基于DSP的电力电量参数测量系统的设计

liyf · 发表于 2012-1-27 20:18:02

摘　要：介绍电力电量参数测量系统的谐波信号源模块，对DSP技术在电
力系统中的应用做了尝试。
关键词：TMS320F206；DSP；TLC7226；TLC7225；D/A转换

1系统简介
　　本系统的主要功能是在外挂负载数目变化时，保证输出的6路含谐波的电压、电流信号的幅度、相位不受影响。具体的功能要求为：输出3路电压、3路电流信号，每一路都可含高达24次谐波，且每一路波形（包括谐波）的幅度、相位都单独可调，输出幅度为0"2 V,调节精度为0.1 mV，相位的调节精度为0.1°，各次谐波含量0～99%可调。系统同时为后续电路提供档位驱动信号。最终的波形输出由TI公司的D/A芯片TLC7226与TLC7225共同完成，其中TLC7226用来控制每一路波形的幅度，TLC7225则输出最终波形。系统中6路波形的幅度、相位等参数由上位机下传，系统对用户的命令作相应的格式转换进而转入相应的程序段执行，输出标准信号。
　　DSP芯片选用TI公司的TMS320F206（以下简称F206）。他采用改进的哈佛结构，共有6条总线，使数据处理能力达到了最大限度。通过程序、数据空间的分离，可同时进行程序指令和数据的存取，提供了高度的并行性。F206自带的32 kB FLASH是一种可电擦除和编程的非易失性存储器，可用于存储数据或程序。本系统中作者将正弦波母表和幅度控制母表都烧录在FLASH中，以便实时调用，可减少由于计算而引起的延时，提高系统运行速度，满足实时性要求。
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2　系统设计
　　（1）D/A转换（幅度控制）
　　电路图如图1所示。

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　　TLC7226是TI公司生产的包含4路8 b电压输出的高性能D/A转换器，在单个芯片上带有输出缓冲放大器和接口逻辑电路。4路DAC的每一路都配备各自的片内锁存。数据通过公共的8位TTL/CMOS兼容（5 V）输入口送入这些数据寄存器之一。控制输入端A0和A1决定WR变低时哪个DAC被加载。由于所有4路DAC在同一芯片上同时制造，因此在4路之间能精确一致。每一路DAC包括一个输出缓冲放大器，能提供高达5 mA的输出电流。TLC7226的内部功能框图如图2所示。
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　　TLC7225与TLC7226不同的是TLC7225片内每个转换器由一个单独的基准输入，这正好符合本系统中6路信号幅度单独可控的要求。
　　由于系统要求精度为16 b，而TLC7226和TLC7225都是8 b精度，为了解决这个问题，作者在系统中采用2路8 b输入的TLC7226构成1路16 b输入的直流模拟信号，经过LM358做为TLC7225中各路的参考电压（如图1）。
　　本系统中：
　

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其中：Vref为6.95 V由LM399提供。
　　TLC7225数字输入是与TTL或CMOS电平兼容的，为使电源电流最小，一般数字输入电压的驱动应尽可能接近电源满度（VDD和DGND）。
　　此时当TLC7226的输入每增加1时，TLC7225的输出增加Vref×1/256×1/256=0.106mV，从而达到系统的0.1 mV可调的要求。
　　（2）幅度控制程序设计
　　系统中上位机下传的幅度控制帧的格式如图3所示。

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　　图3中："为PC机传送起始符，用于标志PC机传送开始；
　　B为表示幅度控制帧命令类型，在本系统中为B；
　　SOH为各路参数之间间隔符；
　　EOT为参数结束符，用于参数数据域结尾；
　　ETX为PC机传送结束符，用于标志PC机传送结束。
　　校验和为从“"”开始至ETX为止的所有参数和的低8位，其中不包括"，但包括ETX。
　　(3)软件设计
　波形输出利用中断实现，限于篇幅，这里简单介绍部分程序：
　

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　　程序中除了现场保护与恢复之外，最重要的语句是out*0+,0723H，此语句不但将数据输出到TLC7225的一个引脚0723H，而且将当前辅助寄存器中的值增加了240(存储在AR0中)，实现了下一路数据的简便输出而无需再移动当前辅助寄存器指针。需要注意的是输出最后一路数据时一定不能用out*0+, 071BH，否则超出数据表范围，得不到所需的正弦波。

3　结语
　　本系统综合利用DSP的速度快、精度高、指令丰富等特点实现了电力电量参数测量系统的设计，为DSP在电力系统中的应用作了有益的尝试。但由于DSP芯片没有为电力系统设计专用的指令，因此如何在DSP芯片上利用现有的指令系统设计出适合于电力系统应用处理的程序将是关键。

参考文献

［1］TLC7226 quadruple 8 bit D/A converters［M］USA：Texas Instruments, 1996.
［2］张芳兰TMS320C2XX用户指南［M］北京：电子工业出版社，1999.
［3］TMS320C2XX User′s Guide［M］USA：Texas Instruments, 1997.
［4］TMS320C2XX assembly language tools［M］USA：TEXAS INStrUMENTS, 1997 ［5］74HC373 trISTATE Octal DType Latch［M］USA：National Semiconductor, January 1988 .[1]

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