采用DSP器件TMS320F206實(shí)現(xiàn)高精度電表校驗(yàn)

在進(jìn)行常規(guī)電量測(cè)量裝置的校驗(yàn)中，作為校驗(yàn)裝置，一定要對(duì)電壓、電流的幅值、頻率、相位等進(jìn)行高精度測(cè)量，在校驗(yàn)裝置中采用TI公司DSP器件TMS320F206控制A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字濾波處理，并把濾波處理后的數(shù)據(jù)傳送給微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理，實(shí)現(xiàn)了高精度電表校驗(yàn)的要求。

測(cè)量單元的組成及其功能

測(cè)量單元是作為系統(tǒng)的高精度標(biāo)準(zhǔn)表，要完成對(duì)交/直流電壓、電流的多個(gè)電量測(cè)量，測(cè)量的精度小于0.05級(jí)，測(cè)量單元采取插卡式設(shè)計(jì)，直接插入IPC（工業(yè)控制微機(jī)）的ISA總線中使用。本單元結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

其中：A/D轉(zhuǎn)換器采用BB公司的ADS7805，這是16-Bit，轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)100KHz，的高精度轉(zhuǎn)換器，芯片有28腳雙排直插式或貼片式封裝，轉(zhuǎn)換結(jié)果16位并行輸出，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以同時(shí)進(jìn)行，用它完成變換后的電壓、電流信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換;雙口RAM采用CY7133-25，它是一個(gè)雙邊均16位數(shù)據(jù)位的2KBRAM，兩邊可以分別對(duì)片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行存取，在電路中分別受DSP和IPC的控制，以實(shí)現(xiàn)IPC和TMS320F206之間的數(shù)據(jù)交換;過(guò)零比較用LM339，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流v、I的過(guò)零檢測(cè)，用于獲取計(jì)算頻率、相位差等數(shù)據(jù)的信號(hào)。

DSP采用的是TI公司的16-bit定點(diǎn)DSP TMS320F206，運(yùn)算速度40MIPS，是一種低功耗器件，采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，有1條程序總線和3條數(shù)據(jù)總線，流水線操作，有高度并行32-bit算術(shù)邏輯單元、16*16-bit并行硬件乘法器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)和高度專業(yè)化的指令集，從而使該芯片速度高、操作靈活。片內(nèi)資源還有：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，可以對(duì)外接時(shí)鐘源進(jìn)行*1、*2、*4和/2來(lái)產(chǎn)生CPU時(shí)鐘;片內(nèi)有RAM4.5K，F(xiàn)lash32K，能夠適合于許多工程應(yīng)用，特別是32K Flash作為程序存儲(chǔ)器，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和程序的調(diào)試帶來(lái)很大方便;3個(gè)外部中斷INT1、INT2、INT;1個(gè)同步串口和一個(gè)異步串口;1個(gè)軟件可編程定時(shí)器;JTAG掃描仿真接口（IEEE標(biāo)準(zhǔn)），用來(lái)實(shí)現(xiàn)在線仿真測(cè)試;具有4個(gè)獨(dú)立可編程I/O腳（I/O0、I/O1、I/O2、I/O3），1個(gè)輸出腳XF和1個(gè)輸入腳/BIO。

由于DSP的取指和執(zhí)行能完全重疊運(yùn)行，再加上多級(jí)流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令和快速的指令周期等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其數(shù)字處理速度大大提高，這也為DSP和外部電路和器件的接口提出了一些新的要求和問(wèn)題，在設(shè)計(jì)DSP應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)必須要認(rèn)真考慮。

TMS320F206和ISA總線的接口

考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的適時(shí)性和相對(duì)獨(dú)立性，TMS320F206和IPC交換數(shù)據(jù)是通過(guò)雙口SRAM實(shí)現(xiàn)，接口電路如圖2所示。

這部分電路接口，主要需要考慮解決以下問(wèn)題：

（1） DSP對(duì)雙口SRAM的讀/寫控制

TMS320F206的地址線A0-A10分別和CY7133的A0L-A10L直接相連，F(xiàn)206的16位數(shù)據(jù)線分別和CY7133的IO L0-10直接相連。由于采用了快速雙口SRAM，無(wú)需考慮為DSP加入等待狀態(tài)，R//WE直接接RAM的R/W LU和R/W LL進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫控制，CY7133的片選信號(hào)/CEL由/DS和A15組合產(chǎn)生，由圖可見(jiàn)TMS320F206對(duì)CY7133的尋址范圍為8000H-87FFH。測(cè)量單元用了3片TMS320F206組成3路相同的測(cè)量電路對(duì)三相電路分別測(cè)量（圖2中只畫出1路）。

（2） IPC對(duì)雙口SRAM的讀/寫控制

IPC通過(guò)ISA總線對(duì)雙口SRAM的讀/寫控制，直接用存儲(chǔ)器尋址的方法進(jìn)行讀寫。 ISA總線有A0-A19根地址線，可以直接尋址00000-FFFFFH，其中C8000-EFFFFH保留給用戶，可以作為存儲(chǔ)器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)使用。本電路IPC對(duì)雙口SRAM的讀/寫控制中，地址線、數(shù)據(jù)線、存儲(chǔ)器讀（/OE）和寫（/MEMW）控制線的連接如圖2中所示，其譯碼電路譯碼得到的3組地址選擇信號(hào)，D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH分別用來(lái)作為3路雙口RAM的片選信號(hào)。

（3） 避免兩邊對(duì)同一單元同時(shí)進(jìn)行讀/寫操作

因?yàn)镈SP和IPC對(duì)雙口SRAM的讀/寫是隨機(jī)的，在使用中有可能兩邊同時(shí)對(duì)SRAM的同一單元進(jìn)行讀寫操作，從而引起讀寫數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。CY7133兩邊有/BUSY信號(hào)，當(dāng)兩邊器件同時(shí)訪問(wèn)同一存儲(chǔ)單元時(shí)，信號(hào)/BUSY有效，表示有一個(gè)訪問(wèn)沖突發(fā)生。為了能夠處理好訪問(wèn)沖突，如圖3，/BUSYL信號(hào)接TMS320F206的READY引腳，當(dāng)READY為低，表示IPC已經(jīng)在對(duì)CY7133的同一單元讀或?qū)?，TMS320F206應(yīng)稍作延時(shí)再對(duì)該單元操作;三路CY7133的/BUSYR信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)與門接到ISA總線的10號(hào)中斷IR10，任一路/BUSYR有效，即向IPC發(fā)出中斷，表示DSP已經(jīng)在對(duì)SRAM的同一單元讀或?qū)?，IPC應(yīng)稍作延時(shí)再對(duì)該單元操作，這樣就實(shí)現(xiàn)了TMS320F206和IPC進(jìn)行正常的雙口存儲(chǔ)空間訪問(wèn)。需要注意，/BUSY引腳必須接上拉電阻才能正常工作（圖中從略）。

DSP和被測(cè)量信號(hào)的連接

系統(tǒng)的被測(cè)量信號(hào)主要是電壓、電流的幅值、頻率和相位。頻率和相位測(cè)量通過(guò)比較器接入TMS320F206的中斷引腳，再配合內(nèi)部的定時(shí)器即可以測(cè)量和處理，這里不再多述。幅值的測(cè)量就是要對(duì)已經(jīng)按精度要求和按比例變換減小后的電壓電流信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量。為了發(fā)揮DSP的特點(diǎn)，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行高速采樣和濾波處理，用2片ADS7805同時(shí)分別對(duì)變換后的電壓電流信號(hào)采樣和A/D轉(zhuǎn)換，然后讀取并進(jìn)行數(shù)字濾波處理，A/D轉(zhuǎn)換及測(cè)量電路如圖3所示。ADS7805轉(zhuǎn)換結(jié)果以補(bǔ)碼表示，最高位為符號(hào)，15位數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)際分辨率可達(dá)到1/32767。由于對(duì)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制和讀取是屬于I/O操作，所以用TMS320F206的I/O控制信號(hào)/IS和地址線組合譯碼，電路中，當(dāng)TMS320F206對(duì)地址7XXX進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)同時(shí)啟動(dòng)2路ADS7805進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;當(dāng)對(duì)地址2XXX進(jìn)行輸入，將讀入被測(cè)電 壓v的轉(zhuǎn)換結(jié)果;當(dāng)對(duì)地址4XXX進(jìn)行輸入，將讀入被測(cè)電流i的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

結(jié)束語(yǔ)

本文接口電路已成功用于高精度電表校驗(yàn)系統(tǒng)，完全改變了傳統(tǒng)的微機(jī)-單片機(jī)的上、下位機(jī)進(jìn)行串行通信的校驗(yàn)系統(tǒng)方式，充分利用了微機(jī)原有的軟、硬件資源，發(fā)揮了DSP在數(shù)字信號(hào)快速處理上的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，成為生產(chǎn)廠家生產(chǎn)與推廣新一代產(chǎn)品。

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