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在進行常規電量測量裝置的校驗中，作為校驗裝置，一定要對電壓、電流的幅值、頻率、相位等進行高精度測量，在校驗裝置中采用TI公司DSP器件TMS320F206控制A/D轉換、數據采集和數字濾波處理，并把濾波處理后的數據傳送給微機進行數據的進一步處理，實現了高精度電表校驗的要求。 測量單元的組成及其功能 測量單元是作為系統的高精度"標準表"，要完成對交/直流電壓、電流的多個電量測量，測量的精度小于0.05級，測量單元采取插卡式設計，直接插入IPC（工業控制微機）的ISA總線中使用。本單元結構框圖如圖1所示。 其中：A/D轉換器采用BB公司的ADS7805，這是16-Bit，轉換頻率可達100KHz，的高精度轉換器，芯片有28腳雙排直插式或貼片式封裝，轉換結果16位并行輸出，啟動轉換和讀取上次轉 換的結果可以同時進行，用它完成變換后的電壓、電流信號的A/D轉換；雙口RAM采用CY7133-25，它是一個雙邊均16位數據位的2KBRAM，兩邊可以分別對片內的存儲單元進行存取，在電路中分別受DSP和IPC的控制，以實現IPC和TMS320F206之間的數據交換；過零比較用LM339，實現對交流v、I的過零檢測，用于獲取計算頻率、相位差等數據的信號。 DSP采用的是TI公司的16-bit定點DSP TMS320F206，運算速度40MIPS，是一種低功耗器件，采用了改進的哈佛結構，有1條程序總線和3條數據總線，流水線操作，有高度并行32-bit算術邏輯單元、16*16-bit并行硬件乘法器、片內存儲器、片內外設和高度專業化的指令集，從而使該芯片速度高、操作靈活。片內資源還有：內部時鐘發生器，可以對外接時鐘源進行*1、*2、*4和/2來產生CPU時鐘；片內有RAM4.5K,Flash32K，能夠適合于許多工程應用,特別是32K Flash作為程序存儲器，給系統的設計和程序的調試帶來很大方便；3個外部中斷INT1、INT2、INT；1個同步串口和一個異步串口；1個軟件可編程定時器；JTAG掃描仿真接口(IEEE標準),用來實現在線仿真測試；具有4個獨立可編程I/O腳（I/O0、I/O1、I/O2、I/O3），1個輸出腳XF和1個輸入腳/BIO。 由于DSP的取指和執行能完全重疊運行,再加上多級流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令和快速的指令周期等結構特點，使得其數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題，在設計DSP應用系統時必須要認真考慮。 TMS320F206和ISA總線的接口 考慮到系統數據處理的適時性和相對獨立性，TMS320F206和IPC交換數據是通過雙口SRAM實現，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題： （1） DSP對雙口SRAM的讀/寫控制 TMS320F206的地址線A0-A10分別和CY7133的A0L-A10L直接相連，F206的16位數據線分別和CY7133的IO L0-10直接相連。由于采用了快速雙口SRAM，無需考慮為DSP加入等待狀態，R//WE直接接RAM的R/W LU和R/W LL進行數據讀寫控制，CY7133的片選信號/CEL由/DS和A15組合產生，由圖可見TMS320F206對CY7133的尋址范圍為8000H-87FFH。測量單元用了3片TMS320F206組成3路相同的測量電路對三相電路分別測量（圖2中只畫出1路）。 （2） IPC對雙口SRAM的讀/寫控制 IPC通過ISA總線對雙口SRAM的讀/寫控制，直接用存儲器尋址的方法進行讀寫。 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，可以作為存儲器的擴充設計使用。本電路IPC對雙口SRAM的讀/寫控制中，地址線、數據線、存儲器讀（/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，D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH分別用來作為3路雙口RAM的片選信號。 （3） 避免兩邊對同一單元同時進行讀/寫操作 因為DSP和IPC對雙口SRAM的讀/寫是隨機的，在使用中有可能兩邊同時對SRAM的同一單元進行讀寫操作，從而引起讀寫數據的錯誤。CY7133兩邊有/BUSY信號，當兩邊器件同時訪問同一存儲單元時，信號/BUSY有效，表示有一個訪問沖突發生。為了能夠處理好訪問沖突，如圖3，/BUSYL信號接TMS320F206的READY引腳，當READY為低，表示IPC已經在對CY7133的同一單元讀或寫，TMS320F206應稍作延時再對該單元操作；三路CY7133的/BUSYR信號經過一個與門接到ISA總線的10號中斷IR10，任一路/BUSYR有效，即向IPC發出中斷，表示DSP已經在對SRAM的同一單元讀或寫，IPC應稍作延時再對該單元操作，這樣就實現了TMS320F206和IPC進行正常的雙口存儲空間訪問。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和被測量信號的連接 系統的被測量信號主要是電壓、電流的幅值、頻率和相位。頻率和相位測量通過比較器接入TMS320F206的中斷引腳，再配合內部的定時器即可以測量和處理，這里不再多述。幅值的測量就是要對已經按精度要求和按比例變換減小后的電壓電流信號進行精確測量。為了發揮DSP的特點，對被測信號進行高速采樣和濾波處理，用2片ADS7805同時分別對變換后的電壓電流信號采樣和A/D轉換，然后讀取并進行數字濾波處理，A/D轉換及測量電路如圖3所示。ADS7805轉換結果以補碼表示，最高位為符號，15位數據，對數據的實際分辨率可達到1/32767。由于對A/D轉換進行控制和讀取是屬于I/O操作,所以用TMS320F206的I/O控制信號/IS和地址線組合譯碼,電路中，當TMS320F206對地址7XXX進行操作時，會同時啟動2路ADS7805進行A/D轉換；當對地址2XXX進行輸入，將讀入被測電 壓v的轉換結果；當對地址4XXX進行輸入，將讀入被測電流i的轉換結果。 結束語 本文接口電路已成功用于高精度電表校驗系統,完全改變了傳統的微機-單片機的上、下位機進行串行通信的校驗系統方式，充分利用了微機原有的軟、硬件資源，發揮了DSP在數字信號快速處理上的特點和優勢，成為生產廠家生產與推廣新一代產品。 |
