基于DSP的中頻電源測試系統(tǒng)設計

目前，115V／400 Hz電源廣泛應用于航空、航天等軍用設備中，軍用設備一般對頻率精度要求較高，因此必須對其進行測試，使其滿足軍用標準。本設計利用數(shù)字信號處理器(DSP)對數(shù)字信號強大的處理能力，對交流電壓與頻率進行測試、分析與計算，以達到對中頻電源性能進行評估的目的。

　　1 系統(tǒng)硬件設計

　　1．1 系統(tǒng)硬件框圖

　　系統(tǒng)的硬件框圖由4部分組成：電壓信號調(diào)理模塊、頻率信號調(diào)理模塊、DSP2407最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊，系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。被測信號(電壓信號)經(jīng)信號調(diào)理模塊降壓濾波后，接至DSP的ADCIN00端進行信號采集與A／D轉(zhuǎn)換，而被測信號(頻率信號)經(jīng)信號調(diào)理模塊降壓、濾波且轉(zhuǎn)化為同頻方波后，接至DSP的CAP端進行捕獲。DSP2407是整個系統(tǒng)的核心，其功能則是接收A／D端和捕獲CAP端的信號，對其進行分析計算，最后對數(shù)據(jù)進行存儲顯示。

　　1．2 信號調(diào)理模塊

　　被測信號電壓為-115～115V，而DSP的輸入要求則是0～3．3 V，因此需對被測電壓信號進行調(diào)理。被測電壓信號經(jīng)降壓、濾波等處理后，才能進入DSP進行A／D轉(zhuǎn)換。電壓信號調(diào)理電路如圖2所示。

　　圖2中電壓傳感器選用的是精密電壓互感器SPT204A，輸入額定電流為2 mA，額定輸出電流也為2 mA。電壓互感器的輸入端需調(diào)節(jié)R1使輸入電流為2 mA，而互感器的輸出端是電流／電壓轉(zhuǎn)換電路，調(diào)節(jié)反饋電阻R2與R3可得所需電壓。2個反接二極管起保護放大器的作用。該互感器的特點是電磁隔離、精度高、無漂移，而且對干擾具有很好的抑制作用。濾波部分為一階低通濾波器，目的是消除對系統(tǒng)影響較大的高頻信號。被測信號經(jīng)電壓互感器調(diào)理后，轉(zhuǎn)化成-3～3 V的電壓信號，而DSP2407自帶的A／D轉(zhuǎn)換器是單極性的，因此在互感器電路后接電壓抬升電路，進一步調(diào)整電壓信號，將其轉(zhuǎn)化為0～3 V的電壓信號后，再進行A／D轉(zhuǎn)換。

　　頻率信號調(diào)理模塊的降壓濾波部分與電壓信號調(diào)理電路基本一致，只是不需再將電壓信號抬升，而是需經(jīng)過電壓比較器LM311將正弦電壓信號轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號，最后通過分壓電路進一步調(diào)整幅值，使其適合DSP捕獲端的輸入范圍。進一步調(diào)理電路如圖3所示。

　　1．3 液晶顯示

　　液晶顯示器(LCD)是提供友好人機界面實現(xiàn)信息人機交互的關鍵器件。由于LCD具有低功耗、體積小、質(zhì)量輕等諸多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點，它成為測量結(jié)果顯示和人機對話的重要工具。本系統(tǒng)選用的SPRT12864M液晶顯示模塊是128×64點陣的圖形點陣式液晶顯示模塊。

　　DSP2407與LED之間的接口電路如圖4所示。其中DSP的IOPE0～IOPE7用作數(shù)據(jù)接口，與LCD模塊的數(shù)據(jù)線DB0～DB7相連，完成與LCD間的數(shù)據(jù)傳送；IOPC0與RS(CS)相連，為指令／數(shù)據(jù)選擇位，H為數(shù)據(jù)選擇位，L為指令選擇位；IOPC1與R／W腳相連，為讀／寫選擇位，H為寫信號，L為讀信號；IOPC2與E相連，工作狀態(tài)使能；RET是液晶顯示模塊的復位端，直接連接到DSP的復位引腳RS，當系統(tǒng)復位時，LCD同時復位；VDD接+3．3 V輸入電源。

　　2 系統(tǒng)軟件設計

　　DSP是整個測試系統(tǒng)的核心，而軟件編程又是這一核心的靈魂。整個DSP系統(tǒng)在Code Composer Setup編譯環(huán)境下開發(fā)，采用匯編語言和C語言相結(jié)合的編程方式，完成對整個測試系統(tǒng)的軟件設計。

　　2．1 電壓數(shù)據(jù)采集子程序

　　電壓數(shù)據(jù)采集是直接通過TMS320LF2407自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)實現(xiàn)的。首先對ADC進行初始化，確定ADC通道的級聯(lián)方式，采樣時間窗口預定標，轉(zhuǎn)換時鐘預定標等。然后啟動ADC采樣，對電壓信號進行采集，采樣8次。由于得到的數(shù)據(jù)被默認存儲到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(RES-ULT0～7)的高10位中，因此定義1個數(shù)組，將RESULT n中的值經(jīng)過移位還原后存儲到相應的數(shù)組中。A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，則轉(zhuǎn)入中斷服務程序，對采樣得到的數(shù)據(jù)進行分析和處理。電壓信號數(shù)據(jù)采集子程序的流程圖如圖5所示。

　　2．2 頻率數(shù)據(jù)采集子程序

　　交流電壓頻率的采集是通過DSP2407的捕獲引腳，對頻率信號調(diào)理模塊輸出的方波上升沿時的時鐘進行捕獲得到的，然后在頻率采集信號數(shù)據(jù)處理部分根據(jù)相鄰時鐘差值求出其對應的頻率值。頻率信號數(shù)據(jù)采集子程序流程如圖6所示。

　　3 結(jié)束語

　　該系統(tǒng)是基于DSP的中頻電源測試系統(tǒng)的設計，構(gòu)建了以DSP為控制核心的測試系統(tǒng)，并對電壓互感器SPT204A的外圍電路進行了設計和改進，對交流電壓輸出與所需輸入建立了一種平臺，提出了一種電壓信號調(diào)理的新思路，具有結(jié)構(gòu)簡單，性能良好等優(yōu)點，可推廣使用到其他中頻軍用設備以及民用設備的系統(tǒng)測試中。