在并行模式下,当ADBUSY信号变低时说明转换结束,ADBUSY信号连接到DSP的外部中断0,以中断的方式通知DSP对转换后的数据进行读取。此时将/CS和/RD都置低使能输出总线,转换后的数据被输出到并行数据总线上,DSP就可以依次进行6路输出信号的操作。
1.2 DSP核心电路
本系统的处理核心采用TI公司的TMS320VC5409,它是16位的定点DSP,除了DSP通用的结构特点以外,它还具有:16K×16的片上ROM,32K×16位的片上双寻址RAM,拥有丰富的片上外设:软件可编程等待周期发生器(SWWSR)和可编程分区转换逻辑电路(BSCR),片上锁相环时钟发生器,3个多通道缓冲串行口(McBSP),增强的8位并行主机接口(HPI),6通道的DMA控制器,本芯片也可在低功耗情况下工作。
此DSP的核心电压是1.8V,I/O电压是3.3V,而其他的器件大多是5V的驱动电压,所以本系统选用ALTERA公司的CPLD——EPM7128AETC100-10进行电平转换和逻辑控制,主要用来DSP与其他芯片之间的通信与地址译码。因为在本系统中需要对采样的数据进行大量的运算,产生的数据再加上运行的程序使DSP的片上存储资源捉襟见肘,所以为DSP外扩了FLASH和RAM存储器[3]。
1.3 液晶显示电路
本设计采用的是LCM128645ZK液晶进行显示,本液晶模块的液晶屏幕为128*64,可显示4行,每行可显示8个汉字。与DSP可以进行并行8位/4位和串行3线/2线的连接方式。中文液晶显示模块可实现汉字、ASCII码、点阵图形的同屏显示,广泛的应用于各种仪器仪表、家用电器和信心产品上作为显示器件。本系统中液晶与DSP之间采用串行数据传输方式,液晶的第15引脚(并行/串行传输方式选择引脚)接地时,液晶为串行工作模式。此时液晶的第5引脚为串行数据线,第6引脚为串行输入脉冲。DSP通过这2 个引脚即可在液晶上显示出数据或波形。液晶的6脚与DSP串口2的缓冲串行口数据发送端BDX2引脚相连,作为时钟信号,
脚与串口2的帧同步脉冲输出端BFSX 2引脚相连,DSP串口的这俩根引脚被设置为通用输入输出引脚GPIO。当DSP将数据处理完后通过这俩根引脚将计算后的数据送到液晶进行显示。下图是本液晶的串行传输时序图:
图4 液晶串行传输时序图
当片选信号CS为高电平时,同步时钟线(SCLK)上输入的信号才会被接收,另一方面,当片选信号(CS)为低电平时,模块内部的串行传输计数与串行资料将会被重置,也就是说在此状态下,传输中的资料将被终止清除,并且将待传输的串行资料计数重设回第一位,因此,模块选择引脚(CS)可被固定接到高电平。
模块的同步时钟线(SCLK)具有独立的操作,但是当有连续多个指令需要被传输时,必须确实等到一个指令完全执行完成后才能传送下一笔资料,因为模块内部没有传送/接收缓冲区。
2. 系统的软件设计
本系统的软件主要是完成对信号的采样、对采样数据的FFT变换[4]、对变换后的数据进行谐波的各项参数(谐波的幅值、有功功率、视在功率、功率因数、谐波含量)等的计算以及对计算后的数据进行显示等。软件流程图如下:
图5 软件流程图
因为本系统使用的是定点DSP,而采样数据经过FFT运算以后产生的数据为浮点数,直接进行浮点数运算不能满足系统的实时性要求,通过TI自带函数库中关于FFT函数的调用,可以达到系统对实时性的要求。
3、设计结果测试与分析
最后利用达盛科技的NC-2100综合设计试验台对本系统进行了测试,该实验台可以输出俩路信号并进行混频,一路输出50HZ的基波信号,另一路依次输出150、250、350、450、550HZ的信号,既3、5、7、9、11次谐波,两路信号进行混频后输入到系统,分别进行1%和10%谐波含量的测试,测试结果如下:
表1 各相依次加1%的各次谐波的测试结果
表2 各相依次加10%的各次谐波的测试结果
4、结束语
本系统以数据处理能力强大的16位定点DSP芯片TMS320VC5409为数据的处理核心,充分的利用了DSP强大的数据处理能力,对采样到的数据进行了FFT变换和谐波分析,且改系统的精度较高。
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