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1、-基于DSP的智能电力参数测试仪的研究毕业设计论文-第 25 页毕业设计（论文）题目：基于DSP的智能电力参数测试仪的研究目录摘 要3ABSTRACT41. 绪论51.1 课题的目的与意义61.2 课题发展现状和前景展望61.3 本论文的研究内容62. 电力参数测量原理72.1 电压电流有效值的测量72.2 频率的测量72.3 基于傅立叶变换的谐波分析法82.3.1 算法原理82.4 功率的测量102.5 本章小结113. 系统硬件设计113.1 系统总体方案设计113.2 信号采集部分设计123.2.1 电压和电流的检测与调理电路123.2.2 频率测量电路133.3 模数转换部分设计143
2、.4 处理器部分设计153.4.1 TMS320VC5502的主要外设153.4.2 TMS320VC5502的主要特性163.5 外部存储器电路的设计163.5.1 SDRAM接口电路设计173.5.2 FLASH接口电路设计173.6 通信接口部分设计173.7 键盘和显示部分设计183.7.1 键盘电路设计183.7.2 显示电路193.8本章小结204. 系统软件设计204.1 主程序设计204.2 数据采集程序224.3 数据处理程序234.4 通信模块244.5 键盘和显示模块程序264.6 本章小结275. 系统误差分析275.1 误差分析27结论28参考文献29致谢31附录32
3、基于DSP的智能电力参数测试仪的研究摘 要电力参数的准确、快速测量对于实现电网调度自动化、保证电网安全与经济运行具有重要的意义。近年来随着电力电子技术的发展，各种非线性负载在生产和生活中得到广泛应用，这些负载的非线性、冲击性和不平衡性使电网供电质量曰趋恶化，电力参数已成为人们掌握供电线路状态和评价供电质量的重要指标。采用数字信号处理技术进行电力参数的测量，在提高测量精度、实时性和智能化方面具有独特的优势。本文首先对电力参数测试仪的发展状况和背景做了综述。对频率、谐波、电压和电流有效值及其他电力参数测量原理进行了详细的理论阐述。本文频率测量方法是硬件测量法。对于功率的测量，本文采用间接测量算法。
4、接下来，对基于DSP的电力参数测量仪器的总体设计方案进行了介绍。仪器整体分为两大部分：数据采集和处理系统、数据显示和存储系统。其中硬件部分主要包括信号采集和模数转换部分电路、处理器及外围电路、存储器扩展电路、键盘显示电路。采用TI公司的TMS320VC5502芯片作为主处理器。软件部分主要包括主程序、数据采集、数据处理等模块。该装置可用来测量单相、三相交流电路的电压、电流、频率、功率因数、有功和无功功率、视在功率等参量；可对谐波进行实时测量及分析。最后，通过对装置进行误差分析，基本达到预期的设计目标。关键词：电力参数；频率；谐波分析；DSPAbstractIt is very signific
5、ant that accurate and quick measurement of the electric power parameter for realizing the automation of power network dispatching and guaranteeing the safe operation of power networkWith the development of modem power electronic technology,nonlinear loads are extensively applied in production and li
6、feTheir nonlinearity,impact and imbalance make power quality woPse and worseElectric power parameters become very important for people to grasp power supply line state and appraise electric qualityMeasuring electric power parameters by digital signal processing technology has superiority in improvin
7、g measurement precision and real-time performanceAt the same time，digitization measurement makes the measurement system more intelligentFirst,this paper introduces the development status and background of electric power parameters test instrument overallThe paper This frequency measurement method is
8、 hardware measuring methodIn harmonic analysisThe improvement of fast Fourier transform the dual spectrum lines interpolation method.This paper adopts the indirect measurement algorithm for the reactive power measurement through the comparison of simulation resultsThen the overall design scheme for
9、the electric power parameters test instrument based on DSP is introducedThe instrument consists of two main parts：data acquisition and processing system，data display and storage systemThis paper mostly complete the hardware and software design of the data acquisition and processing systemThe hm-dwar
10、e part Signal acquisition circuit 、mostly includes ADC circuit，processor and peripheral circuit， TMS320VC5502which is the product of TI is adopted as the main processor,The software part mostly consists of main program，data acquisition，data processing and communication modules procedure designThis i
11、nstrument tail measure voltage，current，frequency，power factor,active power and reactive power，apparent power etcIt can realize realtime measurement and analysis of harmonic. Finally，Through the analysis of the whole simulation device, the basic design of the desired goalKey words：Electric Power Para
12、meter；Frequency；HarmonicAnalysis；DSP第1章：绪论1.1课题的目的与意义通过本课题的训练，培养学生在电气工程及其自动化专业方向分析问题、解决问题的能力。掌握基于DSP的智能电力参数测试仪的设计方法1.2课题发展现状和前景展望目前国内外电力参数测量的基本情况在工业生产和日常生活中，电能的质量越来越受到重视。电网的电流、电压过低过高。均可能影响电器设备的正常使用功效及设备寿命，严重的还会危及人身安全。应用于电力系统的电力参数实时测量功能，在变电站一级一般都由远动装RTU(Remote Terminal Unit)来实现；而在普通应用环境中由于侧重于电量的计量功能则
13、多采用电能表来实现，主要是通过将有功功率对时间积分的方式进行有功电能的计量。目前，在我国得到广泛使用的电能表有两种：一种是感应式机械电能表，它是利用三个不同空间和相位的磁通建立起来的交变的移进磁场，在这个磁场的作用下，转盘上产生了感应电流，根据楞次定律，这个感应电流使得转盘总是朝一个方向旋转。转盘的转动经蜗杆传递到计数器，累计转盘的转数，从而达到计量电能的目的。另一种是近几年随着电子工业的发展而出现的电子式电能表，它是利用电流和电压作用于固态电子器件而产生电能输出量的电能计量仪表。机械式电能表由于自身的机械特性导致其稳定性和精度都不尽人意，随着电力市场化改革的不断深入，我国的国电网、省电网在各
14、级电能计量数据采集系统建设中，大部分已将其更新为电子式电能表。结合电力市场运作和管理的实际需要，当前电能量计量仪器的测量已经从简单的有功电度和无功电度测量发展到测量电压(相电压平均值)、电流(相电流平均值1、功率因数、工频频率、无功功率、视在功率、单相或双向电能量、预测热需求、谐波、对称分量，以及其它电力参数值的测量，如相序转换、电压电流非平衡、分时段。而完成的功能也由传统的计量发展到多条记录存储、可与计算机进行数据交换、可进行远程实时测量(有线或无线)等。目前市面上的一些智能型的电力参数测试仪，多采用一片普通单片机cPu(往往是8位机)，同时完成电力参数的计算和整个仪表系统的管理任务，再加上
15、输入变换、AD转换以及字长等诸多环节的影响，致使仪器的整体精度和准确度越来越不能满足日益提高的性能要求。还有一些厂家采用模拟数字变换型电能测量专用芯片(如AD公司的AD7755系列芯片和ATMEL公司的AT73C501芯片组)开发出来的产品，虽然在电能计量上取得了很好的精确度，但整体应用范围较窄，无法实现功能的多样性，移植性较差，对于高速实时信号处理也不适合。DSP技术的高速发展为电力参数测试技术带来了新的变革，特别是在电力系统电压和电流的高次谐波的测量和分析，非正弦情况下的有功电能和无功电能的计量方面，DSP的应用成为了目前电力参数测试仪器开发的最新趋势我国虽然引进了国外一些多功能电力参数测
16、试仪器，但其在功能、价格、维护等方面不能完全适合我国现阶段的需要，因此迫切需要一种高质量、高可靠性、功能齐全、价格低廉的多功能电力参数测试仪。近几年来随着半导体技术的飞速发展，新技术、新产品不断问世，使开发新式多功能电力参数测试仪成为可能。本课题的研究工作就是在此背景下展开的。1.3本论文的研究内容本文主要针对我国电力系统供配电的实际情况，在分析电力参数测试仪器的现状和传统测试仪器存在的问题的基础上，开发出一个基于DSP的电力参数综合测试装置，实现多种电力参数的实时测量。该装置可用来测量单相、三相交流电路的电压、电流、频率、功率因数、有功和无功功率、视在功率等参量；可对谐波进行实时测量及分析。
17、本文的主要研究内容包括：1、分析电力参数测试仪器的国内外发展现状，指出开展电力参数综合测试仪器研究的重要意义。2、对谐波测量的方法进行深入的分析和讨论，提出用双谱线插值算法进行谐波分析，3、研究分析其他各参数的测量方法，4、进行基于DSP的软、硬件设计。5、对系统进行误差分析。第2章电力参数测量原理2.1 电压电流有效值的测量若以采样周期对瞬时电压、电流在一个采样周期内采样N个点，则离散的电压电流有效值的计算方法如下电压有效值： （2.1）电流有效值： （2.2）式中：N-一个周期内采样点数 U、I-电压、电流有效值、-电压、电流瞬时采样值2.2频率的测量频率是指单位时间内事物周期性运动的次数
18、。在电力系统稳定运转的状态下，负荷功率的增减，发电机出力的变动不断发生，系统中不同节点的频率产生不同程度的波动，这是一种企求系统能量均衡的动态过程，在不破坏系统稳定的前提下，在各节点同时检测，不易觉察到波动的差异。从概率统计的意义上，各节点的频率是相等的，并在作同步的变化。在此条件下，任一点测得的频率，均为系统频率。电力系统频率一方面作为衡量电能质量的指标，需要加以动态监测，另一方面作为实施安全稳定控制的重要状态反馈量，要求能实旄重构。另外，频率同步也是实现高精度谐波分析的重要措施之一。本文采用的测频方法是硬件测频法，它的实质就是周期法。首先，需要专门测频电路，首先采用前置低通滤波器，滤除电压
19、(电流)信号中的谐波分量，以避免测量结果受到谐波的影响，增加了硬件投资。它存在一定的缺陷，但实现电路简单，响应快，计算机计算量小。本设计将三相电压电流6路信号中的一路电压信号送入到过零比较器得到与电压信号频率相同的方波信号输出，由DSP的捕获脚捕获信号上升沿，利用系统时钟计算出两个上升沿之间的时间，从而计算出频率。信号周期，将信号周期N等分，就可得到信号的采样间隔，从而实现采样频率对系统频率的跟踪。2.3基于傅立叶变换的谐波分析法快速傅立叶算法理论比较成熟，是目前谐波测量中最基本的方法。针对FFT算法存在的栅栏效应和频谱泄露现象造成的测量误差，可以通过选择适当的窗函数抑制泄露现象，也可以根据所
20、选窗函数的形式对幅值和相位进行插值修正，在一定程度上弥补栅栏效应造成的误差。本文采用在对加窗后进行插值的双谱线插值算法，该方法能极大地提高FFT计算的精度，从而满足谐波测量中对谐波参数的精度要求。2.3.1算法原理设一个频率为、幅值为A、初相位为的单一频率信号x(t)，在经过了采样频率为的模数变换后得到如下的形式的离散信号： （2.3）如果所加窗函数的时域形式为w(n)，其连续频谱w(f)，则加窗后该信号的连续傅立叶变换为： （2.4）如果忽略负频点-处频峰的影响，在正频点处附近的连续频谱函数可以表达为： （2.5）对上式进行离散抽样，即可得到它的离散傅立叶变换的表达式为： （2.6）式中离散
21、频率间隔为，N是数据截断的长度。峰值频率很难正好位于离散谱线频点上，也就是说一般不是整数。设峰值点左右两侧的谱线分别为第和条谱线，这两条谱线也应该是峰值点附近幅值最大和次最大的谱线。显然，在离散频谱中找到这两条谱线，从而可确定和令这两条谱线幅值分别是和则由式(2.6)可知： （2.7）由于，所以可引入一个辅助参数口。显然，的数值范围是，它是以原点为对称的。这样，将式（2.7）经过变量代换和改写后，可以得到： （2.8）令，并且当N较大时，式（2.8）一般可简化为，其反函数记为。当窗函数w（n）为实系数时，其幅频响是偶对称的，因而函数及其反函数是奇函数。计算可以采用多项式逼近方法。多项式逼近是一
22、种近似计算复杂连续函数值的数值方法。通过控制多项式逼近的次数，可以有效地控制逼近的精度。而且，随着硬件乘法器在微处理器中的广泛应用，多项式逼近的计算公式易于采用程序代码实现。当采用切比雪夫多项式逼近奇函数时，所求多项式的偶次项系数将为0，这样就进一步减少了乘法计算量。在对幅值进行修正时，直接对和两根谱线进行加权平均，从而计算出实际的峰值点的幅值。其计算公式为： （2.9）式（2.9）中对两根谱线采用的权重与各自的幅值成正比。对于一般的实系数窗函数，当N较大时，式（2.9）可进一步简化为的形式，其中是偶函数。如果采用多项式逼近求出函数的近似计算公式，结果中将不含有奇次项。这样修正算法的计算公式可
23、改写为： （2.10） 式中，为多项式的偶次项系数。由于在寻找插值点时用到了峰值点附近的两条谱线，因此称该方法为双谱线插值算法。当采用一些典型的窗函数时，可由上述的多项式逼近和双谱线修正算法推导出幅值、相位的简单实用的修正公式。由于本装置采用加汉宁窗的修正算法，现把加汉宁窗的修正公式列出：（2.11）2.4功率的测量对于功率的计算包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因数的计算，功率的测量.在正弦波情况下，有功功率为: （2.12）其中： U、I-电压和电流的有效值，-功率因数。而在存在谐波的非正弦情况F，有功功率定义为： （2.13）经离散化后，以一个周期内有限个采样电压和电流瞬时值来代替一
24、个周期内连续变化的电压和电流函数值，则单相有功功率离散化后得： （2.14）其中：P-有功功率N-个周期内采样点数 、-电压、电流瞬时采样值三相总的有功功率为各单相有功功率之和: （2.15）单相视在功率的测量： （2.16）其中：U、I-电压、电流有效值视在功率为各单相视在功率之和： (2.17)无功功率为： （2.18）根据已经所得的有功功率和视在功率，可得功率因数： （2.19）2.5本章小结本章主要从理论上分析了本装置所需测量的电压电流有效值、功率等的测量原理，并给出了具体计算公式。第3章系统硬件设计3.1系统总体方案设计电力参数综合测试仪的总体结构如图3.1所示： 图3.1 总体结构
25、图整个系统分为两大部分：数据采集处理系统和数据显示与存储系统。其中，数据采集处理系统主要负责从电网中采集各种数据，完成各种数据处理工作。数据显示与存储系统主要完成测量数据的显示、存储工作。两部分之间通过串口进行数据传输 数据采集处理系统是整个测试装置设计中最为重要的一部分，仪器的绝大部分测试功能都依靠这一部分来实现。数据采集处理系统的硬件平台由一片DSP(TMS320VC5502)，结合众多的外围接口芯片组成的，它主要有以下几个模块组成：处理器模块：由DSP芯片TMS320VC5502及相应的外围电路组成，主要用来控制数据采集和处理系统，完成数据处理工作。信号调理模块：由电压电流互感器、滤波电
26、路、换档电路等组成，主要完成信号的变换和调理。 模数转换模块：由A/D转换芯片ADS8364组成，该模块主要用于实时采集电网参数。存储器模块：由SDRAM芯片HY57v6432200CT和FLASH芯片39VF400A组成。该模块主要用于扩展外部存储器，存放程序代码和数据。RS-232通讯模块：由电平转换芯片以及相应的外围电路组成。该模块主要用于数据采集处理系统和数据显示系统的通讯。键盘和显示电路:是人工干预系统的主要手段，与显示器同属人机通信部分。3.2信号采集部分设计3.2.1 电压和电流的检测与调理电路电压和电流的检测与调理电路的主要功能是把互感器输出的mA级弱电流信号转化成适合DSP采
27、样的电压信号。互感器构成了信号检测部分，电压单元为电压互感器PT，电流单元为电流互感器CT，具体电路如图3.2和图3.3所示。下面说明电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路类似，在这里就不多做说明了。由电流互感器副边输出的是交流信号，存在正负特性。此电流信号经过电阻采样后转化为-3.3V+3.3V之间的电压信号，由于所用的AD转换器是单极性的，而电流检测信号是双极性的，故交流模拟量信号在经过电流、电压转换后，还要进行电平转换， AD转换器的参考电压为+3.3V，因此偏移电压取1.65V，使得偏移后的信号范围在0至+3.3V之间。再把信号送入到AD转换口。图3.2 电流采样电路图3.3 电压采
28、样电路3.2.2频率测量电路由于系统的测量是通过对信号进行周期采样的方法来实现的，因此其准确性不仅来源于采样的准确性还来源于系统频率测量的准确性，因此加入测频电路是必不可少的。测频电路设计如图3.4所示：选择三相电压电流6路信号的其中一路作为基准进行跟踪，这里选择1路电压信号，该电压信号首先经过前端由LM324构成的射极跟随器，射极跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，然后通过由LM339构成的过零比较电路将其转换成与电压信号频率相同的方波信号以采集频率信息。图3.4 频率测量电路3.3模数转换部分设计数字测量系统的测量精度与AD转换器的性能参数有很大关系，AD转换器是整个数字电路的核心器件
29、，在整个电气测量系统中占有重要地位，因此必须首先合理地选择AD转换器。众所周知，AD转换器的种类繁多，性能各异，主要包括以下几种：双斜积分型、逐次逼近型和闪电式AD转换器。其中闪电式AD转换器速度最快，价格也最昂贵，但闪电式AD转换器通常准确度、分辨率不高，不宜用在高准确度采样系统；双斜积分型准确度高、价格低廉，但速度最慢；逐次逼近型居中，速度较快、价格适中、准确度较高，它的优点是能保证高分辨率、高速转换。这得益于其结构设计。根据上述分析，在此选用逐次逼近型A/D转换器。而选择AD转换器需要先确定AD转换器位数及信号的采样频率，所以在设计硬件电路之前需要确定这两个参数的理论值。由于要研制的测试
30、仪器电压电流的测试精度预计达到0.05RG(量程)，所以AD转换器位数至少要达到12位。同时，本装置在设计中，需要在5个周波中采样1024个点，采样频率需要大于10500Hz。我们要检测的信号包括三相电压、三相电流共6路，在监测中，除了要知道每路信号值的大小之外。还要知道信号彼此之间的相位关系，这就要求采用同步采样技术来获得准确的信息。同步采样也是信号频谱分析的前提条件。同步采样模块一般采用多个采样保持器、多路转换开关和高速分辨率的模拟数字转换嚣来构成，这样构成硬件开销很大，实现复杂，且同步效果不一定理想，如果能找到合适的AD转换芯片，具有6通道，且6通道能够同时采样，则可以省去多个采样保持器
31、、多路转换开关，使设计工作大为简化，且使准确度得到保证。综合以上因素考虑，我们选择了非常适合本系统设计要求的ADS8364数据采集芯片。ADS8364为250kHz、6通道同步采样的16位逐次逼近ADC，是TI公司专为同步数据采集系统设计的高速、低功耗AD转换芯片。ADS8364有6个模拟输入通道，分为A、B、C三组，每组包括2个通道，分别由HOLDA、HOLDB和HOLDC启动AD转换。当三个保持信号同时被选通时，六通道同步采样。模拟电源为单+5V供电，将ADS8364的REFin和REFout引脚接到一起可以输出+25V的参考电压提供给差分电路。ADS8364的时钟信号由外部提供，转换时间
32、为20个时钟周期，最高频率为5MHz，在5MHz的时钟频率下ADS8364转换时间为3.2us，相应的数据采集时间为0.8us，每个通道的总的转换时间为4us，A/D转换完成后产生转换结束信号EOC。数字电源供电电压为3V5V，既可以与3.3V供电的微控制器接口，也可以与5V供电的微控制器接口。AD转换结果为16位，数据输出方式很灵活，分别由BYTE、ADD与地址线A2A1A0的组合控制。AD转换结果的读取方式有三种：直接读取、循环读取和FIFO方式。根据BYTE为0或者为1可确定每次读取时得到的数据位数，根据ADD为O或者为1可确定第一次读取的是通道地址信息还是通道AD转换结果。在本系统中，
33、模拟信号采用差分输入方式，要满足双极性输入就需要进行电平转换，由于采样时已经进行了电平转换。所以可以直接输入到AD转换器转换。由于ADS8364与TMS320VC5502都是，TI公司提供的高速芯片，两者在速度上能够完全匹配，实现芯片间的无缝连接。ADS8364的BYTE和ADD引脚都接地，因此选择16位数据输出方式，并且对每个通道转换结果的读取通过地址线A2、A1、A0来选择。ADS8364的REFIN和REFOUT引脚接到一起输出+25V的参考电压。ADS8364采用+5V模拟电源(AVDD)和数字电源(DVDD)。为了实现ADS8364六个通道的同步采样，ADS8364的A、B、C三组启
34、动控制信号HOLDA、HOLDB和HOLDC接在一起，由TMS320VC5502的定时器O的输出信号统一控制，只要定时时间到就可以同时启动ADS8364的六个通道，从而实现六通道的同步采样。转换结束信号EOC通过FPGA引入TMS320VC5502的中断引脚INT0上，每一次转换完后就引发TMS320VC5502中断，VC5502在中断服务程序中读取16位转换结果。3.4处理器部分设计 由于本装置在测量中，大量使用乘法累加运算，如有效值运算、功率计算、FFT变换等，选用一般的51系列单片机是无法胜任的，又因为本系统中没有复杂的控制功能，因而选用了适合于高速数据运算的TI公司的55xx系列DSP
35、中的TMS320VC5502作为主处理器。TMS320VC55X是TI公司推出的新一代定点DSP芯片，TMS320VC5502就是基于这一代CPU处理核的定点DSP芯片。它通过提高并行性及降低片内资源的功耗达到高性能低功耗的目的。CPU的内部总线结构由一条程序总线，三条数据读总线，两条数据写总线及用于外设和DMA控制器的总线构成。这些总线使得C55x能在一个时钟内完成三次数据读操作和两次数据写操作。3.4.1TMS320VC5502的主要外设TMS320VC5502内部集成了许多外围设备，以便于控制与片外的存储器、协处理器、主机及串行设备的通信。其主要外设包括：(1)外部存储器接口(EMIF)
36、(2)通用异步接受发送器(UART)(3) C控制接口(4)主机接口(HPI)(5)直接存储器访问(DMA)控制器(6)三个全双工的多通道缓冲串口(MCBSP)(7)四个定时器(8)片内可编程锁相环（PLL）时钟发生电路(9)多个通用FO引脚和一个输出引脚XF其中EMIF支持对异步存储器，如EZPROM，SRAM，及高速同步存储器SDRAM的无缝连接。MCBSP支持对一系列工业标准的串行设备的无缝连接。DMA控制器独立于CPU工作，为数据移动提供六个独立的通道。HPI是一个816位的并行接口，可访问C5502内部存储器的32K字，HPI支持对一系列主处理器的无缝连接。3.4.2 TMS320V
37、C5502的主要特性TMS320VC5502芯片的主要特性如下(1)200300M HZ的时钟周期，每个周期可以执行一条或两条指令。(2)两个MAC单元，一个时钟周期可执行两次乘累加运算。(3)一个40bit的ALU，执行高精度的算术逻辑运算。(4)一个16bit的ALU，与40比特的ALU并行运算。(5)一个40bit的桶状移位器，可以将结果左移31bit或右移32bit。(6)四个40bit的累加器，保留计算的结果。(7)16K字节的指令缓冲区。(8)32Kxl6bit的片内RAM，分为8块4K16bit的双访问RAM(9)16Kxl6bit的片内ROM，支持多种自举装载模式。(10)8M
38、16bit的最大可访问外部存储空间。(11)32 bit的外部并行总线存储器，支持外部存储器接口。(12)可编程的省电模式，各个模块可独立编程。(13)3.3V的I0电压，1.26V的内核电压。3.5外部存储器电路的设计在进行DSP系统设计时外部存储器接口的设计很重要，它关系到整个系统资源的空间分配。本系统扩展的外部存储器包括SDROM和FLASH。EMIF(External Memory Interface)是外部存储器和TMS320VC5502片内其他单元间的接口，CPU访问片外存储器的时候必须通过EMIF。TMS320VC5502内外空间都统一编址，整个EMIF空间分为四个部分 CE0-
39、CE3，每个CE空间彼此独立，可以进行不同的访问控制，每个空间的大小为4M字节片内的存储器自动跳过。设计中将SDRAM配置在CE2和CE3空间，将CEl空间分配给FLASH用。3.5.1 SDRAM接口电路设计SDRAM是Synchronous Dynamic RAM的缩写，即同步动态存储器。动态存储器中同步技术的出现，使得读写速度从以往的60ns70ns提升到了目前的6ns7ns，提高了将近10倍，而且价格便宜，在需要选用大容量存储器时，它的性价比非常高。本系统中采用SDRAM作为外接存储器之一，它是DSP单元存储AD转换后的采样数据、数据运算输出的中间及最终结果的场所。在DSP上电后需要对
40、SDRAM进行自检，以避免SDRAM单元出错造成以后监测仪工作不正常或数据出错。本系统中选用的SDRAM为HYNIX公司的HY57V643220CT，芯片容量是2Mx32位，覆盖TMS320VC5502的CE2和CE3子空间。它具有以下特点：1）最高工作频率高达166MHz；2)标准3.3V供电；3)32位数据总线：4)管脚可与1阻器件兼容；由于同步动态RAM是通过EMIF接口与DSP进行连接的，工作时的时钟脉冲由DSP提供，TMS320vC5502的最高时钟频率为200MHz，EMIF接口提供的最高频率是1OOMHz，从这一点来看，HY57V643220的166MHz是完全达到要求的。3.5
41、.2 FLASH接口电路设计本系统是一个需要脱机运行的DSP系统，用户代码需要在加电后自动装载运行。DSP系统的引导装载(Bootload)是指在系统加电时，DSP将一段存储在外部的非易失性存储器的代码移植到内部的高速存储器单元中去执行。这样既利用了外部的存储单元扩展DSP本身有限的ROM资源，又充分发挥了DSP内部资源的效能。尽管用户代码在一段时间相对是固定的，但是如果直接将其掩膜到内部ROM中去的话，一方面受容量以及价格的限制，另一方面在系统软件升级上显得不是很灵活方便。FLASH是一种高密度、非易失性的电可擦写存储器，而且单位存储比特的价格比传统的EPROM要低，十分适合于低功耗、小尺寸
42、和高性能的便携式系统。除了可以采用专用的硬件编程器把代码灌入FLASH中之外，也可以利用现成的DSP通过软件编程来实现同样的功能。系统中选用的Flash存储器是SST39VF400A，该芯片的容量是256Kx16bit，它是一种低电源电压芯片，工作电压为3.3V，速度是70ns，数据保存时间超过100年，它具有容量大、掉电后数据不丢失、可在线快速读写、可整片或者分页擦除等特点。3.6通信接口部分设计为了实现数据采集处理系统与外部进行数据通信，本文设计RS-232通信接口，主要完成数据采集处理系统与数据显示存储系统之间的通信。 本仪器选用的DSP芯片TMS320VC5502中带有通用异步串行通信
43、。由于数据显示和存储系统的控制器是工控机，采用的是232电平，而数据采集和处理系统采用的是TTL电平，两者之间不能直接进行通讯，这里我们采用MAX232芯片来完成电平转换。MAX232芯片是常用的RS-232C与TTL电平转换芯片，它的内部有电压倍增电路和转换电路，只需+5V电源便可实现RS-232C与TTL电平转换，使用起来十分方便，一个芯片可连接两对收，发信号线，接口电路如下图3.5所示：图3.5 通信接口电路3.7键盘和显示部分设计3.7.1键盘电路设计键盘在人机交互系统中是一个很重要的部分。输入数据、查询和控制系统的工作状态，都要用到键盘。键盘是最简单的输入设备，是人工干预计算机的主要
44、手段，与显示器同属人机通信部分。 键盘的工作方式一般有程序控制扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式3种。在本文的设计中，根据具体应用情况，选择了矩阵式键盘，键盘的工作方式选择了程序控制扫描方式。程序控制扫描方式是利用处理器在完成其它工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，处理器不再响应键输入要求。程序控制扫描程序一般应具备下述几个功能：判断键盘上有无键按下；去除键的抖动影响；扫描键盘，得到按下键的键号。 在选用了矩阵式键盘系统中的程序控制扫描方式之后，所设计的矩阵键盘电路如图3.6所示。图3.6 3x3矩阵键盘接口电路图中行线IOPE4IOPE6通过3个上拉电阻接
45、电源端VCC，处于输入状态,称为输入口；IOPEIIOPE3控制键盘的列线电位作为键扫描口，处于输出状态。按键设置在行列线交叉点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。3.7.2显示电路本系统采用SHARP公司的LM32019T型12864图形液晶显示屏，其驱动模块是北京精电蓬远显示技术有限公司制作的内嵌SEDl335控制器的图形液晶显示驱动模块，液晶显示屏由12864点阵构成，具有高分辨率、接口方便(5V或3.3V)、设计简便(内嵌控制器)、功耗低、价格便宜等优点，常常用于各种便携式设备显示前端。此设计中的液晶显示模块接口控制时序采用了8080时序，读写信号独立，与VC5502A之间的接口电路
46、如图3.7所示。其中，VC5502的IOPB0IOPB7用作数据接口，与液晶显示模块的数据线DB0DB7相连，完成与SEDl335问的数据传送；IOPA4与WR相连，写SEDl335时，置IOPA4为低；IOPA5与瓜D相连，读SEDl335时，置IOPA5为低；IOPA6与CS相连作为片选，访问SEDl335时，置IOPA6为低；IOPA7与A0相连，通过对IOPA7写O或1，与IOPA4和IOPA5配合来控制实现对SEDl335接口部指令输入缓冲器、数据输入缓冲器、数据输出缓冲器和标志寄存器的访问。VOUT为液晶控制板上的DC-DC模块输出电压(+26V)，V0为液晶显示对比度调整电压，通过调节可变电位器，可以调节液晶屏的显示对比度。 图3.7 液晶显示接口电路3.8本章小结本文设计的电力参数测试仪采用模块化设计，本章首先对整个电力参数测试仪硬件体系设计进行了介绍。然后在分析电力参数对硬件的要求下，对数据采集和处理系统，数据显示和通信系统