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基于DSP的新型多功能电能质量监测仪表的设计
发布时间:2018-07-02 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
2.2 电感生产厂家锁相倍频电路及频率测量
傅里叶变换要求每周期采样点数等间隔，且采样时间要涵盖整周期。因此对采样点数的要求非常严格。实现同步采样的方式有软件同步和硬件同步两种，硬件同步采样比软件同步采样响应迅速，能实时追踪频率变化。本装置中采样脉冲产生电路由过零比较器、工字电感器锁相器以及分频电路组成。锁相电路选择了一种性能优良的CMOS锁相环路CD4046，同时CD4046提供给计数器74LS393来产生所需的分频信号。
倍频锁相电路如图3所示，首先将所检测的信号送入方波发生器，输绕线贴片电感出一个与输入信号同频率的方波f 1，然后送入由锁相环CD4046和计数器74LS393构成的128倍频锁相电路。将74LS393分频后的输出信号接到CD4046比相器输入端3，与f 1进行比较，直至3端和4端的输入信号相位差不再随时间变化，进入锁定状态。此时Vout输出端对方波信号实现了128倍频,依此方波对AD73360进行数据采集触发。同时，74LS393的9脚输出信号送入DSP的捕获端口，用于测量频率。
此锁相倍频电路不需要软件干涉,节省了软件资源，同时提高了检测速度。倍频锁相电路为A/D采集提供了精确的触发脉冲，提高了检测精度，实现了同步锁相采集。
2.3 TMS320VC5402与MSP430通信接口电路
TMS320VC5402提供一个HPI主机接口。HPI是一个8位并行口，用来与主设备或主处理器接口，HPI作为一个外设与主机相连，使主机的访问操作很容易[3]。
当TMS320VC5402与主机传送数据时，HPI能自动地将外部接口连续传来的8位数组合成16位数，并传送至TMS320VC5402。当主机使用HPI寄存器执行一个数据传输时，HPI控制逻辑会自动执行对一个专用2 KB的内部双访问RAM的访问,以完成数据处理,然后C5402可以在它的存储器空间访问读写数据。HPI口的存储器访问可分为共用寻址和单主机寻址方式，一般选用共用寻址方式。DSP和单片机通过向双方发送中断通知对方数据已准备好，通过监测对方设置的状态判断对方是否准备好数据。图4是MSP430单片机与TMS320VC5402的硬件接口电路。
2.4 其他电路设计
单片机通信及人机接口模功率电感器块是一个以单片机为MCU的计算机系统，它的主要功能是完成DSP运算结果的数据再处理，管理输入输出设备，协调整个仪器系统的工作，并使仪器操作方便、显示直观。
设计采用TI公司超低功耗的MSP430F149单片机，它具有16 bit RISC结构，16 bit寄存器和常数寄存器，内置乘法器，2个UART，分段可擦除Flash[4]。
液晶显示选用128×64点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与CPU直接接口，具有8 bit标准数据总线，6条控制线及电源线，采用KS0108控制IC。RS485通信电路采用SN65LBC184，并配合快速光耦合器6N137，实现与上位机的通信。系统按键共6个，分别是“菜单”、“复位”、“确认”、“↑”、“↓”和“返回”。考虑到按键操作会很频繁，而MSP430F149的I/O口又比较丰富，所以用带中断功能的P2口采用下降沿触发的中断方式来进行按键编程。
3 系统软件的设计
该仪表的软件设计分为两部分，一是TMS320VC5402的相关程序设计，其主要功能是功率电感器：A/D采样控制、串口数据传输、大量复杂的数值运算、FFT谐波分析、部分事件记录以及与主控单片机的通信等；二是MSP430单片机中的相关程序，主要功能包括：液晶显示、按键处理、数字通信、开关量输入输出的实现等。在编程语言的选择上，DSP部分采用汇编语言和C语言相结合的方式[5]，为了保证系统良好的实时性，以汇编语言为主，C语言做整个程序框架进程调度，既保证了程序的易读性，也兼顾了系统良好的实时性。MSP430F149的程序完全基于C语言平台开发，程序简单易读，可移植性好，便于后续升级工作。
系统主程序流程图如图5所示。上电后首先DSP进入引导程序并开大电流电感始系统的初始化，然后，为了使串口能配合AD73360开始工作，要对DSP的McBSP串口进行设置，包括对字长、允许产生中断等的设置。开始工作后串口的时钟由AD73360产生，接着由设置好的串口对A/D进行初始化,打开六路采样通道,设置采样模式等。然后打开INT0等待中断。INT0由PLL电路产生,由此实现同步采样。DSP收到INT0后，打开发送中断向A/D发送采样指令，并同时打开数据接收中断开始接收数据，采样后对数据进行FFT谐波分析以及处理后的数据传送与显示。数据采集流程图如图6所示，MCU与DSP通信流程图如图7所示。基于TOP265EG设计的30W待机电源方案TOPSwitch-JX系列(TOP264-271)集成了725V功率MOSFET,高压开关电流源,多模式PWM控制,热关断电路,故障保护和其它控制电路, 265 VAC电压下无负载的功耗低于100m
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