基于DSP+ARM的便攜式電能質(zhì)量分析儀設(shè)計
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1．2 數(shù)據(jù)采集和處理模塊
電能質(zhì)量分析儀需要有較高的測量準(zhǔn)確度，并且電網(wǎng)電壓電流信號除了50 Hz工頻分量以外，還包含電壓瞬變、短時電壓驟升驟降等因素引起的高頻分量；按照一般電網(wǎng)測試要求，需要檢測8路信號(4路電壓和4路電流)；這里需要高速、高分辨率、多通道、低功耗的ADC芯片。 TI公司出品的AD7655是一款低成本、4通道、1 MSPS采樣率、16位ADC芯片。該芯片典型功耗為120 mW，采樣率為10 KSPS時只有2．6 mW，滿足系統(tǒng)低功耗要求；芯片內(nèi)有兩個低噪聲、寬頻帶的采樣保持器和相應(yīng)的模擬開關(guān)，允許兩個通道同時采樣。選用兩片AD7655可滿足系統(tǒng)設(shè)計需要。
數(shù)字信號處理器選用ADI公司的ADSP-21161N32位浮點DSP芯片。該芯片采用超級哈佛結(jié)構(gòu)，擁有多條內(nèi)部總線、高速運(yùn)算單元、大容量存儲器、靈活多樣的外部接口。它的內(nèi)核工作頻率可達(dá)100 MHz，外部總線工作頻率可達(dá)50 MHz，運(yùn)算處理速度可高達(dá)600 MIPS，以較低的工作頻率實現(xiàn)了較高的處理能力，同時降低了功耗。而ADI公司提供的根據(jù)處理器量身制作的IDE環(huán)境極大的方便了DSP軟件開發(fā)，最大程度上發(fā)揮了處理器的性能。
兩片AD7655與DSP通過“三線”SPI接口連接，DSP對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存并進(jìn)行一系列運(yùn)算，將計算結(jié)果通過LINK PORTS接口發(fā)送給FIFO實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。ADC的采樣時鐘、每個ADC中的通道切換和雙ADC調(diào)度等控制邏輯由協(xié)控制器實現(xiàn)。
1. 3 協(xié)控制器
協(xié)控制器邏輯電路框圖如圖2所示。圖2中，采樣時鐘發(fā)生器為A／D轉(zhuǎn)換器提供采樣時鐘；ADC通道輪換控制電路協(xié)調(diào)8個通道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換次序，協(xié)助DSP準(zhǔn)確地讀取各相電壓電流信號；DSP啟動模式控制電路協(xié)助DSP上電初始化程序從FLASH自啟動；FIFO讀時鐘邏輯電路由ARM嵌入式平臺控制，產(chǎn)生讀時鐘，完成DSP與ARM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)卡地址控制邏輯為CS8900網(wǎng)卡提供讀寫邏輯。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/195448.htm
1．4 ARM嵌入式平臺
ARM嵌入式平臺硬件配置如圖1所示。選用三星公司S3C2410芯片，外擴(kuò)64 MB SDRAM和64 MBFLASH。該嵌入式平臺有眾多外設(shè)接口：SPI接口用于和DSP命令傳輸；LCD接口用于TFT液晶屏的驅(qū)動；USB接口適用于多種即插即用設(shè)備；SD卡接口可插入大容量SD卡用于數(shù)據(jù)存儲；觸摸屏接口可實現(xiàn)觸摸屏控制。為了實現(xiàn)儀器的網(wǎng)絡(luò)化，該系統(tǒng)擴(kuò)展了網(wǎng)卡芯片CS890OA；為了系統(tǒng)調(diào)試的安全性，將RS 232接口進(jìn)行隔離處理。
ARM與DSP之間通信和數(shù)據(jù)傳輸通過SPI接口和FIFO實現(xiàn)。ARM通過SPI接口發(fā)送命令，使DSP進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算及傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)定ARM為主
設(shè)備，DSP為從設(shè)備。FIFO用于傳輸DSP的計算結(jié)果和波形數(shù)據(jù)；FIFO芯片采用低功耗異步芯片SN74ALVC7805，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)50 MHz，數(shù)據(jù)存儲深度為256 B。
ARM嵌入式平臺移植了WinCE操作系統(tǒng)。WinCE操作系統(tǒng)在實時管理、圖形界面、開發(fā)環(huán)境等方面有著特有的優(yōu)勢，這為便攜式電能質(zhì)量分析儀的人機(jī)交互和網(wǎng)絡(luò)化擴(kuò)展提供了便利。
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