DSP的跟踪频率变化的交流有样技术

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                    　　在交流采样系统中，通常是一个周波采样６４点或１２８点的电量值，然后对这些数据进行处理。如果电网频率恒定，则采样间隔ｔ＝Ｔ／Ｎ（Ｔ为周期，Ｎ为采样点），而电网的频率通常有一定的波动，所以要不断调整采样间隔。
　　在单片机系统中，一般采用过零触发电路和单片机的外部中断来检测电量周波的开始和结束时间，再利用内部定时器计算出周期和采样间隔，在采样间隔定时中断程序中启动一次采亲。这种方案有两个缺点：其一，电路实现复杂；其二，精度不高，因为要考虑中断能否实时响应。过零触发电路产生的中断响应具有不确定性。
　　我们在使用ＴＭＳ３２０Ｆ２４０　ＤＳＰ开发交流采样系统时，巧妙地利用该款ＤＳＰ的定时器、捕获器和不中屏蔽中断（ＮＭＩ）实现了跟踪频率变化的交流采样。
　　１　ＮＭＩ中断、定时器、捕获器的简单分析
　　（１）ＮＭＩ中断
　　ＴＭＳ３２０Ｆ２４Ｘ系列有一个不可屏蔽中断（ＮＭＩ）引脚。当该引脚有跳变信号时（可编程为上升沿或下降沿触发），立即进入中断程序，可以用于紧急事件的处理。本文中用于跟踪被测电量的频率。
　　（２）定时器介绍
　　ＴＭＳ３２０Ｆ２４０有３个通用定时器，每个通用定时器有６种计数方式：①停止／保持模式，模式０；②单增计数模式，模式１；③连续增计数模式，模式２；④定向增／减计数模式，模式３；⑤单增／减计数模式，



　　３　硬件设计
　　（１）互感器电路及设计注意事项
　　利用互感器电网的二次高压和电流交换成０～５Ｖ或－５～＋５Ｖ的电压送入Ａ／Ｄ转换器，具体电路如图１所示。
　　图１中，电压互感器的原边１００Ｖ，副边输出２ｍＡ电流经ＯＰ０７转换成－３．５～＋３．５Ｖ的电压量（注意：幅值范围为－５～＋５Ｖ）。电流互感器的原边输入５Ａ的电流，副边输出２ｍＡ的电流经运放转换成－３．５～＋３．５Ｖ的电压量。
　　Ｄ１１、Ｄ１２，Ｄ２１、Ｄ２２为运放输入限幅保护电路；Ｃ１１、Ｒ１４，Ｃ２１、Ｒ２３为互感器相移补偿电路。因采样时只要保证一个周波采样Ｎ点，什么时候开始并不重要，所可以省去相移补偿电路。
　　Ｒ１１，Ｒ１２、Ｒ１３，Ｒ２１、Ｒ２２的值可以通过以上给出的电流、电压值计算出来：Ｒ１１＝１００Ｖ／２ｍＡ，Ｒ１２＋Ｒ１３＝Ｒ２１＋Ｒ２２＝３．５Ｖ／２ｍＡ。运放的输出端可以接一电容进行滤波。
　　运放的输出可以再接一级电压跟随器（如图２的Ｕ１Ａ）起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。
　　（２）过零触发电路
　　具体电路如图２所示。Ｕ１Ａ构成的电压跟随器的作用如上所述，它的正端输入来自互感器电路的输出。Ｕ２Ａ构成一个过零比较电路，Ｄ２稳压二极管使比较器的输出为０～５Ｖ，将模拟信号转换成数字信号送入ＤＳＰ的捕获器输入端ＣＡＰ１和不可屏蔽中断端ＮＭＩ。
　　（３）Ａ／Ｄ转换器和ＤＳＰ的接口电路
　　电路原理如图３所示。ＡＤＣ芯片采样１４位的ＭＡＸ１２５。ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的定时比较器输出端Ｔ３ＣＭＰ接ＭＡＸ１２５的启动转换器ＣＯＮＶＳＴ；ＭＡＸ１２５转换结束产生中断，通过ＩＮＴ脚接ＤＳＰ的ＸＩＮＴ１脚向ＤＳＰ申请中断，ＤＳＰ在中断程序中读取转换结果。ＤＳＰ对ＭＡＸ１２５的操作是通过端口访问完成的，ＭＡＸ１２５的片选端ＣＳ４接译码器的一个输出端，译码器的输入和使能端由ＤＳＰ的地址线和Ｉ／Ｏ信号ＬＳ控制。
　　每隔一个采样周期（Ｔ／Ｎ）Ｔ３ＣＭＰ端输出一个下降沿脉冲，启动ＭＡＸ１２５进行一次Ａ／Ｄ转换。采样间隔会根据电网频率的变化自动调整。



　　４　软件设计
　　下面给出几个程序函数。具体数据处理的函数因系统功能不同而异，限于篇幅这里不作讨论。
　　（１）定时器、捕获器初始化程序：
　　ｖｏｉｄ　ｉｎｉｔ＿ＴｉｍｅｒＣａｐｔｕｒｅｔ（）
　　｛＊Ｔ２ＣＮＴ＝０；　／＊计数寄存器初始化＊／
　　＊Ｔ３ＣＮＴ＝０；
　　＊Ｔ３ＣＭＰ＝１０００；
　　＊Ｔ２ＰＥＲ＝３００００；
　　Ｔ３ＰＥＲ＝４０００；　／Ｔ２ＰＥＲ、Ｔ３ＰＥＲ会在ＮＭＩ中断程序中根据电量频率的变化作出相应的调整＊／
　　＊ＣＡＰＣＯＮ＝０ＸＢＣ５５；　／＊设置捕获器＊／
　　＊ＧＰＴＣＯＮ＝０Ｘ１８６Ａ；
　　＊Ｔ２ＣＯＮ＝０Ｘ１７ＣＡ；　／＊方式２，分频系数为１２８＊／
　　＊Ｔ３ＣＯＮ＝０Ｘ１０ＣＡ；　／＊方式２，分频系数为１＊／
　　＊ＮＭＩ＿ＣＲ＝０Ｘ６４；　／＊设置不可屏蔽中断＊／
　　｝
　　（２）ＡＤＣ转换结束中断响应程序
　　ｖｏｉｄ　ｃ＿ｉｎｔ１（）
　　｛ｉｎｔ　ｉ；／＊其余为全局或静态变量＊／
　　／＊程序中读取ＡＤＣ的转换结果＊／
　　ｉｆ（ＡＣｈａｎｅｌ＝　＝１）　／＊读Ａ组３路的转换结果＊／
　　｛　ｏｕｔｐｏｒｔ（０ｘ０１，０ｘ０３）；／＊输出ＭＡＸ１２５的控制字＊／
　　ｉｎｐｏｒｔ（０ｘ０１，＆ＡＤＣ＿Ｄａｔａ［０］）；
　　ｉｎｐｏｒｔ（０ｘ０１，＆ＡＤＣ＿Ｄａｔａ［１］）；
　　ｉｎｐｏｒｔ（０ｘ０１，＆ＡＤＣ＿Ｄａｔａ［２］）；
　　ＡＣｈａｎｅｌ＝０；
　　｝
　　ｅｌｓｅ
　　｛／＊如上读取Ｂ组３路的转换结果＊／
　　｝
　　／＊将１４位的结果转换为１６位的（初码存放）＊／
　　ｆｏｒ（ｉ＝１；ｉ＜６；ｉ＋＋）
　　ＡＤＣ＿Ｄａｔａ［ｉ］＝ＡＤＣ＿Ｄａｔａ［ｉ］＜＜２／４；
　　｝
　　（３）不可屏蔽中断的中断程序
　　ｖｏｉｄ　ｃ＿ｉｎｔ７（）　｛
　　ａｓｍ（＂ＳＥＴＣ　ＩＮＴＭ＂）；／＊禁止中断＊／
　　＊Ｔ２ＣＮＴ＝０；／＊作捕获器的时在，一个周波开始时其值为０＊／
　　＊Ｔ３ＰＥＲ＝＊ＦＩＦＯ１；／＊Ｔ３的计数周期是一个周波周期的１／１２８＊／
　　ａｓｍ（＂ＣＬＲＣ　ＩＮＴＭ＂）；／＊使能中断＊／
　　｝
　　本文充分利用了ＴＭ３２０Ｆ２４０的片内资源，巧妙地实现了动态跟踪频率变化的交流采样，希望对使用该系列ＤＳＰ进行测控领域开发的技术人员有所启发。
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