基于DSP的繼電保護測試儀信號采集裝置硬件設計

2 系統硬件設計
2．1 電壓、電流采樣電路設計
本系統采集三相電壓、三相電流以及中性線的兩路電壓和電流信號。電壓和電流的采樣電路類似，電壓采用電壓互感器，電流采用電流互感器，通過運放OPA2277組成電壓和電流采樣電路。電壓采集電路如圖2所示。圖2中，T1為電壓互感器。電壓互感器出來的信號通過OPA2277處理后送入數據選擇器AD7502的S1輸入引腳。其他7路電壓和電流信號分別送入AD7502的另外7個輸入引腳。

2．2 程控濾波電路設計
系統中選用數據選擇器AD7502作為四路電壓和四路電流信號的模擬開關。濾波電路選用OPA2277來實現，電路原理圖如圖3所示。其中，AD7502的A0，A1接DSP通用I／O口的GPIOB4，GPIOB5口，EN引腳接高電平。GPIOB4，GPIOB5輸出不同值來控制AD7502不同通道的接通，從而將8路信號依次送入兩片A/D轉換器。

2．3 A／D轉換電路與DSF接口電路的設計
A／D轉換器是模／數轉換電路中的核心器件，在整個測量系統中占有重要地位。如果模／數轉換器的位數低時，將引起較大的測量誤差，本裝置選用德州儀器(TI)公司的A／D芯片ADS- 8515作模／數轉換器。ADS8515是采樣率為250 KSPS的16位并行A／D轉換器，輸入電壓范圍能達到±10 V。ADS8515屬于逐次逼近寄存器型(簡稱SAR型)A／D轉換器，這種結構的轉換器通過輸入的模擬信號與比較器逐次比較來輸出數字信號，是目前應用最多的轉換器類型。SAR型A／D轉換器的功耗比較低，體積比較小，而且A／D內部通常具有采樣保持器，它可以維持采樣電壓直到轉換結束，且其轉換速率很快。ADS8515和DSP的接口電路如圖4所示。

由于TMS320F2812的I／O電壓是3．3 V電平，而ADC則是5 V電平，因此需要電平轉換芯片74LVC245來實現隔離功能。ADS8515的控制是通過對片選信號CS、啟動信號R／C以及對狀態(tài)信號BUSY的查詢來實現的。BUSY，CS，R／C，分別接DSP的中斷信號引腳XINT1和通用I／O接口GPIOB0，GPIOB1。為了保證雙DSP的同步采樣，防止數據輸出時兩DSP數據的串擾，采用將另一個DSP的片選信號CS和啟動信號R／C分別接DSP的通用I／O接口GPIOB2和GPIOB3的方法。這樣可以保證雙DSP同步采樣，并依次讀取兩個A／D中的數據。
2．4 同步信號獲取與識別電路設計
為了實現A／D轉換器的交流同步采樣，本方案的設計電路如圖5所示。方案選用多個OPA22 77和比較器MAX998來組成信號的獲取與識別電路，從而克服了非整周期采樣帶來的頻率泄露誤差，實現嚴格的同步采樣和等間隔采樣。圖5中，K3C為繼電器，用作開關使用，用來通斷選擇獲取的一路交流電壓信號和一路交流電流信號。OPA2277組成放大和濾波電路。二極管D2，D3的作用是保護比較器MAX998，防止電壓過大而擊穿MAX998。