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1、基于DSP的電力電量參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要:介紹電力電量參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的諧波信號(hào)源模塊,對(duì)DSP技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用做了嘗試。關(guān)鍵詞:TMS320F206;DSP;TLC7226;TLC7225;D/A轉(zhuǎn)換1系統(tǒng)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的主要功能是在外掛負(fù)載數(shù)目變化時(shí),保證輸出的6路含諧波的電壓、電流信號(hào)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(hào),每一路都可含高達(dá)24次諧波,且每一路波形(包括諧波)的幅度、相位都單獨(dú)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(shí)為后續(xù)電路提供檔位驅(qū)動(dòng)信號(hào)。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(lái)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(jī)下傳,系統(tǒng)對(duì)用戶的命令作相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換進(jìn)而轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序段執(zhí)行,輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。DSP芯片選用TI公司的TMS320F206(以下簡(jiǎn)稱(chēng)F206)。他采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),共有6條總線,使數(shù)據(jù)處理能力達(dá)到了最大限度。通過(guò)程序、數(shù)據(jù)空間的分離,可同時(shí)進(jìn)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(chǔ)器,可用于存儲(chǔ)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(shí)時(shí)調(diào)用,可減少由于計(jì)算而引起的延時(shí),提高系統(tǒng)運(yùn)行速度,滿足實(shí)時(shí)性要求。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)(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(gè)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(guò)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(shí)哪個(gè)DAC被加載。由于所有4路DAC在同一芯片上同時(shí)制造,因此在4路之間能
4、精確一致。每一路DAC包括一個(gè)輸出緩沖放大器,能提供高達(dá)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(gè)轉(zhuǎn)換器由一個(gè)單獨(dú)的基準(zhǔn)輸入,這正好符合本系統(tǒng)中6路信號(hào)幅度單獨(dú)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(gè)問(wèn)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(hào),經(jīng)過(guò)LM358做為T(mén)LC7225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(dòng)應(yīng)盡可能接近電源滿度(VDD和DGND)。此時(shí)當(dāng)TLC7226的輸入每增加1時(shí),TLC7225的輸出增加Vref×1/256×1/256=0.106mV,從而達(dá)到系統(tǒng)的0.1 mV可調(diào)的要求。(2)幅度控制程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中上位機(jī)下傳的幅度控制幀的格式如圖3所示。圖3中:為PC機(jī)傳送起始符,用于標(biāo)志PC機(jī)傳送開(kāi)始;B為表示幅度控制幀命令類(lèi)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(jī)傳送結(jié)束符,用于標(biāo)志PC機(jī)傳送結(jié)束。校驗(yàn)和為從“”開(kāi)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(shè)計(jì)波形輸出利用中斷實(shí)現(xiàn),限于篇幅,這里簡(jiǎn)單介紹部分程序:程序中除了現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與恢復(fù)之外,最重要的語(yǔ)句是out*0+,0723H,此語(yǔ)句不但將數(shù)據(jù)輸出到TLC7225的一個(gè)引腳0723H,而且將當(dāng)前輔助寄存器中的值增加了240(存儲(chǔ)在AR0中),實(shí)現(xiàn)了下一路數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便輸出而無(wú)需再移動(dòng)當(dāng)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(shí)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(yǔ)本系統(tǒng)綜合利用DSP的速度快、精度高、指令豐富等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了電力電量參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì),為DSP在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用作了有益的嘗試。但由于DSP芯片沒(méi)有為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)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(shè)計(jì)出適合于電力系統(tǒng)應(yīng)用處理的程序?qū)⑹顷P(guān)鍵。參考文獻(xiàn)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
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