DSP实验3.docx

实验3 嵌入式电力参数测试系统硬件设计一．实验目的1．学习嵌入式电力参数测试系统中模拟量转换电路的设计方法。2．学习电路原理图绘制软件的使用方法。3．掌握三相交流电路电压、电流信号的处理方法，并完成电路设计及测试。4．了解采样程序设计的步骤。二、实验原理1、本实验要完成的设计是对交流电的3相电压、3相电流及零序电压、零序电流进行变换，以利于A/D转换器的同步采样，进而完成有效值、功率因数等的计算。2、同步采样是保证计算精度的前提。3、电流互感器、电压互感器输出的信号要经过板上互感器的二次变换，才能被A/D转换器采集。三、原理框图设计图1硬件系统框图微控制器模块是整个电压闪变检测仪硬件系统的核心，其中CPU模块负责将A/D转换完成的数字信号进行数据处理和运算，将处理完成的数据通过液晶显示，并提供RS485通信接口进行数据传输；存储器单元模块是为了存储相应的检测数据和故障事件记录数据，人机接口模块的主要作用是实时显示计算完成的数据，并可以通过键盘改变相应的参数设置，选择显示的具体数据。电力信号采集模块由信号调理电路和A/D转换电路构成。信号调理电路的主要功能是通过电压、电流互感器将电网信号转换为一定幅值的电压信号（-5V~+5V），以便A/D转换电路进行处理。数据通信模块主要是负责检测仪与上位机之间的通信功能，由RS485通信接口电路构成。四、电路原理图设计模拟量处理部分主要由DSP及其外围电路、时钟电路、复位电路和JTAG仿真接口电路组成、电力信号采集模块电路、电源电路等几部分组成。（1）DSP及其外围电路本实验所选的核心CPU器件TMS320F2812具备较强的数据处理能力，DSP及其外围接线图如图2所示。图2 DSP及其外围接线图3-8译码器用于DSP外扩AD转换单元，其中当地址范围在0X100000-0X17FFFF时，引脚XZCS67为低电平。 （2）时钟电路TMS320F2812内部有一个基于锁相环的时钟模块。这个时钟模块为系统提供了各种必要的时钟。基于锁相环的时钟模块有两种工作方式：一种是采用内部振荡器，使用内部振荡器时必须在X1和X2这两个引脚之间连接一个石英晶体，一般选用30MHz。另一种工作方式是采用外部时钟，可以将输入的时钟信号直接接到X1引脚上，X2悬空，不使用内部振荡器。本文采用的是第一种工作方式，即采用内部振荡器，并配置相应的寄存器使系统主频在150MHz。时钟电路如图3所示。图3 时钟电路（3）复位电路实验选用MAX公司的复位芯片MAX811，它具有上电复位、手动复位等功能。主要用于监控电源的工作状态，当电源电压低于下限值时，产生复位信号，复位电路如图4所示。图4 复位电路（4）JTAG仿真接口电路TMS320F2812的仿真接口采用14脚信号线，JTAG仿真接口电路如图5所示。与传统的仿真接口电路相比较，JTAG是一种扫描仿真，采用扫描仿真方便在线调试。程序代码通过扫描接口从电脑中下载到相应的硬件系统中的RAM存储器或者是烧写到FLASH存储器中。图5 JTAG仿真接口电路（5）信号调理电路电网电压和电流信号经过工业现场一次互感器后，其输出信号分别为0-100V和0-5A。将工业现场一次互感器输出的信号作为检测仪内互感器的输入信号。电压、电流互感器电路如图6所示。电压互感器：TR1139-1C，100V/1.768V。电流互感器：TR0107-2C，5A/1.768V。图6 电压、电流互感器电路（6）A/D转换电路AD7656是美国ADI公司生产的低功耗、高速、6通道、16位A/D转换芯片，片内有6个独立的转换器和保持器，可同时对6路模拟信号进行转换(6个通道分成3组，每一组有一个转换启动引脚CONVSTx)。转换速率为250kSPS，每次转换时间为3μs。工作频率为5MHz，内核模拟工作电压为+5V，数字接口工作电压为+2.7V~+5.5V，因此可与+3.3V微处理机直接连接。模拟输入为双极性输入(±5V、±10V、±12V)，需要±12V双电源，本实验模拟输入电压范围选择±5V，输出二进制补码。A/D转换电路如图8所示。图7 A/D转换电路V1-V6为六路模拟量输入，DB0-DB15为A/D转换结果，VDD接+12V，VSS接-12V，AVCC接+5V，AGND接地，6个通道分成3组，每一组有一个转换启动引脚CONVSTx，将CONVSTA、CONVSTB、CONVSTC接到一起，接至DSP中的T1PWM_T1CMP上，通过DSP控制CONVST管脚启动6路模拟量同时转换转换，并保持该信号为高电平。AD7656启动转换信号后自动输出BUZY信号，BUZY管脚接DSP的外部中断管脚，当BUZY信号下降沿时，代表转换全部完成。此时，BUZY管脚触发DSP的外部中断，在外部中断服务程序中读出A