guò)地址線a2、a1、a0來(lái)選擇。ads8364的refin和refout引腳接到一起輸出+25v的參考電壓。ads8364采用+5v模擬電源(avdd)和數(shù)字電源(dvdd)。為了實(shí)現(xiàn)ads8364六個(gè)通道的同步采樣，ads8364的a、b、c三組啟動(dòng)控制信號(hào)holda、holdb和holdc接在一起，由tms320vc5502的定時(shí)器o的輸出信號(hào)統(tǒng)一控制，只要定時(shí)時(shí)間到就可以同時(shí)啟動(dòng)ads8364的六個(gè)通道，從而實(shí)現(xiàn)六通道的同步

44、采樣。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)eoc通過(guò)fpga引入tms320vc5502的中斷引腳int0上，每一次轉(zhuǎn)換完后就引發(fā)tms320vc5502中斷，vc5502在中斷服務(wù)程序中讀取16位轉(zhuǎn)換結(jié)果。3.43.4 處理器部分設(shè)計(jì) 由于本裝置在測(cè)量中，大量使用乘法累加運(yùn)算，如有效值運(yùn)算、功率計(jì)算、fft變換等，選用一般的51系列單片機(jī)是無(wú)法勝任的，又因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中沒有復(fù)雜的控制功能，因而選用了適合于高速數(shù)據(jù)運(yùn)算的ti公司的55xx系列dsp中的tms320vc5502作為主處理器。tms320vc55x是ti公司推出的新一代定點(diǎn)dsp芯片，tms320vc5502就是基于這一代cpu處理核的定點(diǎn)dsp芯片。它通過(guò)

45、提高并行性及降低片內(nèi)資源的功耗達(dá)到高性能低功耗的目的。cpu的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)由一條程序總線，三條數(shù)據(jù)讀總線，兩條數(shù)據(jù)寫總線及用于外設(shè)和dma控制器的總線構(gòu)成。這些總線使得c55x能在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)完成三次數(shù)據(jù)讀操作和兩次數(shù)據(jù)寫操作。3.4.1tms320vc5502 的主要外設(shè)tms320vc5502內(nèi)部集成了許多外圍設(shè)備，以便于控制與片外的存儲(chǔ)器、協(xié)處理器、主機(jī)及串行設(shè)備的通信。其主要外設(shè)包括：(1)外部存儲(chǔ)器接口(emif)(2)通用異步接受發(fā)送器(uart)(3) c控制接口2i(4)主機(jī)接口(hpi)(5)直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(dma)控制器(6)三個(gè)全雙工的多通道緩沖串口(mcbsp)(7)四個(gè)

46、定時(shí)器(8)片內(nèi)可編程鎖相環(huán)（pll）時(shí)鐘發(fā)生電路(9)多個(gè)通用fo引腳和一個(gè)輸出引腳xf其中emif支持對(duì)異步存儲(chǔ)器，如ezprom，sram，及高速同步存儲(chǔ)器sdram的無(wú)縫連接。mcbsp支持對(duì)一系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行設(shè)備的無(wú)縫連接。dma控制器獨(dú)立于cpu工作，為數(shù)據(jù)移動(dòng)提供六個(gè)獨(dú)立的通道。hpi是一個(gè)816位的并行接口，可訪問(wèn)c5502內(nèi)部存儲(chǔ)器的32k字，hpi支持對(duì)一系列主處理器的無(wú)縫連接。3.4.2 tms320vc5502 的主要特性tms320vc5502芯片的主要特性如下(1)200300m hz的時(shí)鐘周期，每個(gè)周期可以執(zhí)行一條或兩條指令。(2)兩個(gè)mac單元，一個(gè)時(shí)鐘周期可

47、執(zhí)行兩次乘累加運(yùn)算。(3)一個(gè)40bit的alu，執(zhí)行高精度的算術(shù)邏輯運(yùn)算。(4)一個(gè)16bit的alu，與40比特的alu并行運(yùn)算。(5)一個(gè)40bit的桶狀移位器，可以將結(jié)果左移31bit或右移32bit。(6)四個(gè)40bit的累加器，保留計(jì)算的結(jié)果。(7)16k字節(jié)的指令緩沖區(qū)。(8)32kxl6bit的片內(nèi)ram，分為8塊4k16bit的雙訪問(wèn)ram(9)16kxl6bit的片內(nèi)rom，支持多種自舉裝載模式。(10)8m16bit的最大可訪問(wèn)外部存儲(chǔ)空間。(11)32 bit的外部并行總線存儲(chǔ)器，支持外部存儲(chǔ)器接口。(12)可編程的省電模式，各個(gè)模塊可獨(dú)立編程。(13)3.3v的i0電

48、壓，1.26v的內(nèi)核電壓。3.5 外部存儲(chǔ)器電路的設(shè)計(jì)在進(jìn)行dsp系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)外部存儲(chǔ)器接口的設(shè)計(jì)很重要，它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)資源的空間分配。本系統(tǒng)擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器包括sdrom和flash。emif(external memory interface)是外部存儲(chǔ)器和tms320vc5502片內(nèi)其他單元間的接口，cpu訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器的時(shí)候必須通過(guò)emif。tms320vc5502內(nèi)外空間都統(tǒng)一編址，整個(gè)emif空間分為四個(gè)部分 ce0-ce3，每個(gè)ce空間彼此獨(dú)立，可以進(jìn)行不同的訪問(wèn)控制，每個(gè)空間的大小為4m字節(jié)片內(nèi)的存儲(chǔ)器自動(dòng)跳過(guò)。設(shè)計(jì)中將sdram配置在ce2和ce3空間，將cel空間分配給fl

49、ash用。3.5.1 sdram 接口電路設(shè)計(jì)sdram是synchronous dynamic ram的縮寫，即同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中同步技術(shù)的出現(xiàn)，使得讀寫速度從以往的60ns70ns提升到了目前的6ns7ns，提高了將近10倍，而且價(jià)格便宜，在需要選用大容量存儲(chǔ)器時(shí)，它的性價(jià)比非常高。本系統(tǒng)中采用sdram作為外接存儲(chǔ)器之一，它是dsp單元存儲(chǔ)ad轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算輸出的中間及最終結(jié)果的場(chǎng)所。在dsp上電后需要對(duì)sdram進(jìn)行自檢，以避免sdram單元出錯(cuò)造成以后監(jiān)測(cè)儀工作不正常或數(shù)據(jù)出錯(cuò)。本系統(tǒng)中選用的sdram為hynix公司的hy57v643220ct，芯片容量是2m

50、x32位，覆蓋tms320vc5502的ce2和ce3子空間。它具有以下特點(diǎn)：1）最高工作頻率高達(dá)166mhz；2)標(biāo)準(zhǔn)3.3v供電；3)32位數(shù)據(jù)總線：4)管腳可與1阻器件兼容；由于同步動(dòng)態(tài)ram是通過(guò)emif接口與dsp進(jìn)行連接的，工作時(shí)的時(shí)鐘脈沖由dsp提供，tms320vc5502的最高時(shí)鐘頻率為200mhz，emif接口提供的最高頻率是1oomhz，從這一點(diǎn)來(lái)看，hy57v643220的166mhz是完全達(dá)到要求的。3.5.2 flash 接口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是一個(gè)需要脫機(jī)運(yùn)行的 dsp 系統(tǒng)，用戶代碼需要在加電后自動(dòng)裝載運(yùn)行。dsp 系統(tǒng)的引導(dǎo)裝載(bootload)是指在系統(tǒng)加電時(shí)

51、，dsp 將一段存儲(chǔ)在外部的非易失性存儲(chǔ)器的代碼移植到內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器單元中去執(zhí)行。這樣既利用了外部的存儲(chǔ)單元擴(kuò)展 dsp 本身有限的 rom 資源，又充分發(fā)揮了 dsp 內(nèi)部資源的效能。盡管用戶代碼在一段時(shí)間相對(duì)是固定的，但是如果直接將其掩膜到內(nèi)部 rom 中去的話，一方面受容量以及價(jià)格的限制，另一方面在系統(tǒng)軟件升級(jí)上顯得不是很靈活方便。flash 是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲(chǔ)器，而且單位存儲(chǔ)比特的價(jià)格比傳統(tǒng)的 eprom 要低，十分適合于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統(tǒng)。除了可以采用專用的硬件編程器把代碼灌入 flash 中之外，也可以利用現(xiàn)成的 dsp 通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的

52、功能。系統(tǒng)中選用的 flash 存儲(chǔ)器是 sst39vf400a，該芯片的容量是 256kx16bit，它是一種低電源電壓芯片，工作電壓為 3.3v，速度是 70ns，數(shù)據(jù)保存時(shí)間超過(guò)100 年，它具有容量大、掉電后數(shù)據(jù)不丟失、可在線快速讀寫、可整片或者分頁(yè)擦除等特點(diǎn)。3.6 通信接口部分設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，本文設(shè)計(jì)rs-232通信接口，主要完成數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的通信。 本儀器選用的dsp芯片tms320vc5502中帶有通用異步串行通信。由于數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)的控制器是工控機(jī)，采用的是232電平，而數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)采用的是ttl電平，兩者之

53、間不能直接進(jìn)行通訊，這里我們采用max232芯片來(lái)完成電平轉(zhuǎn)換。max232芯片是常用的rs-232c與ttl電平轉(zhuǎn)換芯片，它的內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，只需+5v電源便可實(shí)現(xiàn)rs-232c與ttl電平轉(zhuǎn)換，使用起來(lái)十分方便，一個(gè)芯片可連接兩對(duì)收，發(fā)信號(hào)線，接口電路如下圖3.5所示： t1int1outv+r2outvcc8t2outt2inr1inr1outr2inc2-c2+v-c1+c1-1234567gnd910111213141516c274c271gndtx3.3vtx 2320.1ufrxrx_2320.1ufmax232a圖3.5 通信接口電路3.7 鍵盤和顯示部分設(shè)計(jì)3.

54、7.1 鍵盤電路設(shè)計(jì)鍵盤在人機(jī)交互系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的部分。輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都要用到鍵盤。鍵盤是最簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段，與顯示器同屬人機(jī)通信部分。 鍵盤的工作方式一般有程序控制掃描方式、定時(shí)掃描方式和中斷掃描方式 3 種。在本文的設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體應(yīng)用情況，選擇了矩陣式鍵盤，鍵盤的工作方式選擇了程序控制掃描方式。程序控制掃描方式是利用處理器在完成其它工作的空余，調(diào)用鍵盤掃描子程序，來(lái)響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，處理器不再響應(yīng)鍵輸入要求。程序控制掃描程序一般應(yīng)具備下述幾個(gè)功能：判斷鍵盤上有無(wú)鍵按下；去除鍵的抖動(dòng)影響；掃描鍵盤，得到按下鍵的鍵號(hào)。 在

55、選用了矩陣式鍵盤系統(tǒng)中的程序控制掃描方式之后，所設(shè)計(jì)的矩陣鍵盤電路如圖 3.6 所示。tms320vc5502iope1iope2iope3iope4iope5iope6vcc圖 3.6 3x3 矩陣鍵盤接口電路圖中行線 iope4iope6 通過(guò) 3 個(gè)上拉電阻接電源端 vcc，處于輸入狀態(tài),稱為輸入口；iopeiiope3 控制鍵盤的列線電位作為鍵掃描口，處于輸出狀態(tài)。按鍵設(shè)置在行列線交叉點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。3.7.2 顯示電路本系統(tǒng)采用 sharp 公司的 lm32019t 型 12864 圖形液晶顯示屏，其驅(qū)動(dòng)模塊是北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)有限公司制作的內(nèi)嵌 sedl3

56、35 控制器的圖形液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊，液晶顯示屏由 12864 點(diǎn)陣構(gòu)成，具有高分辨率、接口方便(5v 或 3.3v)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便(內(nèi)嵌控制器)、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，常常用于各種便攜式設(shè)備顯示前端。此設(shè)計(jì)中的液晶顯示模塊接口控制時(shí)序采用了 8080 時(shí)序，讀寫信號(hào)獨(dú)立，與 vc5502a 之間的接口電路如圖 3.7 所示。其中，vc5502 的 iopb0iopb7用作數(shù)據(jù)接口，與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線 db0db7 相連，完成與 sedl335 問(wèn)的數(shù)據(jù)傳送；iopa4 與wr 相連，寫 sedl335 時(shí)，置 iopa4 為低；iopa5 與瓜 d相連，讀 sedl335 時(shí)，置 iopa5

57、 為低；iopa6 與cs 相連作為片選，訪問(wèn)sedl335時(shí)，置 iopa6 為低；iopa7 與 a0 相連，通過(guò)對(duì) iopa7 寫 o 或 1，與 iopa4 和iopa5 配合來(lái)控制實(shí)現(xiàn)對(duì) sedl335 接口部指令輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸出緩沖器和標(biāo)志寄存器的訪問(wèn)。vout 為液晶控制板上的 dc-dc 模塊輸出電壓(+26v)，v0 為液晶顯示對(duì)比度調(diào)整電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電位器，可以調(diào)節(jié)液晶屏的顯示對(duì)比度。tms320vc5502iopb0iopb2iopb3iopa4iopa6iopa7液晶顯示模塊（sed1335）iopb1/wr/rd/csa0db0db1db2db

58、3db4db5db7gndv0voutvccgnd20k+15viopa5iopb5iopb6iopb7iopb4iopb5db6 圖 3.7 液晶顯示接口電路3.8 本章小結(jié)本文設(shè)計(jì)的電力參數(shù)測(cè)試儀采用模塊化設(shè)計(jì)，本章首先對(duì)整個(gè)電力參數(shù)測(cè)試儀硬件體系設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。然后在分析電力參數(shù)對(duì)硬件的要求下，對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示和通信系統(tǒng)等相關(guān)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)的說(shuō)明。通過(guò)各模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力參數(shù)測(cè)試儀的硬件電路。第第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)主程序流程如圖4.1所示。程序首先完成一系列的初始化工作，然后啟動(dòng)定時(shí)器0，由定時(shí)器0啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換完成后

59、由轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)dsp中斷，在中斷服務(wù)程序中讀取采樣數(shù)據(jù)；當(dāng)達(dá)到預(yù)定的采樣次數(shù)后，調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理子程序，進(jìn)行計(jì)算得出測(cè)量結(jié)果。當(dāng)上位計(jì)算機(jī)(數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng))發(fā)出通訊命令時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)串行口中斷進(jìn)行接收，根據(jù)不同的命令，向上位計(jì)算機(jī)發(fā)送不同參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。對(duì)于采樣數(shù)據(jù)讀取中斷和串口接收中斷，中斷的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為采樣數(shù)據(jù)讀取中斷的優(yōu)先級(jí)高于串口接收中斷。按照中斷的概念，低優(yōu)先級(jí)中斷不能打斷高優(yōu)先級(jí)中斷，而高優(yōu)先級(jí)中斷可以隨時(shí)打斷低優(yōu)先級(jí)中斷。在安排上述兩個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)時(shí)，主要考慮到數(shù)據(jù)處理過(guò)程中用到的采樣數(shù)據(jù)必須是在一定的時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣得到的，采樣數(shù)據(jù)讀取過(guò)程不能被其他事件中斷：而串口接收中

60、斷是用來(lái)接收上位機(jī)發(fā)送來(lái)的命令的，數(shù)據(jù)處理完成后系統(tǒng)根據(jù)接收到的命令向上位機(jī)傳送不同的計(jì)算結(jié)果。因此，把讀采樣數(shù)據(jù)中斷設(shè)為較高的優(yōu)先級(jí)。引導(dǎo)程序入口采集次數(shù)到？向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)？調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序采集數(shù)據(jù)程序初始化調(diào)用串行發(fā)送數(shù)據(jù)子程序nyny啟動(dòng)定時(shí)器0圖4.1 主程序流程圖4.2 數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，由tms320vc5502片上定時(shí)器0輸出觸發(fā)信號(hào)，作為ad轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)。轉(zhuǎn)換完成后，ads8364的eoc引腳變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)tms320vc5502的int0中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在服務(wù)程序中讀取ad轉(zhuǎn)換結(jié)果。將讀回的轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在兩個(gè)緩沖區(qū)中，在中斷服務(wù)程序中，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志f