基于DSP的智能電力參數(shù)測試儀的研究畢業(yè)設(shè)計論文1

1、大學(xué)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：基于基于 dspdsp 的智能電力參數(shù)測試儀的智能電力參數(shù)測試儀 的研究的研究 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號： 學(xué) 部 （系）： 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 年 級： 電氣工程及其自動化 指 導(dǎo) 教 師： 職稱或?qū)W位：高級工程師 年 5 月 31 日 目錄 摘 要.3 abstract.4 1. 緒論緒論.5 1.1 課題的目的與意義 .6 1.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 .6 1.3 本論文的研究內(nèi)容 .6 2. 電力參數(shù)測量原理電力參數(shù)測量原理.7 2.1 電壓電流有效值的測量 .7 2.2 頻率的測量 .7 2.3 基于傅立葉變換的諧波分析法

2、.8 2.3.1 算法原理.8 2.4 功率的測量 .10 2.5 本章小結(jié) .11 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計.11 3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 .11 3.2 信號采集部分設(shè)計 .12 3.2.1 電壓和電流的檢測與調(diào)理電路.12 3.2.2 頻率測量電路.13 3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分設(shè)計 .14 3.4 處理器部分設(shè)計 .15 3.4.1 tms320vc5502 的主要外設(shè).15 3.4.2 tms320vc5502 的主要特性.16 3.5 外部存儲器電路的設(shè)計 .16 3.5.1 sdram 接口電路設(shè)計.17 3.5.2 flash 接口電路設(shè)計 .17 3.6 通信接口部分設(shè)計

3、 .17 3.7 鍵盤和顯示部分設(shè)計 .18 3.7.1 鍵盤電路設(shè)計.18 3.7.2 顯示電路.19 3.8 本章小結(jié).20 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計.20 4.1 主程序設(shè)計.20 4.2 數(shù)據(jù)采集程序 .22 4.3 數(shù)據(jù)處理程序 .23 4.4 通信模塊 .24 4.5 鍵盤和顯示模塊程序 .26 4.6 本章小結(jié) .27 5. 系統(tǒng)誤差分析系統(tǒng)誤差分析.27 5.1 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)測試儀的研究 摘 要 電力參數(shù)的準(zhǔn)確、快速測量對于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化、保證電網(wǎng)安全與經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。近年

4、來隨著電力電子技術(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)和評價供電質(zhì)量的重 要指標(biāo)。采用數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)行電力參數(shù)的測量，在提高測量精度、實(shí)時 性和智能化方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。 本文首先對電力參數(shù)測試儀的發(fā)展?fàn)顩r和背景做了綜述。對頻率、諧波、電 壓和電流有效值及其他電力參數(shù)測量原理進(jìn)行了詳細(xì)的理論闡述。本文頻率測 量方法是硬件測量法。對于功率的測量，本文采用間接測量算法。接下來，對 基于 dsp 的電力參數(shù)測量儀器的總體設(shè)計方案進(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)

5、顯示和存儲系統(tǒng)。其中硬件部分主要包括信 號采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路、處理器及外圍電路、存儲器擴(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。該裝置可用來測量單相、三相交流電路的 電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功和無功功率、視在功率等參量；可對諧波 進(jìn)行實(shí)時測量及分析。 最后，通過對裝置進(jìn)行誤差分析，基本達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電力參數(shù)；頻率；諧波分析；dsp abstract it is very significant that accurate and quick measurement

6、 of the electric power parameter for realizing the automation of power network dispatching and guaranteeing the safe operation of power networkwith the development of modem power electronic technology,nonlinear loads are extensively applied in production and lifetheir nonlinearity,impact and imbalan

7、ce make power quality wopse and worseelectric power parameters become very important for people to grasp power supply line state and appraise electric qualitymeasuring electric power parameters by digital signal processing technology has superiority in improving measurement precision and real-time p

8、erformanceat the same time，digitization measurement makes the measurement system more intelligent first,this paper introduces the development status and background of electric power parameters test instrument overallthe paper this frequency measurement method is hardware measuring methodin harmonic

9、analysisthe improvement of fast fourier transform the dual spectrum lines interpolation method.this paper adopts the indirect measurement algorithm for the reactive power measurement through the comparison of simulation resultsthen the overall design scheme for the electric power parameters test ins

10、trument based on dsp is introducedthe instrument consists of two main parts：data acquisition and processing system，data display and storage systemthis paper mostly complete the hardware and software design of the data acquisition and processing systemthe hm-dware part signal acquisition circuit 、mos

11、tly includes adc circuit，processor and peripheral circuit， tms320vc5502which is the product of ti is adopted as the main processor,the software part mostly consists of main program，data acquisition，data processing and communication modules procedure designthis instrument tail measure voltage，current

12、，frequency，power factor,active power and reactive power，apparent power etcit can realize realtime measurement and analysis of harmonic. finally，through the analysis of the whole simulation device, the basic design of the desired goal key words：electric power parameter；frequency；harmonicanalysis；dsp

13、第第 1 章：緒論章：緒論 1.1 課題的目的與意義 通過本課題的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生在電氣工程及其自動化專業(yè)方向分析問題、 解決問題的能力。掌握基于 dsp 的智能電力參數(shù)測試儀的設(shè)計方法 1.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 目前國內(nèi)外電力參數(shù)測量的基本情況 在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，電能的質(zhì)量越來越受到重視。電網(wǎng)的電流、 電壓過低過高。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 危及人身安全。應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電力參數(shù)實(shí)時測量功能，在變電站一級一般 都由遠(yuǎn)動裝rtu(remote terminal unit)來實(shí)現(xiàn)；而在普通應(yīng)用環(huán)境中由于側(cè)重 于電量的計量功能則多采用電能表來實(shí)現(xiàn)，主要是通過

14、將有功功率對時間積分 的方式進(jìn)行有功電能的計量。 目前，在我國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， 它是利用三個不同空間和相位的磁通建立起來的交變的移進(jìn)磁場，在這個磁場 的作用下，轉(zhuǎn)盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，這個感應(yīng)電流使得轉(zhuǎn)盤總 是朝一個方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動經(jīng)蝸桿傳遞到計數(shù)器，累計轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，從而 達(dá)到計量電能的目的。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量 儀表。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 著電力市場化改革的不斷深入，我國的國電網(wǎng)、省電網(wǎng)在各級電能計量數(shù)

15、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)合電力市場運(yùn)作和管理的實(shí)際需要，當(dāng)前電能量計量儀器的測量已經(jīng)從 簡單的有功電度和無功電度測量發(fā)展到測量電壓(相電壓平均值)、電流(相電 流平均值1、功率因數(shù)、工頻頻率、無功功率、視在功率、單相或雙向電能量、 預(yù)測熱需求、諧波、對稱分量，以及其它電力參數(shù)值的測量，如相序轉(zhuǎn)換、 電壓電流非平衡、分時段。而完成的功能也由傳統(tǒng)的計量發(fā)展到多條記錄存 儲、可與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時測量(有線或無線)等。 目前市面上的一些智能型的電力參數(shù)測試儀，多采用一片普通單片機(jī) cpu(往往是8位機(jī))，同時完成電力參數(shù)的計算和整個儀表系統(tǒng)的管理任務(wù)，

16、再 加上輸入變換、ad轉(zhuǎn)換以及字長等諸多環(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)出來的產(chǎn)品，雖然在電能計量上取得了很好的精確度，但整體應(yīng)用范 圍較窄，無法實(shí)現(xiàn)功能的多樣性，移植性較差，對于高速實(shí)時信號處理也不適 合。 dsp技術(shù)的高速發(fā)展為電力參數(shù)測試技術(shù)帶來了新的變革，特別是在電力系 統(tǒng)電壓和電流的高次諧波的測量和分析，非正弦情況下的有功電能和無功電能 的計量方面，dsp的應(yīng)用成為了目前電力參數(shù)測試儀器開發(fā)的最新趨勢 我國雖然引進(jìn)

17、了國外一些多功能電力參數(shù)測試儀器，但其在功能、價格、 維護(hù)等方面不能完全適合我國現(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、價格低廉的多功能電力參數(shù)測試儀。近幾年來隨著半導(dǎo)體技 術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷問世，使開發(fā)新式多功能電力參數(shù)測試儀 成為可能。 本課題的研究工作就是在此背景下展開的。 1.3 本論文的研究內(nèi)容 本文主要針對我國電力系統(tǒng)供配電的實(shí)際情況，在分析電力參數(shù)測試儀器 的現(xiàn)狀和傳統(tǒng)測試儀器存在的問題的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一個基于dsp的電力參數(shù)綜 合測試裝置，實(shí)現(xiàn)多種電力參數(shù)的實(shí)時測量。該裝置可用來測量單相、三相交 流電路的電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功和無功功

18、率、視在功率等參量； 可對諧波進(jìn)行實(shí)時測量及分析。 本文的主要研究內(nèi)容包括： 1、分析電力參數(shù)測試儀器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，指出開展電力參數(shù)綜合測試儀器 研究的重要意義。 2、對諧波測量的方法進(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)的測量方法， 4、進(jìn)行基于dsp的軟、硬件設(shè)計。 5、對系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析。 第 2 章電力參數(shù)測量原理 2.1 電壓電流有效值的測量 若以采樣周期對瞬時電壓、電流在一個采樣周期內(nèi)采樣n個點(diǎn)，則離散的 s t 電壓電流有效值的計算方法如下 電壓有效值： （2.1） 1 0 2 )( 1 n n nu n u 電流有效值： （2.2

19、） 1 0 2 )( 1 n n ni n i 式中：n-一個周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) u、i-電壓、電流有效值 、-電壓、電流瞬時采樣值)(nu)(ni 2.2 頻率的測量 頻率是指單位時間內(nèi)事物周期性運(yùn)動的次數(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，這是一種企求系統(tǒng)能量均衡的動態(tài)過程，在不破壞系統(tǒng)穩(wěn) 定的前提下，在各節(jié)點(diǎn)同時檢測，不易覺察到波動的差異。從概率統(tǒng)計的意義 上，各節(jié)點(diǎn)的頻率是相等的，并在作同步的變化。在此條件下，任一點(diǎn)測得的 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)，需要加以動態(tài)監(jiān)測，另一

20、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。 本文采用的測頻方法是硬件測頻法，它的實(shí)質(zhì)就是周期法。 首先，需要專門測頻電路，首先采用前置低通濾波器，濾除電壓(電流)信號 中的諧波分量，以避免測量結(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)電路簡單，響應(yīng)快，計算機(jī)計算量小。本設(shè)計將三相電壓電 流6路信號中的一路電壓信號送入到過零比較器得到與電壓信號頻率相同的方波 信號輸出，由dsp的捕獲腳捕獲信號上升沿，利用系統(tǒng)時鐘計算出兩個上升沿之 間的時間，從而計算出頻率。信號周期，將信號周期n等分，就可得到 1 t f

21、信號的采樣間隔，從而實(shí)現(xiàn)采樣頻率對系統(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，是目前諧波測量中最基本的方法。針對fft 算法存在的柵欄效應(yīng)和頻譜泄露現(xiàn)象造成的測量誤差，可以通過選擇適當(dāng)?shù)拇?函數(shù)抑制泄露現(xiàn)象，也可以根據(jù)所選窗函數(shù)的形式對幅值和相位進(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計算的精度，從而滿足諧波測量中對諧波 參數(shù)的精度要求。 2.3.1 算法原理 設(shè)一個頻率為、幅值為a、初相位為的單一頻率信號x(t)，在經(jīng)過了采 0 f 樣頻率為的模數(shù)變換后得到如下的形式的離散

22、信號： s f （2.3） 0 ( )sin(2) s f x na f 如果所加窗函數(shù)的時域形式為w(n)，其連續(xù)頻譜w(f)，則加窗后該信號2 的連續(xù)傅立葉變換為： （2.4） 2 00 2 ()2 () ( )( ) ( )()() 2 jfnjj n ss ffffa x fx n w n ee wew jff 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 0 f 0 f 以表達(dá)為： （2.5） 0 2 () ( )() 2 j s ffa x fe w jf 對上式進(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） 0 2 () ()() 2 j s k

23、 ffa x k fe w jf 式中離散頻率間隔為，n是數(shù)據(jù)截斷的長度。 s f f n 峰值頻率很難正好位于離散譜線頻點(diǎn)上，也就是說一般不是整 00 fkf 0 k 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 1 k 2 k 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 1021 1kkkk 到這兩條譜線，從而可確定和令這兩條譜線幅值分別是和 1 k 2 k 11 ()yx kf 則由式(2.6)可知： 22 ()yx kf （2.7） 10 1 20 2 (2 () ) (2 () wkk y n wkk y n 由于，所以可引入一個輔助參數(shù)口。顯然， 01

24、 01kk 01 0.5kk 的數(shù)值范圍是，它是以原點(diǎn)為對稱的。這樣，將式（2.7）經(jīng)過變0.5,0.5 量代換和改寫后，可以得到： （2.8） 21 21 (2 (0.5)(2 (0.5) _ (2 (0.5)(2 (0.5) ww nnyy wwyy nn 令，并且當(dāng)n較大時，式（2.8）一般可簡化為， 21 21 () () yy yy ( )g 其反函數(shù)記為。當(dāng)窗函數(shù)w（n）為實(shí)系數(shù)時，其幅頻響是偶 1( ) g (2)wf 對稱的，因而函數(shù)及其反函數(shù)是奇函數(shù)。 g 1 g 計算可以采用多項式逼近方法。多項式逼近是一種近似計算復(fù) 1( ) g 雜連續(xù)函數(shù)值的數(shù)值方法。通過控制多項式逼近

25、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，多項式逼近的計算 公式易于采用程序代碼實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用切比雪夫多項式逼近奇函數(shù)時，所 1 g 求多項式的偶次項系數(shù)將為0，這樣就進(jìn)一步減少了乘法計算量。 在對幅值進(jìn)行修正時，直接對和兩根譜線進(jìn)行加權(quán)平均，從而計算出 1 k 2 k 實(shí)際的峰值點(diǎn)的幅值。其計算公式為： （2.9） 1020 12 1020 21 (2 ()(2 () (2 ()(2 () 2() (2 (0.5)(2 (0.5) wkkwkk aa nn a wkkwkk nn yy ww nn 式（2.9）中對兩根譜線采用的權(quán)重與各自的幅值成正比。對于

26、一般的實(shí)系 數(shù)窗函數(shù)，當(dāng)n較大時，式（2.9）可進(jìn)一步簡化為的形式， 1 12 () ( )anyy v 其中是偶函數(shù)。如果采用多項式逼近求出函數(shù)的近似計算公式，結(jié)果( )v v 中將不含有奇次項。這樣修正算法的計算公式可改寫為： （2.10） 122 21022 ()(.) l l anyybbb 式中，為多項式的偶次項系數(shù)。 0 b 2 b. 2l b 由于在尋找插值點(diǎn)時用到了峰值點(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，可由上述的多項式逼近和雙譜線修 正算法推導(dǎo)出幅值、相位的簡單實(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

27、出： （2.11 1246 21 1.5 ()(2.35619403 1.155436820.32607830.07891461) arg()( 1) 0.5)(1,2) 2 i i anyy x kfi ） 2.4 功率的測量 對于功率的計算包括有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)的計算， 功率的測量. 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） 0 1 t puidt t 經(jīng)離散化后，以一個周期內(nèi)有限個采樣電壓和電流瞬時值來代替一個周期 內(nèi)連續(xù)變化

28、的電壓和電流函數(shù)值，則單相有功功率離散化后得： （2.14） 1 0 1 ( ) ( ) n n pu n i n n 其中：p-有功功率 n-個周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) 、-電壓、電流瞬時采樣值)(nu)(ni 三相總的有功功率為各單相有功功率之和: （2.15） 111 000 1 ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) nnn aabbcc nnn pu n i nu n i nu n i n n 單相視在功率的測量： （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) aabbcc su iu iu i 無功功率為： （2.18） 22 psq

29、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( ) p s 2.5 本章小結(jié) 本章主要從理論上分析了本裝置所需測量的電壓電流有效值、功率等的測 量原理，并給出了具體計算公式。 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 電力參數(shù)綜合測試儀的總體結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示： tms320vc5502 處理器 顯示和鍵盤電 路 存儲電路 信號采集和轉(zhuǎn) 換電路 通信電路 圖 3.1 總體結(jié)構(gòu)圖 整個系統(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)顯示與存儲系統(tǒng)主要完成測量數(shù)據(jù)的顯示、存

30、儲工作。兩部分之間通過串 口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是整個測試裝置設(shè)計中最為重要的一部分，儀器的絕大部 分測試功能都依靠這一部分來實(shí)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的硬件平臺由一片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。 信號調(diào)理模塊：由電壓電流互感器、濾波電路、換檔電路等組成，主要完 成信號的變換和調(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)時采集電 網(wǎng)參數(shù)。 存儲器模塊：由sdram芯片h

31、y57v6432200ct和flash芯片39vf400a組成。該 模塊主要用于擴(kuò)展外部存儲器，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 信號采集部分設(shè)計 3.2.1 電壓和電流的檢測與調(diào)理電路 電壓和電流的檢測與調(diào)理電路的主要功能是把互感器輸出的 ma 級弱電流 信號轉(zhuǎn)化成適合 dsp 采樣的電壓信號?；ジ衅鳂?gòu)成了信號檢測部分，電壓單元 為電壓互感器 pt，電流單元為電流互感器 ct，具體電路如圖 3.2 和圖 3.3

32、所示。 下面說明電流采樣電路，電壓采樣電路和電流采樣電路類似，在這里就不多做 說明了。 由電流互感器副邊輸出的是交流信號，存在正負(fù)特性。此電流信號經(jīng)過電 阻采樣后轉(zhuǎn)化為-3.3v+3.3v 之間的電壓信號，由于所用的 ad 轉(zhuǎn)換器是單 極性的，而電流檢測信號是雙極性的，故交流模擬量信號在經(jīng)過電流、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，使得偏移后的信號范圍在 0 至+3.3v 之間。再把信號送入到 ad 轉(zhuǎn)換 口。 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 rp1 + - + - lm324 +5v -5v lm324 +5v -

33、5v -1.65v 圖 3.2 電流采樣電路 r30 r31 r32 r33 r34 r35 r36 + - + - lm324 +5v -5v lm324 +5v -5v -1.65v pt 1:1 rp4 圖 3.3 電壓采樣電路 3.2.2 頻率測量電路 由于系統(tǒng)的測量是通過對信號進(jìn)行周期采樣的方法來實(shí)現(xiàn)的，因此其準(zhǔn)確 性不僅來源于采樣的準(zhǔn)確性還來源于系統(tǒng)頻率測量的準(zhǔn)確性，因此加入測頻電 路是必不可少的。測頻電路設(shè)計如圖 3.4 所示： 選擇三相電壓電流 6 路信號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，該電壓信號首先經(jīng)過前端由 lm324 構(gòu)成的射極跟隨器，射極跟隨器

34、起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，然后通過由 lm339 構(gòu)成的過零比較電路 將其轉(zhuǎn)換成與電壓信號頻率相同的方波信號以采集頻率信息。 r60 r61 r63 + - + - lm324 +5v -5v lm339 +5v -5v r62 r64 r65 cap4 d13 圖 3.4 頻率測量電路 3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分設(shè)計 數(shù)字測量系統(tǒng)的測量精度與ad轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)有很大關(guān)系，ad轉(zhuǎn)換 器是整個數(shù)字電路的核心器件，在整個電氣測量系統(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

35、電式ad轉(zhuǎn)換器速度最快， 價格也最昂貴，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、價格低廉，但速度最慢；逐次逼近型居中， 速度較快、價格適中、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。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)及信號的采樣頻率，所以在設(shè)計 硬件電路之前需要確定這兩個參數(shù)的理論值。由于要研制的測試儀器電壓電流 的測試精度預(yù)計達(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，本裝置在設(shè)計中，需要在5個周波中采樣1024個點(diǎn)，采樣頻率需要大于

36、10500hz。 我們要檢測的信號包括三相電壓、三相電流共6路，在監(jiān)測中，除了要知道 每路信號值的大小之外。還要知道信號彼此之間的相位關(guān)系，這就要求采用同 步采樣技術(shù)來獲得準(zhǔn)確的信息。同步采樣也是信號頻譜分析的前提條件。同步 采樣模塊一般采用多個采樣保持器、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通道能夠同時采樣，則可以省 去多個采樣保持器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，使設(shè)計工作大為簡化，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)計要求的ads8364數(shù)據(jù)采 集芯片。ad

37、s8364為250khz、6通道同步采樣的16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)計的高速、低功耗ad轉(zhuǎn)換芯片。 ads8364有6個模擬輸入通道，分為a、b、c三組，每組包括2個通道，分別 由holda、holdb和holdc啟動ad轉(zhuǎn)換。當(dāng)三個保持信號同時被選通時，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的時鐘信號由外部提供，轉(zhuǎn) 換時間為20個時鐘周期，最高頻率為5mhz，在5mhz的時鐘頻率下ads8364轉(zhuǎn)換時 間為3.2us，相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集時間為0.8us

38、，每個通道的總的轉(zhuǎn)換時間為 4us，a/d轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生轉(zhuǎn)換結(jié)束信號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，由于采樣時已經(jīng)進(jìn)行了電平轉(zhuǎn)換。所以可以直接輸入到

39、ad轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換。 由于ads8364與tms320vc5502都是，ti公司提供的高速芯片，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，并且對每 個通道轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取通過地址線a2、a1、a0來選擇。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)ads8364六個通道的同步采樣，ads8364的a、b、c 三組啟動控制信號holda、holdb和holdc接在一起，由tms320vc5502的定時器o 的

40、輸出信號統(tǒng)一控制，只要定時時間到就可以同時啟動ads8364的六個通道，從 而實(shí)現(xiàn)六通道的同步采樣。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號eoc通過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 由于本裝置在測量中，大量使用乘法累加運(yùn)算，如有效值運(yùn)算、功率計算、 fft變換等，選用一般的51系列單片機(jī)是無法勝任的，又因為本系統(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t

41、i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 個時鐘內(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)外部存儲器接口(emif) (2)通用異步接受發(fā)送器(uart) (3) c

42、控制接口 2 i (4)主機(jī)接口(hpi) (5)直接存儲器訪問(dma)控制器 (6)三個全雙工的多通道緩沖串口(mcbsp) (7)四個定時器 (8)片內(nèi)可編程鎖相環(huán)（pll）時鐘發(fā)生電路 (9)多個通用fo引腳和一個輸出引腳xf 其中emif支持對異步存儲器，如ezprom，sram，及高速同步存儲器sdram的 無縫連接。mcbsp支持對一系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行設(shè)備的無縫連接。dma控制器獨(dú) 立于cpu工作，為數(shù)據(jù)移動提供六個獨(dú)立的通道。hpi是一個816位的并行接口， 可訪問c5502內(nèi)部存儲器的32k字，hpi支持對一系列主處理器的無縫連接。 3.4.2 tms320vc5502 的主

43、要特性 tms320vc5502芯片的主要特性如下 (1)200300m hz的時鐘周期，每個周期可以執(zhí)行一條或兩條指令。 (2)兩個mac單元，一個時鐘周期可執(zhí)行兩次乘累加運(yùn)算。 (3)一個40bit的alu，執(zhí)行高精度的算術(shù)邏輯運(yùn)算。 (4)一個16bit的alu，與40比特的alu并行運(yùn)算。 (5)一個40bit的桶狀移位器，可以將結(jié)果左移31bit或右移32bit。 (6)四個40bit的累加器，保留計算的結(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ram (9)16kxl6bit的片內(nèi)rom，支持多種自舉裝載模式。 (1

44、0)8m16bit的最大可訪問外部存儲空間。 (11)32 bit的外部并行總線存儲器，支持外部存儲器接口。 (12)可編程的省電模式，各個模塊可獨(dú)立編程。 (13)3.3v的i0電壓，1.26v的內(nèi)核電壓。 3.5 外部存儲器電路的設(shè)計 在進(jìn)行dsp系統(tǒng)設(shè)計時外部存儲器接口的設(shè)計很重要，它關(guān)系到整個系統(tǒng) 資源的空間分配。本系統(tǒng)擴(kuò)展的外部存儲器包括sdrom和flash。 emif(external memory interface)是外部存儲器和tms320vc5502片內(nèi)其 他單元間的接口，cpu訪問片外存儲器的時候必須通過emif。tms320vc5502內(nèi)外 空間都統(tǒng)一編址，整個emi

45、f空間分為四個部分 ce0-ce3，每個ce空間彼此獨(dú)立， 可以進(jìn)行不同的訪問控制，每個空間的大小為4m字節(jié)片內(nèi)的存儲器自動跳過。 設(shè)計中將sdram配置在ce2和ce3空間，將cel空間分配給flash用。 3.5.1 sdram 接口電路設(shè)計 sdram是synchronous dynamic ram的縮寫，即同步動態(tài)存儲器。動態(tài)存 儲器中同步技術(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，而且價格便宜，在需要選用大容量存儲器時，它 的性價比非常高。本系統(tǒng)中采用sdram作為外接存儲器之一，它是dsp單元存儲 ad轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算輸

46、出的中間及最終結(jié)果的場所。在dsp上電后 需要對sdram進(jìn)行自檢，以避免sdram單元出錯造成以后監(jiān)測儀工作不正?；驍?shù) 據(jù)出錯。 本系統(tǒng)中選用的sdram為hynix公司的hy57v643220ct，芯片容量是2mx32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； 由于同步動態(tài)ram是通過emif接口與dsp進(jìn)行連接的，工作時的時鐘脈沖由 dsp提供，tms320vc5502的最高時鐘頻率為200mhz，emif接口提供的最高頻率是 1oomhz，從這一

47、點(diǎn)來看，hy57v643220的166mhz是完全達(dá)到要求的。 3.5.2 flash 接口電路設(shè)計 本系統(tǒng)是一個需要脫機(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，dsp 將一段存儲在外部 的非易失性存儲器的代碼移植到內(nèi)部的高速存儲器單元中去執(zhí)行。這樣既利用 了外部的存儲單元擴(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間相對是固定的，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格的限制，另一方面在系統(tǒng)軟件升級上 顯得不是很靈活方便。flash

48、 是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲器，而 且單位存儲比特的價格比傳統(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 通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)同樣的功能。 系統(tǒng)中選用的 flash 存儲器是 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)保存時間超過 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 頁擦除等特點(diǎn)。 3.6 通信接口部分設(shè)計 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

49、信，本文設(shè)計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，兩者之間不能直接進(jìn)行通訊，這里我們采用max232芯片來完成 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，使用起來十分方 便，一個芯片可連接兩對收，發(fā)信號線，接口電路如下圖3.5所示： t1int1out v+ r2

50、out vcc 8 t2outt2in r1inr1out r2in c2-c2+ v- c1+ c1- 1 2 3 4 5 6 7 gnd 9 10 11 1213 14 1516 c274 c271 gnd tx 3.3v tx 232 0.1uf rx rx_232 0.1uf max232a 圖3.5 通信接口電路 3.7 鍵盤和顯示部分設(shè)計 3.7.1 鍵盤電路設(shè)計 鍵盤在人機(jī)交互系統(tǒng)中是一個很重要的部分。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。鍵盤是最簡單的輸入設(shè)備，是人工干預(yù)計算機(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、定時掃描

51、方式和中斷掃描方 式 3 種。在本文的設(shè)計中，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，來響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時，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)具備下述幾個功能：判斷鍵盤上有無鍵按下； 去除鍵的抖動影響；掃描鍵盤，得到按下鍵的鍵號。 在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)計的矩陣鍵盤 電路如圖 3.6 所示。 tms320vc5502 iope1 iope2 iope3 iope4 iope5 iope6 vcc 圖 3.6 3x3 矩陣鍵

52、盤接口電路 圖中行線 iope4iope6 通過 3 個上拉電阻接電源端 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 sedl335 控制器的圖形液 晶顯示驅(qū)動模塊，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)計簡便(內(nèi)嵌控制器)、功耗低、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，常常用于各 種便攜式

53、設(shè)備顯示前端。 此設(shè)計中的液晶顯示模塊接口控制時序采用了 8080 時序，讀寫信號獨(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 問的 數(shù)據(jù)傳送；iopa4 與wr 相連，寫 sedl335 時，置 iopa4 為低；iopa5 與瓜 d 相連，讀 sedl335 時，置 iopa5 為低；iopa6 與cs 相連作為片選，訪問 sedl335 時，置 iopa6 為低；iopa7 與 a0 相連，通過對 iopa7 寫 o 或 1，與 iopa4 和

54、iopa5 配合來控制實(shí)現(xiàn)對 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。vout 為液晶控制板上的 dc-dc 模塊輸出 電壓(+26v)，v0 為液晶顯示對比度調(diào)整電壓，通過調(diào)節(jié)可變電位器，可以調(diào)節(jié) 液晶屏的顯示對比度。 tms320vc5502 iopb0 iopb2 iopb3 iopa4 iopa6 iopa7 液晶顯示模塊（sed1335） iopb1 /wr /rd /cs a0 db0 db1 db2 db3 db4 db5 db7 gnd v0 vout vcc gnd 20k +15v iopa5 iopb5 iopb6 iop

55、b7 iopb4 iopb5db6 圖 3.7 液晶顯示接口電路 3.8 本章小結(jié) 本文設(shè)計的電力參數(shù)測試儀采用模塊化設(shè)計，本章首先對整個電力參數(shù)測 試儀硬件體系設(shè)計進(jìn)行了介紹。然后在分析電力參數(shù)對硬件的要求下，對數(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)計進(jìn)行了比較詳細(xì)的說明。 通過各模塊的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)整個電力參數(shù)測試儀的硬件電路。 第第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計章系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 主程序設(shè)計 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，然后啟動定 時器0，由定時器0啟動ad轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換完成后由轉(zhuǎn)換結(jié)束信號觸發(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

56、次數(shù)后，調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù) 處理子程序，進(jìn)行計算得出測量結(jié)果。當(dāng)上位計算機(jī)(數(shù)據(jù)顯示和存儲系統(tǒng))發(fā) 出通訊命令時，系統(tǒng)通過串行口中斷進(jìn)行接收，根據(jù)不同的命令，向上位計算 機(jī)發(fā)送不同參數(shù)的計算結(jié)果。 對于采樣數(shù)據(jù)讀取中斷和串口接收中斷，中斷的優(yōu)先級設(shè)置為采樣數(shù)據(jù)讀 取中斷的優(yōu)先級高于串口接收中斷。按照中斷的概念，低優(yōu)先級中斷不能打斷 高優(yōu)先級中斷，而高優(yōu)先級中斷可以隨時打斷低優(yōu)先級中斷。在安排上述兩個 中斷的優(yōu)先級時，主要考慮到數(shù)據(jù)處理過程中用到的采樣數(shù)據(jù)必須是在一定的 時間內(nèi)連續(xù)采樣得到的，采樣數(shù)據(jù)讀取過程不能被其他事件中斷：而串口接收 中斷是用來接收上位機(jī)發(fā)送來的命令的，數(shù)據(jù)處理完成后系統(tǒng)根據(jù)接

57、收到的命 令向上位機(jī)傳送不同的計算結(jié)果。因此，把讀采樣數(shù)據(jù)中斷設(shè)為較高的優(yōu)先級。 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 n y n y 啟動定時器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，由tms320vc5502片上定時器0輸出觸發(fā)信號，作為ad轉(zhuǎn)換 的啟動信號。轉(zhuǎn)換完成后，ads8364的eoc引腳變?yōu)榈碗娖剑|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)果存放在兩個緩沖區(qū)中，在中斷服務(wù)程序中，設(shè)置一個標(biāo)志flag，當(dāng)標(biāo)志

58、為o時存放在緩沖區(qū)1中，為1時存放在緩沖區(qū)2中。中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后， 程序回到主循環(huán)。程序如圖4.2和4.3所示。 開始 返回 啟動ad轉(zhuǎn)換 初始化定時器0 發(fā)送轉(zhuǎn)換完成信號 在1nt0中斷程序中 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 圖4.2 數(shù)據(jù)采樣流程圖 flag=0? j=1024？ j=0 flag=!flag 中斷入口 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并存 到緩沖區(qū)1中j=j+1 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 并存到緩沖區(qū)2 中j=j+1 返回 n n y y 圖4.3 a/d中斷服務(wù)程序流程圖 4.3 數(shù)據(jù)處理程序 數(shù)據(jù)處理部分主要是對數(shù)據(jù)采集部分得到的離散信號進(jìn)行處理，運(yùn)用各種 算法實(shí)現(xiàn)各電量參數(shù)的計算和分析。采樣數(shù)據(jù)處理流程圖如圖

59、4.4所示。時域的 離散值計算主要實(shí)現(xiàn)電壓、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等的 計算。頻域的計算中，先計算頻率，然后對信號進(jìn)行加窗處理，接下來完成諧 波的計算。 入口 對信號進(jìn)行加 窗處理 計算頻率 計算諧波 計算u、i、p、 q等電量參數(shù) 結(jié)束 圖4.4 數(shù)據(jù)處理模塊流程圖 4.4 通信模塊 tms320vc5502dsp 芯片自帶有通用異步串行通信口，通信接口收發(fā)芯片使 用的是 max232。采用中斷方式接收上位機(jī)的命令，采用查詢方式向上位機(jī)發(fā)送 數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理完成后，查詢發(fā)送標(biāo)志，如成立則根據(jù)不同的標(biāo)志向上位機(jī)傳 送不同的測量數(shù)據(jù)，如不成立則跳過發(fā)送程序。接收和發(fā)送流程如圖 4

60、.5 和 4.6 所示： 中斷入口 從接收緩沖寄 存器urrbr中 讀取數(shù)據(jù) 結(jié)束 圖 4.5 中斷接收流程圖 將待發(fā)送數(shù)據(jù)按通信 規(guī)約組織成數(shù)據(jù)幀 將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送保持 寄存器urthr中 返回 根據(jù)標(biāo)志位的值取出 不同參數(shù)的計算結(jié)果 標(biāo)志位0 y n 圖 4.6 發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖 異步通信中，數(shù)據(jù)發(fā)送端以固定的字符格式發(fā)送數(shù)據(jù)，每個字符包括 1 個 起始位、5-8 個數(shù)據(jù)位、1 個奇偶校驗位和 12 個停止位。每個數(shù)據(jù)傳輸都是 從起始位開始，隨后是要傳送的數(shù)據(jù)，然后是奇偶校驗位，最后是停止位，兩 個相鄰數(shù)據(jù)的傳送可以有我們自己控制。在本儀器的串口通信設(shè)置中，采用 8 個數(shù)據(jù)位、1 個停止位和奇