DSP芯片SCI模塊在電力電子控制裝置中的應(yīng)用

1、DSP 芯片 SCI 模塊在電力電子控制裝置中的應(yīng)用宗波 蔣曉春 王軒 中國(guó)電力科學(xué)研究院 引言美國(guó)（ ）公司的系列數(shù)字信號(hào)處理器（）芯片采用多總線的哈佛結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)的指令操作方式、專(zhuān)用的硬 件乘法器和快速的運(yùn)算指令，具有處理速度快、接口通用、外設(shè)資源豐富、 穩(wěn)定性好、精度高的特點(diǎn)，適用于匯編或語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，在數(shù)字信號(hào)處理、 通信和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在大功率電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè) 備往往要求具有較好的實(shí)時(shí)性、較高的可靠性以及維護(hù)的便利性，這些都為基于 的控制器創(chuàng)造了更廣闊的應(yīng)用空間?？刂破鲀?nèi)部一般具有復(fù)雜的通訊網(wǎng)絡(luò)，而 電力電子裝置控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間多采用串行數(shù)據(jù)交互的通訊方式

2、，需要一種 通用、簡(jiǎn)單、可靠、移植性好的串行通信方案。本文給出的串行數(shù)據(jù)通信方案中，控制器采用芯片的串行通訊接口（ ）資源，監(jiān)控系統(tǒng)工作站采用 的控 件，通訊符合規(guī)約。該方案可實(shí)現(xiàn)基于控制 的多種電力電子裝置與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)交換，模塊化的設(shè)計(jì)有效縮短了電力電子控 制裝置的開(kāi)發(fā)與研制周期，更便于電力電子裝置的實(shí)驗(yàn)與維護(hù)。的接收器和發(fā)送器各具有個(gè)級(jí)深度的先入先出數(shù)據(jù)緩存器（ ），可減少空頭服務(wù)；具有各自獨(dú)立的使能位和中斷位，可以在全雙工通信中 同時(shí)進(jìn)行操作。為了確保數(shù)據(jù)的完整性，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行間斷檢 測(cè)、奇偶性校驗(yàn)、超時(shí)和幀出錯(cuò)的檢查。通過(guò)個(gè)位的波特率選擇寄存器，數(shù) 據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤梢员痪幊虨榉N

3、不同的方式。串行通信接口的數(shù)據(jù)，無(wú)論 是接收和發(fā)送都采用（非返回零）格式。數(shù)據(jù)格式包括：個(gè)起始 位、個(gè)數(shù)據(jù)位、個(gè)奇偶校驗(yàn)位或無(wú)奇偶校驗(yàn)位、個(gè)停止位、 個(gè)用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和地址的額外位。本文選用電平轉(zhuǎn)換器芯片進(jìn)行與間電 平和電平的轉(zhuǎn)換。簡(jiǎn)單易用，單電源供 電，僅需外接幾個(gè)電容即可完成從電平到電平的轉(zhuǎn)換，硬件接口 電路如圖所示。、通信系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)控制器采用公司最新推出的系列產(chǎn)品 。該具有三個(gè)串行通信接口，每個(gè)串行通信接口圖 與硬件接口電路內(nèi)部有三路串行通信模塊、和，可根 據(jù)實(shí)際工程需要進(jìn)行配置。圖中所示為僅選用一路模塊與進(jìn)行串行 通信的接口電路方案。、通信協(xié)議設(shè)計(jì)考慮到基于的電力電子控制裝置與其他設(shè)

4、備通信的多種需要。報(bào)文采用 電力系統(tǒng)行業(yè)常用的規(guī)約的幀格式。方案中 通信速率設(shè)定為，無(wú)校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位位，停止位位。規(guī)約中規(guī)定了種幀格式，種是可變幀格式，種是固定幀格式?？?變幀格式可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)主站（上位機(jī)）與從站（電力電子裝置控制器）之間的數(shù)據(jù) 傳輸。固定幀格式則可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的查詢和確認(rèn)。幀格式如表、 表所示。表 可變幀格式 發(fā)送無(wú)回答幀，傳送數(shù)據(jù) 位； 請(qǐng)求響應(yīng)幀，召喚用戶級(jí)數(shù)據(jù)位； 請(qǐng)求響應(yīng)幀，召喚用戶級(jí)數(shù)據(jù)位。從站到主站的功能碼為： 確認(rèn)幀； 響應(yīng)幀 控制域表 固定幀格式說(shuō)明：）啟動(dòng)字符：幀格式的特征碼代表可變幀格式，代表固定幀格 式。）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：包括控制域、地址域、用戶數(shù)

5、據(jù)區(qū)的位位組的個(gè)數(shù)，為二進(jìn) 制數(shù)。字節(jié)（控制域）字節(jié)（控制域）用戶數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) 字節(jié)。）控制域格式如表三所示。主站到從站的功能碼為： 發(fā)送確認(rèn)幀，傳送數(shù)據(jù) 位；）鏈路地址域：地址域（）的含義是當(dāng)主站觸發(fā)一次傳輸服務(wù)時(shí)，主站向 子站傳送的幀中表示報(bào)文所要送達(dá)的目的站址，即子站站址；當(dāng)由子站向主站傳送幀時(shí)，表示該報(bào)文發(fā)送的源站址，即表示該子站站址。地址域的值為 至 ，其中 為廣播站地址，即向所有站傳送報(bào)文。這里規(guī)定上位機(jī) （主站）地址為，電力電子裝置控制器（從站地址）為。）鏈路用戶數(shù)據(jù)：要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容。這里每個(gè)數(shù)據(jù)占個(gè)字節(jié)。）幀校驗(yàn)和：幀校驗(yàn)和是控制域、地址域、用戶數(shù)據(jù)區(qū) 位位組的算術(shù) 和。）結(jié)束字

6、符：作為該幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。、程序設(shè)計(jì) 模塊初始化初始化串行口，使幀格式滿足通信協(xié)議的要求，設(shè)置波特率為。打開(kāi)串口接收終端，并使能串行口。串行口的初始化程序如下：（） （）； 使能復(fù)用端口； 使能復(fù)用端口； 同步輸入 ； 指定為 ； 指定為； （ ） ；停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位，全雙工模式， 空閑線喚醒 ；使能，內(nèi)部；禁止， ； ； ； ； ；該段程序完成了復(fù)用口的設(shè)置，的初始化，使能發(fā)送中斷 并使退出復(fù)位 通信程序設(shè)計(jì)串行通信的軟件設(shè)計(jì)和、一 樣，可以采用查詢和中斷兩種不同的方式，其中查詢方式是在查詢到相應(yīng)標(biāo)志成立 時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作（如發(fā)送一個(gè)字節(jié)）。這種工作方式要在串行口和接口電路間 交換

7、數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制三種信息，致使的利用率受到嚴(yán)重影響。方案中采用中斷方式。啟動(dòng)串口后，不再詢問(wèn)其狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行主程序，直至串行口產(chǎn)生中斷，響應(yīng) 后，開(kāi)始執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)。下面僅以接收數(shù)據(jù)為例，說(shuō)明芯片模塊如何工作。數(shù)據(jù)接收流程 圖如圖所示。其中主要屬性如下所示：設(shè)置并返回通信端口號(hào)；：以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、 停止位；：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開(kāi)和關(guān)閉端口；：從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符；：向傳輸緩沖區(qū)寫(xiě)一個(gè)字符串；：設(shè)定引發(fā)事件的字節(jié)數(shù)。在設(shè)計(jì)接收可 預(yù)知變長(zhǎng)數(shù)據(jù)串時(shí)，靈活使用此屬性將大大簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)難度。上位機(jī)程序設(shè)計(jì)思想上位機(jī)軟件可以用來(lái)對(duì)電力電子設(shè)備進(jìn)

8、行快速狀態(tài)設(shè)置及查詢，便于現(xiàn)場(chǎng)工程師進(jìn)行快速調(diào)試及故障排除。圖 數(shù)據(jù)接收流程圖當(dāng)模塊接收數(shù)據(jù)后，首先判斷接收數(shù)據(jù)是否完整。隨后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析， 解析時(shí)，先檢測(cè)數(shù)據(jù)幀中的地址信號(hào)，如果和自身的地址不匹配，則丟棄該幀；否 則進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)解析。在函數(shù)實(shí)現(xiàn)中利用多分支結(jié)構(gòu)，依據(jù)幀中的 命令信號(hào)對(duì)幀進(jìn)行相應(yīng)分析，完成串行通信的握手和數(shù)據(jù)的交互。當(dāng)解析完成之后 向上位機(jī)發(fā)出確認(rèn)幀，返回主程序。、上位機(jī)程序設(shè)計(jì)通常情況下，電力電子裝置需要套完善的監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、指令發(fā)送 和系統(tǒng)檢測(cè)等功能。而開(kāi)發(fā)環(huán)境具有開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)周期短，可用控件兼 容性好等優(yōu)點(diǎn)，在監(jiān)控系統(tǒng)工作站這一領(lǐng)域具備較好的優(yōu)勢(shì)。是 提供

9、的下串行通信編程的一個(gè)控件，其核心內(nèi)容是組件對(duì)象模型，它以屬性和事件的形式提供對(duì) 通信驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)的接口?？丶褂檬录?qū)動(dòng)方式來(lái)處理和解決各類(lèi)通信軟件的開(kāi)發(fā)設(shè) 計(jì)，并提供了使用進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的所有協(xié)議。為該控件提供了標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)間處理函數(shù)，并通過(guò)屬性和方法提供對(duì)串行通信的設(shè)置。圖 上位機(jī)軟件流程圖本上位機(jī)軟件通過(guò)接口與控制器進(jìn)行通信交互。上位機(jī)下發(fā) 數(shù)據(jù)給控制器時(shí)，控制器采用中斷方式接收，控制器回報(bào)數(shù)據(jù) 給上位機(jī)時(shí)則采用查詢方式。參數(shù)的下發(fā)采用先查詢后下發(fā)的方式。查詢完成后， 修改要調(diào)整的參數(shù)再下發(fā)所有參數(shù)。上位機(jī)軟件流程圖如圖所示。首先完成必要的初始化，如操作窗口重繪、各 變量的初始值設(shè)置，以及通

10、訊串口的初始化操作等；進(jìn)入主循環(huán)后根據(jù)初始化數(shù)據(jù)（默認(rèn)值）顯示部分參數(shù)數(shù)據(jù)（必要定值），并自動(dòng)查詢當(dāng)前控制器數(shù)據(jù)。在查詢控 制器數(shù)據(jù)結(jié)束之后，在主界面上對(duì)各參數(shù)進(jìn)行顯示，此時(shí)，用戶可根據(jù)需要修改參 數(shù)，并發(fā)送至控制器。再次查詢之后，可以根據(jù)界面顯示判斷參數(shù)是否修改完成。 上位機(jī)程序部分實(shí)現(xiàn)代碼在上位機(jī)軟件代碼實(shí)現(xiàn)中，數(shù)據(jù)的發(fā)送由命令按鈕的事件觸發(fā)，由 的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)。在事件中從接收緩沖區(qū)取 出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的接收是由的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣接收和發(fā)送 由兩個(gè)事件分別觸發(fā)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。的 屬性用來(lái)設(shè)定引發(fā)事件的字節(jié)數(shù)。在設(shè)計(jì)接收可預(yù)知變長(zhǎng)數(shù)據(jù) 串時(shí)，程序員只需在發(fā)送查詢幀時(shí)，重新打開(kāi)串口，并更改

11、此屬性，即可靈活改變 需要接受的數(shù)據(jù)串的長(zhǎng)度。通訊串口設(shè)置源代碼： ， 部分接收 源代碼如下所示：（）接收十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。并以十六進(jìn)制顯示 （） 通訊事件發(fā)生 接收事件發(fā)生 接收十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。并以十六進(jìn)制顯示接收數(shù)據(jù)至字符串中（）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入數(shù)組中處理能力，如手機(jī)中的高性能應(yīng)用處理器可支持處理音視頻處理、多模衛(wèi)星導(dǎo) 航的基帶處理等。 導(dǎo)航芯片的核心技術(shù)主要介紹導(dǎo)航芯片的一些核心技術(shù)，如低功耗設(shè)計(jì)、核心算法設(shè)計(jì)、多模組合 導(dǎo)航、與其他的無(wú)線技術(shù)整合在一起的可重構(gòu)多模導(dǎo)航射頻設(shè)計(jì)等技術(shù)。（）低功耗技術(shù)：隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，電源電壓降低，也帶來(lái)了閾值 的減低，這就引起了靜態(tài)功耗的增大。在系統(tǒng)級(jí)可采用動(dòng)態(tài)

12、電壓頻率調(diào)整（ ）技術(shù)，級(jí)可采用多閾值庫(kù)、自動(dòng)生成門(mén)控時(shí)鐘技術(shù)等技術(shù)，芯片實(shí)現(xiàn) 級(jí)可劃分為若干個(gè)供電區(qū)域（），實(shí)現(xiàn)多電壓島、電源關(guān) 斷（ ）等低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。（）慣性導(dǎo)航、無(wú)線通訊等輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)：當(dāng)接收器只有極少甚至沒(méi) 有可視衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，結(jié)合了蜂窩網(wǎng)絡(luò)、慣性傳感器（如陀螺儀）技術(shù) 就能夠提供 傳統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的定位計(jì)算。今后，、 和 等技術(shù)將應(yīng)用于室內(nèi)定位中。（）核心算法與軟件技術(shù)：如高動(dòng)態(tài)算法研究解決魯棒性的信號(hào)跟蹤環(huán)路、 高輸出速率，以及快速信號(hào)跟蹤恢復(fù)等問(wèn)題；內(nèi)嵌的高精度軟件，實(shí)現(xiàn)載波相位差 分處理 等。（）可重構(gòu)的多模射頻關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)多模式下的噪聲、靈敏度、增益、頻 率等電路指標(biāo)，

13、創(chuàng)建可在線重構(gòu)的射頻電路結(jié)構(gòu)，以滿足多模衛(wèi)星導(dǎo)航、無(wú)線通信 與廣播等領(lǐng)域的多標(biāo)準(zhǔn)、多頻段的收發(fā)器要求。之一，除了具有高速運(yùn)算能力之外，還具有豐富的外設(shè)。采用 芯片實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串行通信，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且性能 可靠。該電路適用于近距離與串行通信，通信范圍米之內(nèi)。本文給出了一種基于的電力電子控制裝置與間的數(shù)據(jù)交換的設(shè)計(jì)方 案，此方案通過(guò)中的模塊，實(shí)現(xiàn)了電力電子裝置與間的串行數(shù)據(jù) 通信，完成了電力電子裝置開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程中的定值參數(shù)傳遞與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳的功 能。該方案已在包括（動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器），（晶閘管投切濾波器）等 多個(gè)電力電子項(xiàng)目中投入使用，效果明顯，可有效縮短電力電子裝置的開(kāi)發(fā)與研制 周期，降低電力電子裝

14、置的實(shí)驗(yàn)與維護(hù)成本。發(fā)展思路根據(jù)上面的分析，我們提出以下的發(fā)展思路，從而形成有市場(chǎng)針對(duì)性的導(dǎo)航芯 片解決方案。（）積極開(kāi)發(fā)導(dǎo)航多媒體處理芯片： 將基帶和主芯片 （多媒體應(yīng)用處理器）集成為導(dǎo)航多媒體處理芯片，只需加上 前端，就可以形成具有多媒體功能的接收機(jī)方案。這種模式增加了多模 導(dǎo)航芯片的可配置性，減少了芯片的成本和功耗。（）加強(qiáng)多種行業(yè)應(yīng)用的導(dǎo)航 芯片開(kāi)發(fā)：雖然目前的市場(chǎng)中有各式各樣的產(chǎn)品，比如獨(dú)立的接收 機(jī)，軟接收機(jī)（），基于應(yīng)用處理器的接收機(jī)（信息科技口范邁Z VtuilliisHj HS?32小仃訊K1控制W北応淸華犬學(xué)出版杜.2002MU Of.A*KVlSU W0 T - t . I 憐K| laas liitiwm IH Soivtin Gud