基于TMS320C6713的新型多功能电能质量分析仪设计(2)

发布时间：2021-06-06

电力自动化设备

是在ＭＡＸ２９１的时钟输入端外接一电容，大小满足

５

（ｋＨｚ）ｆｏｓｃ＝１０

ｏｓｃ系统设定ＡＤ每周期采样１２８点，分析到５０次谐波。在２．５ｋＨｚ以下的通带内，增益基本为１，到３．２ｋＨｚ时应为０．７０７，即３ｄＢ带宽增益。因此，ＭＡＸ２９１的时钟频率应为３．２ｋＨｚ×１００＝３２０ｋＨｚ。经计算，外接电容值Ｃｏｓｃ应为１０４ｐＦ［４］。１．２准同步采样

第２６

卷

ＡＤ７６６５ＩＮＤ

ＩＮＣＣＮＶＳＴ＼

ＲＤ＼ＩＮＡ

ＣＳ＼ＲＥＦ

ＩＮＢＢＵＳＹＲＥＦＧＮＤ

ＩＮＧＮＤＲＥＳＥＴＩＮＣＩＮＡ

ＣＮＶＳＴ＼

ＲＤ＼

ＥＤ［１５～０］

ＥＤ＿ＢＵＳＧＰ９ＧＰ１０

８路模拟输入

ＥＤ＿ＢＵＳ

ＣＯＭＡ多路开关

２×４ＣＨＣＯＭＢＡ０Ａ１ＭＡＸ３５５

ＣＰＬＤ

ＥＡ［２１～１２］

ＤＳＰＣ６７１３

系统采用硬件测频方法得到输入信号频率，并根据系统实际频率调整采样频率，实现准同步采样。

选择一路电压信号，经施密特触发器输入至ＤＳＰ中断，在每次信号由负变为正时触发ＤＳＰ定时器计时，从而得到信号频率。

分析仪对工频信号进行每周期１２８点同步采样，系统利用上一周期所测频率ｆ０作为ＡＤ的触发基准，即采样频率ｆｓ＝１２８ｆ０。

ＲＥＦＣＳ＼ＩＮＢ

ＢＵＳＹ

ＲＥＦＧＮＤ

ＩＮＧＮＤＲＥＳＥＴ

图２ＡＤ模块原理框图

Ｆｉｇ．２ＴｈｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＡＤｍｏｄｕｌｅ

ＡＤ模块

ＡＤ的采样精度是整个装置精度提高的首要保证，不具备高精度的ＡＤ，高次谐波的计算将毫无意义。为此，系统选用了ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ公司的高速、低功耗１６位ＡＤ转换器ＡＤ７６６５，采样速率最高可达每秒５７００００次，且同时支持串口和并口输出（见ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ，ＡＤ７６６５１６－ｂｉｔ，５７０ｋＳＰＳＣＭＯＳＡＤＣｄａｔａｓｈｅｅｔ），其原理如图２所示。

由于高精度的ＡＤ价格比较贵，分析仪需８路采样，如果为每路信号都使用１块ＡＤ则成本将会大大增加，因此本系统采用多路开关＋ＡＤ７６６５的结构，这种选择仅使用了２块ＡＤ，大大降低了装１．３

置的造价。其缺点是：由于采样不同步，三相的相位必然存在着一定的误差。这个误差是不可避免的，但可以通过算法进行修正，并不会影响计算结果。

修正方法如下：由于ＡＤ的采样触发信号由ＤＳＰ给出，假设Ａ相与Ｂ相对应的采样触发信号相隔时间固定为ｔｓ，则必然有Ａ相超前Ｂ相（ｔｓ／０．０２）×。３６０°本文只考虑基波的情况，以Ａ相为基准，可以以此计算值对Ｂ相相位进行修正。

５０ＭＨｚ晶振开入、开出

ＭＡＸ３５５是一个２×４通道的多路开关，作用是

将电压、电流信号分时接通到ＡＤ７６６５进行采样，其转换逻辑由Ｃ６７１３的ＧＰＩＯ口ＧＰ９，ＧＰ１０直接控制。ＡＤ７６６５有４个模拟信号输入端，根据输入电压

范围的不同可以进行配置，本装置设计的输入信号电压范围为±５Ｖ，参考电源Ｕｒｅｆ＝２．５Ｖ，故此，ＩＮＡ接参考电源，ＩＮＢ接模拟地，将输入信号接ＩＮＤ和ＩＮＣ。此时，ＡＤ的输入电阻约为３．４１ｋΩ。１．４ＤＳＰ核心处理模块

本装置主控芯片选用ＴＩ公司Ｃ６７１３Ｂ，这是ＴＩ新推出的高速浮点ＤＳＰ，工作主频２００ＭＨｚ，其单指令执行周期仅５ｎｓ，具有强大的浮点运算能力［５］（见

ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３Ｂｆｌｏａｔ－ｐｏｉｎｔｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓｄａｔａｓｈｅｅｔ）。此外，这款ＤＳＰ片内采用２级存储器结构，第１级存储器包括相互独立的４Ｋ程序缓存Ｌ１Ｐ和４ＫＢｙｔｅ数据缓存Ｌ１Ｄ，第２级是一个统一的程序数据空间Ｌ２，其可部分配置为Ｌ２ｃａｃｈｅ。这种独特的２级缓存结构提高了ＣＰＵ的工作效率。本系统ＤＳＰ与周围功能模块的连接如图３所示。

Ｃ６７１３的外部存储器接口（ＥＭＩＦ）分为４个空间，即ＣＥ０～ＣＥ３，每个ＣＥ空间最大可寻址空间为

ＭＣＢＳＰ０

ＲＳ－２３２ＲＳ－４８５

打印机及面板液晶及键盘

ＥＥＰＲＯＭＪＴＡＧ

Ｉ２Ｃ

ＤＳＰ

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３

ＭＣＢＳＰ１数据总线

地址总线

以太网

ＦＬＡＳＨＳＤＲＡＭＣＰＬＤ