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1、萬方數(shù)據(jù)第27卷第159期電力系統(tǒng)通信·70·206年1月10日TelecommunicationsforElectricPowerSystemV01．27No．159Jan．10，2006基于DSP的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計張菊，張淑娥(華北電力大學(xué)電子與通信工程系，河北保定071000)摘要：基于數(shù)字信號處理(DSP)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相對于基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)更能夠滿足電力系統(tǒng)在精確度和實時性方面的要求。文章自行設(shè)計了一個基于DSP的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，對DSP芯片TMS320LF2407和A／D轉(zhuǎn)換芯片A
2、DS8364的特點做了介紹，重點闡述了ADS8364的硬件設(shè)計以及與DSP的接口電路。此系統(tǒng)主要完成電力系統(tǒng)中模擬信號的精確采集，實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀況，在故障時可向上位機報警，同時記錄下實時運行數(shù)據(jù)。這種高效的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，可廣泛地應(yīng)用于各種智能儀表、自動化控制設(shè)備中，有著非常好的市場應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；ADS8364；數(shù)據(jù)采集中圖分類號：TN911．72文獻標識碼：B文章編號：1005—7641(2006)01—0070—040引言在電力系統(tǒng)中，對三相電壓、三相電流精確快速地采集、計算和
3、存儲，是進行數(shù)字信號處理分析、電能質(zhì)量分析、故障類型分析、故障位置分析等的基礎(chǔ)。要完成這些功能，不僅要求CPU的處理速度快，而且對A／D的轉(zhuǎn)換速度和精度也有一定的要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理多采用單片機實現(xiàn)。但單片機自身的結(jié)構(gòu)特點限制了它的處理速度和精度，尤其在數(shù)字信號處理方面，大量的乘和累加計算會大大地影響系統(tǒng)的性能。所以隨著數(shù)字信號處理(DSP，DigitalSignalProcessing)技術(shù)的出現(xiàn)，特別是近幾年DSP芯片的價格不斷下降和其開發(fā)工具日臻成熟，人們越來越多地選擇DSP處理器取代單片機作為單片控
4、制系統(tǒng)的核心，采用TMS320LF2407和ADS8364完成高速、高精度的數(shù)據(jù)采集。TMS320LF2407的單指令周期只有25ns，ADS8364是16位A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間最少可達3．2肛s，該系統(tǒng)在實時性和精度方面比較適合電力系統(tǒng)中高精度數(shù)據(jù)采集處理的需要。1基于DSP的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計1．1系統(tǒng)的主要功能(1)采集計算三相電壓、三相電流的值。(2)實時監(jiān)測電力系統(tǒng)運行狀況。收稿日期：2005—05—10；修回日期：2005—06—09(3)以月為周期，記錄電力系統(tǒng)運行不正常時的值，包括各相電壓越
5、上限時間、各相電壓越下限時間、各相電壓缺相時間、各相電壓越限值、各相電流過負荷時間、各相電流過負荷值、停電時間、停電次數(shù)等，并主動上報事故告警。其中，電壓的上限、下限值和電流的過負荷值可修改。(4)可通過RS一232標準串行口和上位機通信，數(shù)據(jù)格式和功能應(yīng)符合電力系統(tǒng)的101規(guī)約；大量的數(shù)據(jù)傳輸則可采用USB總線接口。硬件整體框圖如圖1所示。l三相電壓互感囂三相電壓互感囂Il低通濾波囂低通濾波囂I隔離運放I【kDS8364lI^D控制信號lTE320LP2如7ll脈沖量■出ll璐B接口PDIUSBDl2I串口接口
6、]1．』I】【2021圖1硬件整體設(shè)計Fig．1HoHsticdesignofhardware此系統(tǒng)硬件設(shè)計是以TMS320LF2407為核心，它雖自帶A／D轉(zhuǎn)換器，但其轉(zhuǎn)換精度只有10位，且轉(zhuǎn)換速度也不高(500BS)，為了實現(xiàn)更高的速度和精度，選擇了ADS8364。此次設(shè)計采用10M外萬方數(shù)據(jù)·設(shè)計與開發(fā)·張菊，等基于DSP的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計·71·部晶振，外擴了64kRAM。預(yù)留了2個開關(guān)量的輸出，以滿足一定的控制功能。在模擬量輸入前向通道中，分別將電壓信號、電流信號輸入電壓互感器和電流互感器(互感
7、器的輸出均為一5一+5V)，再經(jīng)過低通濾波器、運算放大器以及電平平移電路，輸入到ADS8364(電壓為0～+5V。芯片MAX202和PDIUSBDl2分別驅(qū)動RS一232標準通信和USB總線接口。1．2TMS320LF2407簡介TMs320LF240x是DSP控制器24x系列的新成員，是TMS320C20001”平臺下的一種定點DSP芯片。它集成了數(shù)字信號處理和電機運動的數(shù)字化控制功能，是高效、高精度的數(shù)字控制器。TMS320LF2407DSP的特點是采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3．3V，減少了
8、控制器的功耗；40MI／s的執(zhí)行速度使得指令周期縮短為25as；16bit地址總線和16bit數(shù)據(jù)總線，可擴展的外部存儲器總共192kbit的空間(64kbit程序存儲器空問，64kbit的數(shù)據(jù)存儲器空間，64kbitI／O尋址空間)；片內(nèi)有高達32kbit字的FLASH程序存儲器，為多種用途的產(chǎn)品提供了經(jīng)濟的可編程解決方案，256kbit字的引導(dǎo)ROM，使在線編程更加方
