對基于DSP的電力系統(tǒng)諧波檢測裝置設(shè)計的改進

1、DSP原理及應(yīng)用論文名稱：對基于DSP的電力系統(tǒng)諧波檢測裝置設(shè)計的改進 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 1、改進方法：硬件設(shè)計方面，根據(jù)電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和處理的實際特點，設(shè)計了信號的多通道采樣保持和時鐘轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)了多路信號的同步采樣和快速轉(zhuǎn)換。充分發(fā)揮了微控制器的控制功能和DSP芯片的數(shù)字信號處理優(yōu)勢。軟件算法方面，系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的快速傅里葉變換(FFT)，對采集的電壓和電流信號進行頻譜分析。論文中還詳細分析了信號的采樣問題，以及信號的數(shù)字濾波問題。初步設(shè)計了對采集數(shù)據(jù)進行計算和處理的相關(guān)軟件算法，實現(xiàn)了對諧波的測量功能。2、完成的功能：系統(tǒng)主要實現(xiàn)電能質(zhì)量的實時檢測。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1

2、所示，數(shù)據(jù)采集模塊與通信中轉(zhuǎn)模塊組成一個現(xiàn)場系統(tǒng)，通信模塊通過RS-232實現(xiàn)與PC機之間的通信。PC機通信模塊向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)出命令，數(shù)據(jù)采集模塊通過通信模塊向PC機回送測量數(shù)據(jù)以及執(zhí)行結(jié)果。PC機通過調(diào)制解調(diào)器及計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實現(xiàn)電能質(zhì)量的實時檢測與遠程控制。設(shè)計的采集模塊與通信模塊需要完成的功能有：（1）網(wǎng)參數(shù)測量：電網(wǎng)參數(shù)測量主要對電壓、電流、頻率3個電網(wǎng)參數(shù)進行測量。電壓電流有效值設(shè)計精度要求達到0.1%，頻率設(shè)計精度要求為1%。（2）功率測量：功率測量主要包括視在功率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)。有功功率與無功功率設(shè)計精度要求達到0.2%，功率因數(shù)精度要求為1%。（3）電網(wǎng)諧

3、波分析：電網(wǎng)諧波分析要求能夠檢測最高為50次的諧波，設(shè)計測量精度要求達到0.5%。（4）通訊功能：現(xiàn)場采集量與分析結(jié)果通過CAN總線傳輸，經(jīng)由系統(tǒng)的通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)給PC機。PC通信模塊采集模塊1采集模塊2采集模塊N圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1、國際中各級電網(wǎng)諧波電壓限值電壓/kVTHD奇次偶次0.3854.02.06/1043.21.635/6632.41.211021.60.8注： 220kV電網(wǎng)參照110kV執(zhí)行，衡量點為PPC，取實測95%概率值3、諧波的測量及計算方法3.1、諧波含有率電壓和電流的波形畸變所含的某次諧波的含有率，反映畸變波形中諧波所占的比率。電壓畸變波形的第k次諧波電壓含

4、有率等于其第k次諧波電壓幅值與其基波電壓幅值的百分比 電流畸變波形的第k次諧波電流含有率等于其第k次諧波電流幅值與其基波電流幅值的百分比 3.2、總諧波畸變率 (THD)電壓和電流波形畸變的程度，常以其總諧波畸變率來表示，作為衡量電能質(zhì)量的一個指標(biāo)，各次諧波含有率的平方和的平方根稱為總諧波畸變率THD,簡稱畸變率。電壓的總諧波畸變率： 電流的總諧波畸變率： 3.3、諧波檢測的方法在諧波檢測中，使用傅立葉算法。傅立葉變換是一種將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號的變換形式。在頻域分析中，頻譜分析是信號分析的主要內(nèi)容，它反映了系統(tǒng)性能的好壞。所謂信號的頻譜，就是指信號的頻率及對應(yīng)的幅度值、相位，也可以分別稱為

5、幅度譜和相位譜。傅立葉變換是數(shù)字信號處理中對信號進行分析時經(jīng)常采用的一種方法。但是如果采用常規(guī)的傅立葉變換，則該算法的運算量會特別大，不適合需要高速運行的嵌入式控制系統(tǒng)中采用，而通常方法是采用快速傅立葉變換(FFT)。利用FFT可以直接得到波形所含的各頻譜分量。從盡量減少數(shù)據(jù)分析的運算量的角度出發(fā)，采用基于復(fù)序列FFT算法來實現(xiàn)諧波的測量。這種算法在運算的時候減少了離散傅里葉變換計算次數(shù)。減少計算時候的工作量，加快了計算速度。在進行大量運算的時候，效果還是非?？捎^的。4、系統(tǒng)硬件整體設(shè)計該系統(tǒng)可分為信號預(yù)處理、信號采集、數(shù)據(jù)處理與信號控制、顯示、鍵盤、通信、電源7 部分，如圖4.1 所示。數(shù)據(jù)

6、采集模塊主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)顯示功能。與此功能相對應(yīng)的電路包括測量電路、DSP 最小系統(tǒng)電路以及人機接口電路測量電路完成信號的采樣與變換。DSP 最小系統(tǒng)電路完成信號的算法處理以及對整個系統(tǒng)的控制。人機接口電路包括鍵盤控制電路以及LCD 顯示信號處理結(jié)果。圖4.1 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)中DSP 選用的是TI 公司的3.3V 低電壓供電的TMS320LF2407 DSP 芯片作為中央處理單元。根據(jù)該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的二個模塊及DSP 的特點。電源電路根據(jù)需要完成5V到3.3V電平轉(zhuǎn)換。選用TPS7333 提供系統(tǒng)3.3V供電。數(shù)據(jù)采集與信號調(diào)理電路完成電網(wǎng)信號的采樣與轉(zhuǎn)化。選用

7、電壓電流互感器接市電采樣并用DVDI001 參與信號調(diào)理。A/D 轉(zhuǎn)換部分是利用ADS8364 16位AD 轉(zhuǎn)換器，用來將采樣的模擬信號數(shù)字化，以供數(shù)據(jù)處理單元運算處理。DSP 最小系統(tǒng)進行諧波分析的數(shù)據(jù)運算處理以及提供合適的時序與邏輯來控制各外圍功能模塊單元完成相應(yīng)功能。串口通信電路及USB 接口電路用來將A/D 轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)及時發(fā)送到PC 機以待更進一步的數(shù)據(jù)處理。液晶顯示模塊采用192*64 藍屏點陣實現(xiàn)DSP 諧波分析結(jié)果的顯示。鍵盤控制部分為用戶提供快捷的命令人機接口。通信中轉(zhuǎn)模塊中串行通信采用的是DSP內(nèi)置的SCI控制器。收發(fā)器選用MAX232。5、DSP芯片的選擇TMS320L

8、F2407 DSP除具有TMS320系列DSP的基本功能，還具有以下特點：（1）采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3v，減小了控制器的功耗；30MIPS 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns（30MHz），從而提高了控制器的實時控制能力；（2）基于TMS320C2xx DSP 的CPU核，保證了TMS320LF240x 系列DSP 代碼和TMS320 系列DSP 代碼兼容；（3）片內(nèi)高達32K 字*16位的Flash 程序存儲器；高達2.5K 字*16 位的數(shù)據(jù)/程序RAM；544 字雙端口RAM；2K 字的單口RAM；（4）SCI/SPI引導(dǎo)ROM；（5）兩個事件管理模塊 EV

9、A 和EVB，每一個均包括如下資源：兩個16 位通用定時器；8個16 位的脈寬調(diào)制（PWM）通道，可以實現(xiàn)三相反相器控制、PWM 的中心或邊緣校正、當(dāng)外部引腳PDPINTx出現(xiàn)低電平快速關(guān)閉PWM 通道；防止擊穿故障的可編程的PWM 死區(qū)控制；對外部事件進行定時捕獲的3個捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路；16 通道的同步A/D 轉(zhuǎn)換器。（6）可擴展的外部存儲器總共具有192K 字*16 位的空間，分別為64K 字的程序存儲器空間、64K 字的數(shù)據(jù)存儲器空間、64K 字的I/O 空間；（7）看門狗（WD）定時器模塊；（8）10 位ADC 轉(zhuǎn)換器，其特性為：最小轉(zhuǎn)換時間為500ns、8個或16 個

10、多路復(fù)用的輸入通道；（9）CAN 2.0 B 模塊，即控制器區(qū)域網(wǎng)模塊；（10）串行通信接口（SCI）模塊；（11）16 位串行外部設(shè)備接口（SPI）模塊；（12）基于鎖相環(huán)（PLL）的時鐘發(fā)生器；（13）高達41個可單獨編程或復(fù)用的通用輸入/輸出（GPIO）引腳；（14）5個外部中斷；（15）電源管理，具有 3 種低功耗模式，能獨立地將外圍器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。由于本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理量大，對處理速度也有一定要求，因此，DSP芯片的型號選擇TMS320LF2407。6、系統(tǒng)硬件電路圖設(shè)計6.1、數(shù)據(jù)采集、處理模塊數(shù)據(jù)采集模塊包括信號調(diào)理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊。其中，信號調(diào)理模塊又包括電流調(diào)理模塊

11、及電壓調(diào)理模塊。其功能是對輸入的電信號（電壓、電流）的幅值進行調(diào)整并進行初步的硬件濾波處理，使之成為A/D芯片（ADS8364）可以處理的信號。這部分電路還將高壓部分與系統(tǒng)隔離，起到了保護作用。數(shù)據(jù)采集模塊電壓，電流調(diào)理部分如圖6.1所示。圖6.1 電壓、電流調(diào)理電路本系統(tǒng)采用的是單端輸入ADS8364的參考輸入電壓為自身的參考輸出，-IN端輸入的共模電壓為ADS8364輸出的參考電壓。由于ADS8364的參考輸出為+2.5V，根據(jù)單端輸入峰峰值的計算公式CV+Vref、CV-Vref（CV=5V，Vref=2.5V)可得輸入電壓的范圍為+2.5V-2.5V。為了保證在正負(fù)極之間不會產(chǎn)生失調(diào)誤

12、差，必須要使正負(fù)極的電抗相匹配，本系統(tǒng)在正負(fù)極之間加入一個小電容（20pF）來使之匹配。6.2、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊采用的是TI公司的ADS8364。ADS8364是一種高速、低功耗、6通道同步采樣、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主要應(yīng)用于電機控制和多軸定位系統(tǒng)等方面。其共模抑制在50kHz時為80dB，因此，特別適用于噪聲比較大的環(huán)境。ADS8364同TMS320LF2407的接口電路如圖6.2與圖6.3所示。ADS8364的3根地址線（A2、A1、A0）的接線方式使得（A2、A1、A0）=110，這便使得對A/D結(jié)果的讀取方式為順序循環(huán)方式。圖6.2 ADS8364接口電路圖圖6.3 TMS32

13、0LF2407接口電路圖該模式下數(shù)據(jù)的讀取順序為：在對ADS8364復(fù)位后讀取的第一個數(shù)據(jù)位通道A0的轉(zhuǎn)換結(jié)果，第二次讀取的數(shù)據(jù)A1通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果，接下來順序讀取的結(jié)果為B0、B1、C0、C1、A0、A1.由于ADS8364的片選線CS是同LF2407的I/O空間選擇線IS相連，因此對A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取只需要保證其地址不會同其它占用I/O空間地址的外設(shè)的地址沖突即可。ADS8364的3個保持信號（HOLDA，HOLDB，HOLDC)同時同TMS320LF2407的PWM1相連，PWM1輸出的脈沖頻率為采樣頻率，因此每次同時啟動6個通道的A/D轉(zhuǎn)換。HOLDX是有源低電平取樣觸發(fā)器。當(dāng)3條HO

14、LD線均為低電平時6個模擬輸入同時被采樣，并在下一個時鐘的上升沿轉(zhuǎn)換過程開始，然后在20時鐘周期后轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC引腳保持1/2時鐘周期的低電平，因此將EOC引腳同TMS320LF2407的外部中斷輸入引腳相連，由此來觸發(fā)中斷以實時讀取6個通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。6.3、電源電路設(shè)計電源電路為整個系統(tǒng)的所有芯片提供電源管理。電源電路不僅要滿足各個功能模塊所使用芯片的電平要求，還應(yīng)當(dāng)有足夠的功率驅(qū)動該系統(tǒng)上所有的芯片組。本系統(tǒng)采用多電源控制系統(tǒng)。其中5V電源供電GAL、MAX232等COMS型功能輔助芯片。由于LF2407芯片的供電電壓只能是3.3V，所以設(shè)計時，還需要將5V電源

15、變換為3.3V給CPU供電，因此使用了TPS7333元件作為5V/3.3V的轉(zhuǎn)換芯片。電源的功率要求是：5V、750mA。如果需要擴展其他模塊，則要求更高電流的電源。圖6.4是芯片TPS7333的電路連接。另外，為滿足數(shù)據(jù)預(yù)處理部分中運算放大器雙電源的供電要求，需要提供-5V電源。而液晶模塊因為選用的是具負(fù)壓顯示功能液晶，需提供-10V的顯示驅(qū)動電壓。因此該電路板采用的是四路供電電源模塊，整個電源模塊用多路開關(guān)與主電路隔離。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，一般在信號地和電源地之間使用磁珠，電源輸出點也通常使用磁珠。圖6.4 電源電路6.4、TMS320LF2407存儲器擴展接口設(shè)計1.硬件接口

16、設(shè)計TMS320LF2407的外部擴展存儲空間包括32K 字的靜態(tài)程序RAM存儲空間和32K 字的靜態(tài)數(shù)據(jù)RAM存儲空間，總共提供了64K 字的片外靜態(tài)RAM。內(nèi)部存儲空間的優(yōu)先級比外部存儲空間的高。在外部存儲器擴展時，考慮到了等待狀態(tài)對外部存儲器的影響，片外存儲空間的等待狀態(tài)是由等待狀態(tài)產(chǎn)生寄存器產(chǎn)生的。為了獲得零等待片外存儲器的數(shù)據(jù)位，必須對WSGR 編程。應(yīng)用板上電過程需要7個等待狀態(tài)，它不能通過等待(READY)信號為外部程序和數(shù)據(jù)存儲器訪問產(chǎn)生等待狀態(tài)，必須通過編程來實現(xiàn)。外部存儲器的接口譯碼由一片GAL22V10來實現(xiàn)。GAL22V10是一個通用陣列邏輯(GAL)元件，采用了EEC

17、MOS 工藝使得該器件的編程非常方便。GAL22V10 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由8個輸入緩沖器、8個輸出反饋/輸入緩沖器、8個輸出三態(tài)緩沖器，9個輸出邏輯宏單元、與門陣列以及時鐘和輸出選通信號等組成?？删幊踢壿嬈骷礼AL22V10的連接結(jié)構(gòu)圖如圖4.7 所示。LF2407應(yīng)用板的外部存儲器選用了CYPRESS 公司的CY7C1021CV，該芯片是64K 字*16 位寬的存儲器。外部存儲器的擴展接口如圖6.5所示。 圖6.5 GAL22V10的連接結(jié)構(gòu)圖由于程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)要分開，而只有單片外部存儲器芯片。所以，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器各占32K 空間。圖4.8 就是程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)分開的接法。

18、即采用數(shù)據(jù)空間選通引腳DS接外部RAM的A15 地址線來實現(xiàn)。因此數(shù)據(jù)區(qū)為前32K字，程序區(qū)為RAM 的后32K 字。但是對于DSP 本身而言，映射的程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)的地址均為0000hFFFFh。這是因為在外部存儲器的空間與內(nèi)部映射的存儲空間是兩個概念，前者是指外部存儲器硬件的空間，而后者指的是DSP 可以尋址的空間，而對于DSP 來說，程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的尋址空間是獨立的。2. 存儲器設(shè)置通過圖6.6的硬件接口設(shè)計，DSP可以訪問的程序存儲空間為32K字。程序存儲空間的配置有兩種，一種64K 字存儲空間全部位于外部存儲器；另一種是內(nèi)部FLASH存儲空間使能，其存儲范圍為0x00000x7

19、FFFh，而可用的外部存儲器空間為0x8000h0xFFFFh。這主要通過對微處理器/微控制器方式選擇引腳（MP/MC）的電平高低來處理。一般在硬件上實現(xiàn)，即在MP/MC 引腳上接一個跳線接口，就可以實現(xiàn)硬件選擇該引腳的工作模式，當(dāng)MP/MC=1 時，所有內(nèi)部FLASH 存儲空間被禁止；當(dāng)MP/MC=0 時，所有內(nèi)部FLASH 存儲空間被使能。 TMS320LF2407 應(yīng)用板的實際程序與數(shù)據(jù)存儲硬件空間資源如表4.1所示。表6.1 TMS320LF2407應(yīng)用板的程序存儲空間資源 程序/數(shù)據(jù)空間 程序/數(shù)據(jù)空間 MP/MC=1 微處理器模式MP/MC=0 微控制器模式 0000 外部DRAM

20、 0000中斷，片內(nèi)FLASH/外部DRAM 003F外部DRAM 003F 0040外部DRAM 0040片內(nèi)FLASH/外部DRAM 7FFF 7FFF 8000中斷，外部PRAM 8000PON=1，片內(nèi)SARAM 87FF外部PRAM 87FFPON=0，外部SARAM 8800外部PRAM 8800外部RAM FDFF FDFF FE00CNF=1,片內(nèi)DARAM FE00CNF=1,片內(nèi)DARAM FEFFCNF=0,外部DARAM FEFFCNF=0,外部DARAM FF00CNF=1,片內(nèi)DARAM FF00CNF=1,片內(nèi)DARAM FFFFCNF=0,外部DARAM FFF

21、FCNF=0,外部DARAM圖6.6存儲器的連接圖6.5、異步串行接口硬件設(shè)計本設(shè)計中，TMS320LF2407與PC機通過串行口進行通信，PC機從串行口向DSP按照一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送命令幀，TMS320LF2407接收到命令幀后按要求回復(fù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。TMS320LF2407器件包括串行通信接口SCI模塊。該SCI模塊帶有與RS232標(biāo)準(zhǔn)一致的異步串口(DART)，使得TMS320LF2407可以方便地與其它使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)通信。MAX232為電平轉(zhuǎn)換器,簡單易用,MAX232具有一個專有的低壓降發(fā)送器輸出級，在其以雙電荷泵3.0V5.5V供電時，可獲得真正的RS232性能

22、。該器件只需4個0.1uF小型外接電容，可在維持RS232輸出電平的情況下確保運行于120kb/s數(shù)據(jù)率，因此十分適合高速串行數(shù)據(jù)通信的場合。串行接口電路如圖6.7所示。圖6.7 異步串行接口芯片連接6.6、人機接口技術(shù)鍵盤與顯示是儀表與用戶進行直接對話的地方，它們的性能直接影響到用戶的使用。鍵盤和LCD 都直接由DSP 控制。液晶顯示要求漢字和圖形，例如諧波分析的柱形圖。設(shè)計液晶與DSP的接口如圖6.8所示。（1）指令積存器 （IR）（2）數(shù)據(jù)寄存器 (DR)（3）忙標(biāo)志：BF（4）顯示控制觸發(fā)器DFF（5）XY 地址計數(shù)器（6）顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）（7）Z地址計數(shù)器圖6.8 LCD

23、與DSP接口圖7、系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程數(shù)據(jù)采集模塊軟件從功能上可分為兩大部分，一是與硬件有密切關(guān)系的驅(qū)動程序，包括DSP內(nèi)置外圍電路的驅(qū)動以及外部電路的驅(qū)動，這些驅(qū)動程序主要完成對硬件的底層操作。二是與硬件無關(guān)的應(yīng)用程序，包括應(yīng)用層的頁面顯示程序、電能質(zhì)量分析的算法程序。頁面顯示程序可以在應(yīng)用層完成頁面與鍵盤的操作，算法程序主要完成快速傅立葉變換（FFT）算法。通信中轉(zhuǎn)模塊軟件與數(shù)據(jù)采集模塊相似，也可分為驅(qū)動程序與應(yīng)用程序，不同在于通信中轉(zhuǎn)沒有算法程序，取而代之的是RS232串行通信程序。初始化模塊主要完成系統(tǒng)內(nèi)核、外圍硬件及應(yīng)用程序的初始化，也就是初始化包括硬件與軟件兩方面。硬件初始化一般從C

24、PU開始按由內(nèi)到外的循環(huán)進行，先是DSP內(nèi)核初始化，然后是DSP內(nèi)置外圍電路初始化，最后是外部電路初始化。軟件初始化一般包括應(yīng)用程序的數(shù)組和參數(shù)初始化。數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對采樣下來經(jīng)過數(shù)字化處理后的數(shù)據(jù)進行處理，以完成該系統(tǒng)的功能。中斷處理模塊主要負(fù)責(zé)突發(fā)性占用CPU資源的并要求及時處理的操作，如典型的定時器中斷和串口通信中斷。捕獲口CAP中斷用來測量電壓周期，鍵盤中斷用來確定按鍵的標(biāo)號。7.1、主程序流程圖系統(tǒng)軟件為匯編語言編程，程序主要包括：系統(tǒng)初始化、開中斷、硬件自檢、模擬量采集、數(shù)據(jù)處理、運算結(jié)果處理等子程序。初始化程序主要完成數(shù)據(jù)存儲空間的檢測和初始化、通訊方式的設(shè)置、液晶顯示方式

25、設(shè)置、事件管理器工作方式設(shè)置（設(shè)置定時器）、中斷設(shè)置（中斷寄存器和中斷優(yōu)先級設(shè)置）、啟動硬件看門狗、禁止開關(guān)動作等。模擬量采集程序主要是對電網(wǎng)電壓、電流進行采集，并完成模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)化的過程。數(shù)據(jù)處理程序主要根據(jù)采樣得到的數(shù)據(jù)，應(yīng)用FFT算法對電網(wǎng)諧波進行計算。主程序流程圖如圖7.1所示。圖7.1 主程序流程圖7.2、DSP數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖ADS8364是高速、低功耗，六通道同步采樣16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS8364采用+ 5V工作電壓，并帶有80dB共模抑制的全差分輸入通道以及六個4s連續(xù)近似的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、六個差分采樣放大器。另外，在 REFIN 和 REFOUT 引腳內(nèi)部還帶有+ 2

26、.5V參考電壓以及高速并行接口。ADS8364的六個模擬輸入分為三組（A，B和C），每個輸入端都有一個ADCs保持信號以用來保證幾個通道能同時進行采樣和轉(zhuǎn)換。ADS8364的差分輸入可在- VREF到+ VREF之間變化。ADS8364模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的六個16位ADCs可以成對的同步工作。三個保持信號（HOLDA，HOLDB，HOLDC)可以啟動指定通道的轉(zhuǎn)換。當(dāng)三個保持信號同時被選通時，其轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在六個寄存器中。對于每一個讀操作ADS8364均輸出十六位數(shù)據(jù)，地址/模式信號（A0，A1，A2）可以選擇如何從ADS8364讀取數(shù)據(jù)，也可以選擇單通道、單周期或FIFO模式。在ADS8364的

27、 HOLDX保持至少 20ns的低電平時，轉(zhuǎn)換開始。這個低電平可使各個通道的采樣保持放大器同時處于保持狀態(tài)從而使每個通道同時開始轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果被存入輸出寄存器后 ,引腳 EOC的輸出將保持半個時鐘周期的高電平。另外，通過置RD和CS為高電平可使數(shù)據(jù)讀出到并行輸出總線。ADS8364的時鐘信號由TMS320LF2407的定時器的周期PWM輸出信號T4PWM提供，頻率為4MHz。在DSP復(fù)位時，A/D芯片也復(fù)位。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號接到DSP的外部中斷引腳XINT2，因此對A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取可采用中斷和查詢兩種方式，視編程和工程應(yīng)用的具體要求而定。由于ADS8364的轉(zhuǎn)換速度很快，在啟動A/D轉(zhuǎn)

28、換之后，只需等待5s即可讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，因此采用等待方式，等待時間大于5s即讀數(shù)據(jù)。DSP數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖7.2所示。圖7.2 DSP數(shù)據(jù)采集程序流程圖7.3、FFT算法的程序流程圖根據(jù)FFT算法的特點，處理器要在一個指令周期內(nèi)完成乘和累加的工作，因為復(fù)數(shù)運算要多次查表相乘才能實現(xiàn)。其二就是間接尋址，可以實現(xiàn)增減1個變址量，方便各種查表方法。再次，F(xiàn)FT變換的輸入序列x(n)是按所謂的碼位倒序排列的，處理器要有反序間接尋址的能力。DSP控制器專門設(shè)計了特有的反序間接尋址，并能在一個指令周期內(nèi)完成乘和累加的運算。因此，對數(shù)字信號的分析處理，DSP比其它的處理器有絕對的優(yōu)勢。本文采用TI公司C

29、2000系列TMS320LF2407芯片來實現(xiàn)FFT算法。TMS320LF2407定點DSP是一款專為工業(yè)控制、電機控制和數(shù)字信號處理等用途而設(shè)計的DSP，具備單周期乘加指令，具有FFT反序間接尋址功能，最高運行速度為40MIPS。為了充分利用DSP芯片特有的反序間接尋址等功能，F(xiàn)FT算法程序采用匯編語言編寫，主程序采用C語言，因此程序具有良好的兼容性和可擴展性。FFT算法的程序流程圖如圖7.3所示。圖7.3 FFT算法的程序流程圖8、串口通信的實現(xiàn)TMS320LF2407 串行通信的軟件設(shè)計可以采用查詢和中斷兩種不同的模式，其中查詢方式是查詢到相應(yīng)的標(biāo)志位成立時，就執(zhí)行相應(yīng)的動作。這種工作方

30、式要在串行口和接口電路之間交換數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制三種信息，它使DSP 陷于等待和反復(fù)查詢，其DSP 的利用率受到嚴(yán)重影響。本系統(tǒng)采用中斷模式。在中斷方式下，DSP啟動串口后就不再詢問它的狀態(tài)，依然執(zhí)行自己的程序，實現(xiàn)DSP 與串行口的并行工作。當(dāng)串行口產(chǎn)生中斷時，先向DSP申請中斷，DSP 響應(yīng)中斷后就暫時中斷自己的程序，執(zhí)行相應(yīng)的串口中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完后又返回主程序，它能使信息得到及時處理。RS232串行通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為點對點結(jié)構(gòu)，工作模式為主從模式，PC機Master，通信中轉(zhuǎn)模塊為Slaver。 PC機與通信中轉(zhuǎn)模塊RS232通信過程如下：PC機向通信中轉(zhuǎn)模塊發(fā)送命令(包括數(shù)據(jù)召喚、子站登

31、記、開關(guān)遠程控制幀、系統(tǒng)校時)，通信中轉(zhuǎn)模塊在中斷服務(wù)程序里接收命令標(biāo)志，根據(jù)該標(biāo)志在主程序里發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通信中轉(zhuǎn)模塊向PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括數(shù)據(jù)召喚幀(147字節(jié))、子站登記幀(201字節(jié))、開關(guān)遠程控制幀(8字節(jié))、系統(tǒng)校時回復(fù)幀(8字節(jié))、SOE幀。下面的程序是DSP 與上位機的通信程序，采用中斷接收數(shù)據(jù)并設(shè)置軟件發(fā)送標(biāo)志。DSP 的時鐘頻率為20MHz，串行通訊的波特率為9600，8 位數(shù)據(jù)、1 位停止位、不設(shè)奇偶校驗。void SciSent()if(k>M) return；*SCITXBUF=ADRESULTANNk+；*SCICTL2=0xC3；*IMR=*IMR|0x

32、0010；*IFR=*IFR|0x0010；asm(" clrc INTM")；return；void SciRec()static int anntimes=0；receiveanntimes+=*SCIRXBUF；if(anntimes>(M-1) anntimes=0；*SCICTL2=0xC2；*IMR=*IMR|0x0010；*IFR=*IFR|0x0010；asm(" clrc INTM")；interrupt void uarttr()switch(*PIVR)case 6：SciRec()；case 7：SciSent()；*SCICTL2=0x0C3；*IMR=*IMR|0x0010；*IFR=*IFR|0x0010；asm(" clrc INTM")；return；8.1、刷屏與鍵盤處理在LCD頁面與鍵盤的處理上，本論文著力