基于DSP_的高压电气设备绝缘在线监测系统设.doc

基于DSP 的高压电气设备绝缘在线监测系统设计 班级：08级电气工程及其自动化 学号：0805440 姓名：夏 摘要 为满足电网对高压电气设备绝缘监测的要求，设计了基于数字信号处理（DSP）的分布式绝缘在线监测系统。采用基于控制器局域网现场总线的3 层分布式系统结构，解决了集中式在线监测系统模拟信号长距离传输带来的问题。设计了以DSP 和高精度AD 为核心的现场信号采集单元，集信号调理、数据采集、CPU 控制、算法处理、CAN 总线通信于一体。系统采用“零磁通微电流传感器”采集信号，使相位测量误差控制在± 0.01° 以内。阐述了系统软、硬件的具体实现方法，软件采用模块化设计，将系统按功能模块化划分。 关键词： 绝缘； 在线系统； 监测； 电气设备； 数字信号处理 绪论DSP（digital?singnal?processor）是一种微处理器，它接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。DSP最突出的两大特色是强大数据处理能力和高运行速度，加上具有可编程性，实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，有业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素。2??特点及优势:具体而言，与传统的模拟信号处理系统相比，DSP系统具有以下优点：（1）接口简单方便：数字信号的电气特性非常简单，不同DSP系统相互连接时，在硬件接口上容易实现。而且在数据流接口上，各系统间只要遵循特定的标准协议即可。?（2）精度高、稳定性好：与模拟信号处理不同的是，数字信号处理仅受到两化误差和有限字长的影响，处理过程不引入其它噪声，因此具有较高的信噪比。另外，模拟系统的性能受到元器件参数性能影响比较大，而数字系统基本不变，因此数字系统更便于测试、调试及批量生产。（3）编程方便、容易实现复杂的算法：在DSP系统中，DSP芯片提供了一个高速计算平台，系统功能依赖于软件编程实现。当其与现代信号处理理论和计算数学相结合时，可以实现复杂的数字信号处理功能。?（4）集成方便：现代DSP芯片都是将DSP芯核及其外围电路综合集成在单一芯片上。这种结构便于设计便携式高集成度的数字产品。1?硬件特点（1）Modified?Harvard架构：DSP属于Modified?Harvard架构，它具有两条内部总线：数据总线、程序总线。程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取指和读数可以同时进行。（2）独立的硬件乘法器：乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中的大量重复乘法。（3）采用流水作业：每条指令的执行划分为取指令、译码、取数、执行等若干步骤，由片内多个功能单元分别完成。相当于多条指令并行执行，从而大大提高了运算速度。?（4）独立的DMA总线和控制器：有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s以上。?（5）循环寻址（Circular?addressing）：位倒序（bit-reversed）等特殊指令使FFT、卷积等运算中的寻址、排序及计算速度大大提高。1024点FFT的时间已小于1μs。?（6）JTAG（Joint?Test?Action?Group）标准测试接口（IEEE?1149标准接口）：这便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试。（7）多处理器接口：多个处理器可以很方便的并行或串行工作以提高处理速度。?2?软件特点?（1）立即数寻址：操作数为立即数，可直接从指令中获取。例：MOV?A，＠0x16；将常数0x16送给寄存器A。?（2）直接寻址：如TI公司的TMS320系列芯片将数据存储器分为512页，每页128字。设置一个数据页指针DP（Data?Pointer），用9-bit指向一个数据页，再加上一个7-bit的页内偏移地址，形成16-bit的数据地址。这样有利于加快寻址速度。（3）间接寻址：①8个辅助寄存器，由一个辅助寄存器指针指定一个辅助寄存器算术单元作16-bit无符号数运算，决定一个新的地址，装入辅助寄存器中的一个。②8个辅助寄存器的内容相当灵活，可以装入、加上、减去立即数；可以从数据存储器装人地址；还可以作一些变址寻址。③由于采用反向迸位，得以实现位倒序寻址。?（4）独特的乘法指令：例：MAC?X0，Y0，A?X：（R0）＋，X0?Y：（R4）＋N4，YO这条指令命令DSP56300：将寄存器X0和Y0中的数相乘，结果加到Acc?A中，将寄存器R0所指的调存储器地址中的值装入寄存器X0，将寄存器R4所指的Y存储器地址中的值