基于DSP的電力電量參數(shù)測量系統(tǒng)的設計

1、基于DSP的電力電量參數(shù)測量系統(tǒng)的設計         摘要：介紹電力電量參數(shù)測量系統(tǒng)的諧波信號源模塊，對DSP技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用做了嘗試。關(guān)鍵詞：TMS320F206；DSP；TLC7226；TLC7225；D/A轉(zhuǎn)換1系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)的主要功能是在外掛負載數(shù)目變化時，保證輸出的6路含諧波的電壓、電流信號的幅度、相位不受影響。具體的功能要求為：輸出3路電壓、3路電流信號，每一路都可含高達24次諧波，且每一路波形（包括諧波）的幅度、相位都單獨可調(diào)，輸出幅度為02 V,調(diào)節(jié)精度為0.1 mV，相位的調(diào)節(jié)精

2、度為0.1°，各次諧波含量099%可調(diào)。系統(tǒng)同時為后續(xù)電路提供檔位驅(qū)動信號。最終的波形輸出由TI公司的D/A芯片TLC7226與TLC7225共同完成，其中TLC7226用來控制每一路波形的幅度，TLC7225則輸出最終波形。系統(tǒng)中6路波形的幅度、相位等參數(shù)由上位機下傳，系統(tǒng)對用戶的命令作相應的格式轉(zhuǎn)換進而轉(zhuǎn)入相應的程序段執(zhí)行，輸出標準信號。DSP芯片選用TI公司的TMS320F206（以下簡稱F206）。他采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，共有6條總線，使數(shù)據(jù)處理能力達到了最大限度。通過程序、數(shù)據(jù)空間的分離，可同時進行程序指令和數(shù)據(jù)的存取，提供了高度的并行性。F206自帶的32 kB FLASH

3、是一種可電擦除和編程的非易失性存儲器，可用于存儲數(shù)據(jù)或程序。本系統(tǒng)中作者將正弦波母表和幅度控制母表都燒錄在FLASH中，以便實時調(diào)用，可減少由于計算而引起的延時，提高系統(tǒng)運行速度，滿足實時性要求。2系統(tǒng)設計（1）D/A轉(zhuǎn)換（幅度控制）電路圖如圖1所示。 TLC7226是TI公司生產(chǎn)的包含4路8 b電壓輸出的高性能D/A轉(zhuǎn)換器，在單個芯片上帶有輸出緩沖放大器和接口邏輯電路。4路DAC的每一路都配備各自的片內(nèi)鎖存。數(shù)據(jù)通過公共的8位TTL/CMOS兼容（5 V）輸入口送入這些數(shù)據(jù)寄存器之一?？刂戚斎攵薃0和A1決定WR變低時哪個DAC被加載。由于所有4路DAC在同一芯片上同時制造，因此在4路之間能

4、精確一致。每一路DAC包括一個輸出緩沖放大器，能提供高達5 mA的輸出電流。TLC7226的內(nèi)部功能框圖如圖2所示。TLC7225與TLC7226不同的是TLC7225片內(nèi)每個轉(zhuǎn)換器由一個單獨的基準輸入，這正好符合本系統(tǒng)中6路信號幅度單獨可控的要求。由于系統(tǒng)要求精度為16 b，而TLC7226和TLC7225都是8 b精度，為了解決這個問題，作者在系統(tǒng)中采用2路8 b輸入的TLC7226構(gòu)成1路16 b輸入的直流模擬信號，經(jīng)過LM358做為TLC7225中各路的參考電壓（如圖1）。本系統(tǒng)中：其中：Vref為6.95 V由LM399提供。TLC7225數(shù)字輸入是與TTL或CMOS電平兼容的，為使

5、電源電流最小，一般數(shù)字輸入電壓的驅(qū)動應盡可能接近電源滿度（VDD和DGND）。此時當TLC7226的輸入每增加1時，TLC7225的輸出增加Vref×1/256×1/256=0.106mV，從而達到系統(tǒng)的0.1 mV可調(diào)的要求。（2）幅度控制程序設計系統(tǒng)中上位機下傳的幅度控制幀的格式如圖3所示。圖3中：為PC機傳送起始符，用于標志PC機傳送開始；B為表示幅度控制幀命令類型，在本系統(tǒng)中為B；SOH為各路參數(shù)之間間隔符；EOT為參數(shù)結(jié)束符，用于參數(shù)數(shù)據(jù)域結(jié)尾；ETX為PC機傳送結(jié)束符，用于標志PC機傳送結(jié)束。校驗和為從“”開始至ETX為止的所有參數(shù)和的低8位，其中不包括，但包括

6、ETX。(3)軟件設計波形輸出利用中斷實現(xiàn)，限于篇幅，這里簡單介紹部分程序：程序中除了現(xiàn)場保護與恢復之外，最重要的語句是out*0+,0723H，此語句不但將數(shù)據(jù)輸出到TLC7225的一個引腳0723H，而且將當前輔助寄存器中的值增加了240(存儲在AR0中)，實現(xiàn)了下一路數(shù)據(jù)的簡便輸出而無需再移動當前輔助寄存器指針。需要注意的是輸出最后一路數(shù)據(jù)時一定不能用out*0+, 071BH，否則超出數(shù)據(jù)表范圍，得不到所需的正弦波。 3結(jié)語本系統(tǒng)綜合利用DSP的速度快、精度高、指令豐富等特點實現(xiàn)了電力電量參數(shù)測量系統(tǒng)的設計，為DSP在電力系統(tǒng)中的應用作了有益的嘗試。但由于DSP芯片沒有為電力系統(tǒng)設計專用的指令，因此如何在DSP芯片上利用現(xiàn)有的指令系統(tǒng)設計出適合于電力系統(tǒng)應用處理的程序?qū)⑹顷P(guān)鍵。參考文獻1TLC7226 quadruple 8 bit D/A convertersMUSA：Texas Instruments, 1996.2張芳蘭TMS320C2XX用戶指南M北京：電子工業(yè)出版社，1999.3TMS320C2XX Users GuideMUSA：Texas Instruments, 1997.4TMS320C2XX assembly language tools