1 引言

　　目前，作為監(jiān)測系統(tǒng)核心器件的微處理器一般采用高性能單片機、數(shù)字信號處理器(dsp)等提高系統(tǒng)的處理速度。但是，隨著電力系統(tǒng)監(jiān)測趨于多功能、智能化、可視化的發(fā)展。上述單一的器件已不能完全滿足要求。本文介紹了一種新型嵌入式微處理器ppc 405ep以及基于ppc 405ep的電力監(jiān)測系統(tǒng)，能夠滿足高實時性、良好的人機交互和多種通信方式要求。

2 ppc 405ep微處理器

　　20世紀90年代，ibm和motorola以及apple公司共同開發(fā)了32位／64位powerpc系列微處理器，主要應用于pc、網(wǎng)絡通訊、工業(yè)控制領域。powerpc靈活的體系結構可實現(xiàn)多種專用系統(tǒng)。ppc405ep是ibm／amcc公司高性能嵌入式32位risc，運算速度高達333 mi／s，內部集成微處理器的常用外圍組件，特別適用于工業(yè)控制領域，為實現(xiàn)低成本系統(tǒng)，提供了高性價比。ppc 405ep的主要特點為：16 kb數(shù)據(jù)cache，16 kb指令cache，寫緩沖區(qū)；虛擬內存管理單元mmu；2個10／100 mb／s以太網(wǎng)控制器；sdram控制器；2個uart；外圍接口總線，直接支持8位、16位sram和外圍其他設備；可編程中斷控制器，支持7個外部和19個內部的邊沿或電平觸發(fā)中斷：pci v2.2接口標準模塊；dma控制模塊，可對8位、16位、32位的數(shù)據(jù)進行操作；i2c系統(tǒng)總線模塊；通用可編程i／o口(gpio)；可編程定時／計數(shù)器：支持jtag板級測試。

3 在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計

　　被監(jiān)測設備傳輸?shù)碾妷弘娏餍盘柦?jīng)電流電壓互感器變換后．再經(jīng)信號調理電路放大、濾波，送入數(shù)據(jù)采集板。采集板內的單片機控制a／d采樣或判斷開關信號變化，完成各種數(shù)值運算，與預設的報警限定值作比較。如果在報警范圍內，申請占用can總線向嵌入式主模板發(fā)送數(shù)據(jù)，與此同時，嵌入式主模板監(jiān)聽綜自網(wǎng)絡中的報文，采用103／104協(xié)議解析獲得設備狀態(tài)等信息(例如：開關狀態(tài))。嵌入式主模板把采集板傳輸?shù)墓收闲畔⒑凸收习l(fā)生時解析的報文存入cf卡同時以短信方式通知相關人員，人們可以通過監(jiān)視器瀏覽、分析這些故障文件。其原理框圖如圖1所示。

3.1 數(shù)據(jù)采集及信號預處理模塊

　　考慮設備監(jiān)測點較多，而且系統(tǒng)需要處理的任務種類繁多，既有數(shù)據(jù)采樣、計算、監(jiān)聽網(wǎng)絡報文等周期性任務，又有通信、人機交互等隨機性事件。因此在硬件設計上，選用單片機完成數(shù)據(jù)采集、分析計算以減輕ppc 405ep的負擔。每塊采集板要完成8路4 ma～20 ma模擬信號采樣或者16路開關量信號輸入，選用philip公司的p89lv51rd2能很好滿足采集要求。

　　ad7939是adi公司生產(chǎn)的8通道、低功耗(13.5 mw)模／數(shù)轉換器，其分辨率為12-bit，最高采樣頻率達1.5 ms／s。ad7939與單片機接口簡單，不需其他外圍電路，大大簡化電路設計。值得注意的是，ad7939具有數(shù)字電源與模擬電源，數(shù)字噪聲很容易干擾a／d轉換結果。為了提高抗干擾能力，數(shù)字電源由模擬電源經(jīng)過由22μf、0.1μf和電感組成的π型濾波器后產(chǎn)生，數(shù)字地與模擬地接電感濾波后連接在一起。

3.2 基于ppc 405ep的嵌入式主板

3.2.1 pci電路

　　pci總線是一種先進的高性能32／64位地址數(shù)據(jù)復用局部總線。ppc 405ep處理器帶有pci總線接口，支持pci2.2規(guī)范，pci總線頻率高達66 mhz。利用其pci總線接口，設計了3個usb接口分別接鼠標、鍵盤、u盤，1個vga接口用于顯示器，2個ide接口用于接cf卡保存數(shù)據(jù)。選用ali單片實現(xiàn)3個usb接口的pci轉usb控制器。m5273、smipci轉vga控制器lynxem+sm712和silicon單片實現(xiàn)2個ide接口的pci轉ide控制器sii0680a。直接掛在ppc 405ep的pci總線上。

3.2.2 通信電路

　　根據(jù)ppc 405ep處理器的通信端口，設計了以太網(wǎng)、rs-485通信的外圍電路，其中以太網(wǎng)通信用于監(jiān)聽綜自網(wǎng)絡中報文，外圍器件選用lxt971alc；rs-485通信用于與gsm模塊接口，根據(jù)預設的故障級別通過短信形式將越限故障信息發(fā)送到相關人員手機，通信收發(fā)器使用sn65hvd10。為了提高通信質量，采用光電隔離器件adum1301隔離。選用獨立can通信控制器sja1000實現(xiàn)can通信。因為sja1000與ppc 405ep的讀寫時序不完全兼容，必須對ppc 405ep的讀寫時序進行變換。主要包括地址數(shù)據(jù)復用總線、地址鎖存信號ale、讀(rd)信號、寫(wr)信號和片選信號(cs)的變頻。ppc 405ep器件的高8位數(shù)據(jù)線、讀(poe)、寫(pwe)控制線、片選信號和低8位地址線都接入cpld。在cpld內部完成ppc 405ep的地址線、控制線組合的邏輯譯碼。vhdl代碼可實現(xiàn)符合sja1000的讀寫時序。以下為vhdl程序代碼。

　　另外，ppc 405ep為3.3 v器件，要與5 v的sja1000無縫連接，還需用電平轉換器隔離。電平轉換器74kvxc3245加在cpld與sja1000之間。can通信的外圍電路如圖2所示。can通信收發(fā)器使用pca82c250，同樣用adum

上一篇：英商康橋推出控制芯片系列產(chǎn)品C2470，采用智能型數(shù)字/模擬控制

上一篇：Luminary Micro推出兩款新Stellaris評估