高速AD轉(zhuǎn)換器ADS8364在電能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
發(fā)布時間:2008/5/28 0:00:00 訪問次數(shù):501
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0 引言 隨著我國電網(wǎng)的逐步發(fā)展，如何保證優(yōu)良的電能質(zhì)量成為一項重要的工作。電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)可以實時跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化，故可為改善電網(wǎng)電能質(zhì)量提供實際依據(jù)。傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置對目前一些高頻的復(fù)雜暫態(tài)量的采集與處理還相對困難，所以研制一種高速的、處理能力強大的監(jiān)控系統(tǒng)有著重要的意義。為此，本文以tms320f2812型dsp為控制核心設(shè)計了一種電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。tms320f2812是ti公司生產(chǎn)的32位定點dsp，它采用1.8 v的內(nèi)核電壓，具有3.3 v的外圍接口電壓，最高頻率150 mhz，片內(nèi)有18k字的ram。由于在通常情況下，采集系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換器件的性能決定著系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。所以本設(shè)計選用ti公司的ads8364作為ad轉(zhuǎn)換模塊。ads8364的最高頻率為5 mhz，對應(yīng)采樣頻率250khz，可以滿足本采集系統(tǒng)的要求。 1 ads8364的主要特性 ads8364是一種高速、低功耗、6通道同步采樣轉(zhuǎn)換器件，它是16位高速并行接口的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。每片ads8364由3個轉(zhuǎn)換速率為250 ksps的adc構(gòu)成，每個adc有2個模擬輸入通道，每個通道都帶有采樣保持器，3個adc可組成3對模擬輸入，可對其中的輸人信號同時采樣保持。另外，引腳內(nèi)部還帶有2.5 v電壓接口，可用以提供基準(zhǔn)電壓。由于6個通道可以同時采樣，因而很適合用于需同時采集多種信號的應(yīng)用場合。 ads8364的6個模擬輸入通道可分為三組，分別為a、b和c組。每組都有一個保持信號(分別為holda、ef和holdc)，以用于啟動各組的a／d轉(zhuǎn)換。6個通道可以進行同步并行采樣和轉(zhuǎn)換。當(dāng)ads8364的holdx保持20 ns的低電平后，開始轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果被存入輸出寄存器后，引腳ef的輸出將保持半個時鐘周期的低電平，以提示數(shù)據(jù)分析處理器進行轉(zhuǎn)換結(jié)果的接收，處理器通過置rd和cs為低電平可使數(shù)據(jù)通過并行輸出總線讀出。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計要求經(jīng)濟合理、安全可靠，并具有足夠的抗干擾能力。裝置的信號采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換由ad模塊和dsp來完成。待測線路上的信號先分別經(jīng)過變壓和信號調(diào)理，以使其變?yōu)檫m合采樣的信號，再進入采樣模塊。采樣模塊要對高速交變模擬信號進行采集，因此，本設(shè)計選用ti公司的高精度ads8364為ad轉(zhuǎn)換芯片，并以tms320f2812型dsp為控制核心，被測數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理和同步采樣后再進人數(shù)據(jù)處理單元。 模擬通道輸入采用差分輸入方式來減少共模干擾，并采用電壓基準(zhǔn)芯片ad780來提供2.5 v的電壓基準(zhǔn)。 由于電力系統(tǒng)中的電壓電流信號一般不能直接送到a／d器件的輸入端進行轉(zhuǎn)換，而要先經(jīng)過降壓和信號調(diào)理等預(yù)處理。因此，本設(shè)計采用sct254fk精密電流互感器來將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。其額定輸入電流為5 a，額定輸出電流為2.5 ma。信號調(diào)理電路如圖5所示。圖中，調(diào)整反饋電阻r1和r2的值可得到所需要的電壓輸出。電容c2及可調(diào)電阻r3是用來補償相移的。電容c3和c4是400～1000 pf的小電容，主要用以去耦和濾波。兩個反接的二極管d1和d2用以保護運算放大器。運算放大器視精度要求而定，本文使用精度和穩(wěn)定性都比較好的op07。 ad的啟動信號由dsp的時鐘輸出通過cpld給出，同時，cpld還將譯碼ad的片內(nèi)寄存器地址，以將ad轉(zhuǎn)換結(jié)果直接映射到dsp的內(nèi)存空間。ad轉(zhuǎn)換結(jié)束信號經(jīng)過cpld與dsp的外部中斷引腳相連，可用于通知dsp讀取ad轉(zhuǎn)換結(jié)果。 本設(shè)計中，ads8364采用的是4 mhz時鐘。每通道的轉(zhuǎn)換速率最大可達200 ksps。將ad的地址線接到tms320f2812的地址線，可在a0接數(shù)字地，而a2和a1接vcc時，使ads8364進入周期模式。在這個模式中，轉(zhuǎn)換器可自動對六個通道進行采樣，并可將數(shù)據(jù)以a0、a1、b0、b1、c0、c1的順序?qū)?yīng)傳送到輸出端。ads8364與dsp的接口電路如圖6所示。 3 采樣系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序分為兩個部分：一是系統(tǒng)初始化模塊，二是控制模塊。其中初始化模塊只在系統(tǒng)上電時執(zhí)行一次，主要是對系統(tǒng)狀態(tài)寄存器的設(shè)置、中斷標(biāo)志和允許的設(shè)置、看門狗的設(shè)置、定時器初始化、捕獲單元初始化、液晶顯示初始化、i／o口的設(shè)置和初始化、e2prom初始化等。初始設(shè)置完成并得到開機信號后，系統(tǒng)進入循環(huán)等待狀態(tài)。當(dāng)有中斷事件發(fā)生時，則進入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序去完成測控功能。 控制系統(tǒng)的主要指令都可在定時器中完成。若定時器計數(shù)器的值與定時器周期寄存器的值相等，則產(chǎn)生周期中斷請求。中斷被響應(yīng)后，系統(tǒng)將進入中斷服務(wù)程序。當(dāng)其確認中斷源正確后，首先啟動外部a／d轉(zhuǎn)換器，以采集相應(yīng)的電能質(zhì)量信號，再對轉(zhuǎn)換結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理與比較，最后開總中斷并返回。 4 結(jié)束語 本文介紹了高速ad轉(zhuǎn)換器ads8364在以tms320f2812型dsp為控制核心的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。ads8364速度快，精度高，配合dsp強大的運算功能可
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