摘要：介紹將maxl25型14位a/d轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于以數(shù)字信號處理器(dsp)為核心的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集模塊的硬件及軟件設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)提高了電網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理效率，增加了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

　　關(guān)鍵詞：maxl25；數(shù)字信號處理器；信號采集；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

1 引言

　　電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)時(shí)性要求較高，不僅含有頻率、電壓、電流、有功、無功、諧波分量、序分量等，而且有些采集的特征量頻率變化快而且復(fù)雜，如暫態(tài)突變量、高頻的故障行波等，普通的采集處理方法對多路進(jìn)行采樣計(jì)算顯得困難甚至難以實(shí)現(xiàn)。為了克服以上不足，滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求，將先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中充分發(fā)揮其快速強(qiáng)大的運(yùn)算及并行運(yùn)行處理能力，滿足電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性和處理算法的復(fù)雜性等要求，并為不斷發(fā)展的新理論和新算法應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實(shí)踐奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

　　筆者以tms320lf2407a型dsp為控制核心，設(shè)計(jì)了響應(yīng)快、延時(shí)小和沒有相位偏移的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。在整個控制系統(tǒng)中，信號采集單元的轉(zhuǎn)換精度決定整個控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。tms320-lf2407帶有內(nèi)置采樣和保持電路的10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，但只能接收o v～3.3 v的單極性信號，對于交流信號需要另外設(shè)計(jì)限幅升壓電路，同一排序器內(nèi)各通道的串?dāng)_嚴(yán)重，所以lo位的轉(zhuǎn)換精度難以滿足高性能系統(tǒng)的要求。由于本應(yīng)用對采集精度要求高，要求采用14位a/d轉(zhuǎn)換器，所以采用maxim公司的maxl25型轉(zhuǎn)換器作為信號采集單元的核心。

2 maxl25的特性和工作原理

　　maxl25是8通道高速14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它內(nèi)設(shè)采樣 /保持器(t/h)，單次轉(zhuǎn)換時(shí)間為3 μs，通過對maxl25寫控制字，可以使之工作于單通道轉(zhuǎn)換，也可以使之工作于多通道的連續(xù)轉(zhuǎn)換，且其轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)具有緩沖功能，dsp可以方便地讀取。 maxl25采用雙極性供電，輸入電壓范圍為±5 v，轉(zhuǎn)換器的最高輸入過電壓高達(dá)±17 v，而且某個通道的損壞不會影響整個電路的正常工作。表1給出maxl25的工作模式。max125較好地滿足了精度要求，通過合理的控制電路設(shè)計(jì)，該數(shù)據(jù)采集通道能較好地滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。圖1示出maxl25的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　圖2為maxl25的工作時(shí)序，每個convst脈沖啟動1~4個t/h轉(zhuǎn)換，maxl25初始化后，設(shè)置工作模式為0x0002，系統(tǒng)利用2個 maxl25的chla、ch2a、ch3a通道分別對三相電壓和三相電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即每個maxl25只有3個通道需要轉(zhuǎn)換，每個通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 3μs，轉(zhuǎn)換三個通道需要9μs，采樣速率最高為100 ks/s。

　　通過convst脈沖啟動maxl25的轉(zhuǎn)換，大約9μs后，3個通道轉(zhuǎn)換完畢，產(chǎn)生1個中斷信號，中斷信號傳送到可編程邏輯控制器(gal)中，由 gal通知dsp讀取采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)gal給maxl25的rd引腳施加讀脈沖，3個連續(xù)的讀操作可以讀取3個連續(xù)的數(shù)據(jù)。圖3示出采集通道的原理框圖。

3 采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　maxl25擁有a、b 2組信號輸入端，每組4個輸入通道，內(nèi)置4路采樣保持器，在實(shí)際應(yīng)用中分別采集負(fù)載電流、補(bǔ)償電流、電源電流和逆變器直流側(cè)的電容器電壓。maxl25可以和dsp并行工作以減輕dsp的工作負(fù)擔(dān)。maxl25的輸出數(shù)據(jù)要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后才能送到tms320lf2407的數(shù)據(jù)線上。如果直接將 maxl25的輸出直接送到tms320lf2407的數(shù)據(jù)輸入引腳上，則有可能超過tms320lf2407引腳的耐壓值(3.6v)。本系統(tǒng)使用 74ahct245作為電平轉(zhuǎn)換器，maxl25的輸出do-d13接入74ahct245鎖存后進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，再進(jìn)入tms320lf2407的數(shù)據(jù)總線。74ahct245的工作電壓為3.3 v，輸出信號電平為3.3 v，可以接受5.5 v的輸入信號。本設(shè)計(jì)中使用了2個74ahct245作為電平轉(zhuǎn)換單元，輸入數(shù)據(jù)來自maxl25的14位數(shù)據(jù)，多余的2路輸入引腳接地，輸出信號接入 tms320lf2407的do-d15引腳。2個74ahct245控制信號由gal發(fā)出。電路原理如圖4所示。

　　控制系統(tǒng)的主要指令都在定時(shí)器中完成。圖5示出定時(shí)器周期中斷服務(wù)程序的流程。當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)器的值與定時(shí)器周期寄存器的值相等時(shí)，產(chǎn)生周期中斷請求。中斷被響應(yīng)后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，確認(rèn)中斷源正確后，首先啟動外部a/d轉(zhuǎn)換器，采集負(fù)載電流、補(bǔ)償電流、電容器電壓，再對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行移位、求補(bǔ)碼等必要的處理。

4 結(jié)束語

　　此電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以tsm320lf2407a型dsp為核心，功能強(qiáng)大，可