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干貨!基于DSP器件的高精度電表校驗(yàn)


  來源: 互聯(lián)網(wǎng) 時(shí)間:2020-05-15 編輯:清風(fēng)
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在進(jìn)行常規(guī)電量測(cè)量裝置的校驗(yàn)中,作為校驗(yàn)裝置,一定要對(duì)電壓、電流的幅值、頻率、相位等進(jìn)行高精度測(cè)量,在校驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了高精度電表校驗(yàn)的要求。


測(cè)量單元的組成及其功能

測(cè)量單元是作為系統(tǒng)的高精度標(biāo)準(zhǔn)表,要完成對(duì)交 / 直流電壓、電流的多個(gè)電量測(cè)量,測(cè)量的精度小于 0.05 級(jí),測(cè)量單元采取插卡式設(shè)計(jì),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(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以同時(shí)進(jìn)行,用它完成變換后的電壓、電流信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換;雙口 RAM 采用 CY7133-25,它是一個(gè)雙邊均 16 位數(shù)據(jù)位的 2KBRAM,兩邊可以分別對(duì)片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行存取,在電路中分別受 DSP 和 IPC 的控制,以實(shí)現(xiàn) IPC 和 TMS320F206 之間的數(shù)據(jù)交換;過零比較用 LM339,實(shí)現(xiàn)對(duì)交流 v、I 的過零檢測(cè),用于獲取計(jì)算頻率、相位差等數(shù)據(jù)的信號(hào)。


DSP 采用的是 TI 公司的 16-bit 定點(diǎn) DSP TMS320F206,運(yùn)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(chǔ)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(shí)鐘發(fā)生器,可以對(duì)外接時(shí)鐘源進(jìn)行*1、*2、*4 和 /2 來產(chǎn)生 CPU 時(shí)鐘;片內(nèi)有 RAM4.5K,F(xiàn)lash32K,能夠適合于許多工程應(yīng)用,特別是 32K Flash 作為程序存儲(chǔ)器,給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和程序的調(diào)試帶來很大方便;3 個(gè)外部中斷 INT1、INT2、INT;1 個(gè)同步串口和一個(gè)異步串口;1 個(gè)軟件可編程定時(shí)器;JTAG 掃描仿真接口(IEEE 標(biāo)準(zhǔn)),用來實(shí)現(xiàn)在線仿真測(cè)試;具有 4 個(gè)獨(dú)立可編程 I/O 腳(I/O0、I/O1、I/O2、I/O3),1 個(gè)輸出腳 XF 和 1 個(gè)輸入腳 /BIO。


由于 DSP 的取指和執(zhí)行能完全重疊運(yùn)行,再加上多級(jí)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(diǎn),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(jì) DSP 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)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(shí)性和相對(duì)獨(dú)立性,TMS320F206 和 IPC 交換數(shù)據(jù)是通過雙口 SRAM 實(shí)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(duì)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(hào) /CEL 由 /DS 和 A15 組合產(chǎn)生,由圖可見 TMS320F206 對(duì) CY7133 的尋址范圍為 8000H-87FFH。測(cè)量單元用了 3 片 TMS320F206 組成 3 路相同的測(cè)量電路對(duì)三相電路分別測(cè)量(圖 2 中只畫出 1 路)。



(2) IPC 對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫控制


IPC 通過 ISA 總線對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫控制,直接用存儲(chǔ)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(chǔ)器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)使用。本電路 IPC 對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫控制中,地址線、數(shù)據(jù)線、存儲(chǔ)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(hào),D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH 分別用來作為 3 路雙口 RAM 的片選信號(hào)。


(3) 避免兩邊對(duì)同一單元同時(shí)進(jìn)行讀 / 寫操作


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