MCF5282微处理器在电力控制系统中的应用

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                    ????? 本文中将介绍一种新型嵌入式微处理器MCF5282以及由它设计出的嵌人式主模板，能够满足多种通信方式的要求，而且其处理速度和实现多通道交直流采样的精度比起上述三类芯片都要高得多，其实时性也更完美。
　　1 MCF5282微处理器的主要特点
　　MCF5282微处理器是迄今为止Motorola推出的最高集成度的ColdFire系列32位微处理器，内含有2 KB的高速缓冲存储器Cache、64 KB的随机存储器RAM和512KB的闪存Flash，其I／0口总数达到152个。它还采用智能DigjtalDNA技术，在66 MHz下工作速度为59Dhrystone2．1 MIPS。此外，MCF5282微处理器还具有新型设备：
　　◆快速以太网媒体存取控制(MAC)，支持100 MbpsMII，10 Mlaps MII和10 Mbps 7线实际接口，它使以太网连接从板级扩展到芯片级，这是MCF5282区别于其他类型处理器的特色之一。
　　◆QSPI模块，提供带有序列传输性能的串行外围接口。
　　◆3个通用异步串行接口模块UART。
　　◆I2C系统总线模块。
　　◆CAN 2．0B标准接口模块。
　　◆4个32位的DMA定时／计数器、8个16位通用定时／计数器、4个周期中断定时／计数器。
　　◆8路10位A／D转换器模块(QADC)。
　　◆DMA控制模块，可对8位、16位、32位的数据进行操作。
　　◆2个中断控制模块，每个中断控制模块可管理7级中断，每级又有9个中断源，共可管理126个中断源。
　　◆带冲突检测的复位控制模块。
　　◆电源管理模块(PWW)共有四种运行模式：Run．Wait，Doze-和Stop。
　　2 微机保护装置的嵌入式主模板
　　2．1 微机保护装置的工作原理
　　由待保护系统送来的电流电压信号，经电流电压互感器变换后产生低电压信号(±10 V内)送入主模板。主模板内的MCF5282微处理器运行片内的保护软件，进行信号采样，完成各种数值运算、分析及处理，从而确定待保护系统的运行状态。如有故障，则由MCF5282经输出模板发出跳闸动作信号，达到保护系统的目的；同时，由各种通信方式将保护动作信息送入管理模板和上位机，记录、保存数据并报警，完成微机保护装置的工作过程。
　　2. 2 MCF5282构成的嵌入式主模板
　　笔者在设计110 kV高电压的微机保护装置中，选择以MCF5282为核心，构成嵌入式系统的硬件主模板。它主要由数据采样、存储器、开关量输入输出、通信以及串行时钟和E2PROM等电路组成，如图1所示。




　　2.2.2 存储器和数据采样电路
　　存储器选用2片FMl8L08，数据采样选用AD976A，两种器件的数据线、地址线共用，控制线除片选线外，其他线共用，如图3所示。MCF5282微处理器中的软件以I／O端口方式操作这些信号线。




　　2.2.4 通信电路
　　根据MCF5282微处理器的通信端口，设计了以太网、CAN、RS一232和RS—485通信的外围电路，构成多种通信方式与上位机系统和管理模板进行信息交流。CAN、RS一232和RS一485通信的收发器分别使用PCA82C250、MAX3232和MAX485，为了提高通信质量，中间用光电隔离器件6N137进行隔离。为了满足高端用户的需要，设计有以太网通信，外围驱动芯片选用VT6103芯片。
　　2.2.5 串行时钟和E2PROM电路
　　笔者选择1片I2C总线接口的时钟芯片PCF8563和1片I2C总线接口存储器芯片24LC256，它们都挂接在MCF5282微处理器的12C总线上，如图5所示。PCF8563是Phlips公司设计生产的工业级实时时钟芯片，具有功耗低、精度高的特点，使嵌入式系统的硬件主模板有长时期稳定的时间信号。24LC256是一个256。KB的串行E2PROM，可用电擦除，主要作用是存放嵌入式系统的软件在运行过程中所需要的重要参数，例如保护定值等。




　　4 小 结
　　本文介绍了利用微处理器MCF5282构成的嵌入式保护装置的主模块及其与外围电路的连接。由于此模块中采样电路是多通道高速采样，所以要合理地设计参考电压VREF。在设计PCB板时，要注意合理布局和设置良好的静电屏蔽，以防电磁干扰问题。另外，在开关量输入、输出控制以及各种控制信号线中，可根据PCB布线的远近，灵活选择MCF5282处理器的原因之一。将上述设计的嵌入式主模板外加其他模板可配置成具有母线保护、线路保护、发电机保护和变压器保护功能的微机保护装置。此保护装置已运用于实际的电力监控中（110V），如发电机组、变电站和铁路线上，且运行效果良好。