電量測量裝置校驗中接口電路的實現(xiàn)方法

摘 要：本文敘述在進行電量測量裝置的高精度校驗中，采用數(shù)字信號處理器TMS320F206及其與工業(yè)控制PC機（IPC）的ISA總線、雙口SRAM、高精度A/D轉(zhuǎn)換器等接口電路的實現(xiàn)方法。
　　在進行常規(guī)電量測量裝置的校驗中，作為校驗裝置，一定要對電壓、電流的幅值、頻率、相位等進行高精度測量，在校驗裝置中采用TI公司DSP器件TMS320F206控制A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字濾波處理，并把濾波處理后的數(shù)據(jù)傳送給微機進行數(shù)據(jù)的進一步處理，實現(xiàn)了高精度電表校驗的要求。
　　測量單元的組成及其功能
　　測量單元是作為系統(tǒng)的高精度“標準表”，要完成對交/直流電壓、電流的多個電量測量，測量的精度小于0.05級，測量單元采取插卡式設計，直接插入IPC（工業(yè)控制微機）的ISA總線中使用。本單元結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　
　　其中：A/D轉(zhuǎn)換器采用BB公司的ADS7805，這是16-Bit，轉(zhuǎn)換頻率可達100KHz，的高精度轉(zhuǎn)換器，芯片有28腳雙排直插式或貼片式封裝，轉(zhuǎn)換結(jié)果16位并行輸出，啟動轉(zhuǎn)換和讀取上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以同時進行，用它完成變換后的電壓、電流信號的A/D轉(zhuǎn)換;雙口RAM采用CY7133-25，它是一個雙邊均16位數(shù)據(jù)位的2KBRAM，兩邊可以分別對片內(nèi)的存儲單元進行存取，在電路中分別受DSP和IPC的控制，以實現(xiàn)IPC和TMS320F206之間的數(shù)據(jù)交換;過零比較用LM339，實現(xiàn)對交流v、I的過零檢測，用于獲取計算頻率、相位差等數(shù)據(jù)的信號。
　　DSP采用的是TI公司的16-bit定點DSP TMS320F206，運算速度40MIPS，是一種低功耗器件，采用了改進的哈佛結(jié)構(gòu)，有1條程序總線和3條數(shù)據(jù)總線，流水線操作，有高度并行32-bit算術(shù)邏輯單元、16*16-bit并行硬件乘法器、片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外設和高度專業(yè)化的指令集，從而使該芯片速度高、操作靈活。片內(nèi)資源還有：內(nèi)部時鐘發(fā)生器，可以對外接時鐘源進行*1、*2、*4和/2來產(chǎn)生CPU時鐘;片內(nèi)有RAM4.5K，F(xiàn)lash32K，能夠適合于許多工程應用，特別是32K Flash作為程序存儲器，給系統(tǒng)的設計和程序的調(diào)試帶來很大方便;3個外部中斷INT1、INT2、INT;1個同步串口和一個異步串口;1個軟件可編程定時器;JTAG掃描仿真接口（IEEE標準），用來實現(xiàn)在線仿真測試;具有4個獨立可編程I/O腳（I/O0、I/O1、I/O2、I/O3），1個輸出腳XF和1個輸入腳/BIO。
　　由于DSP的取指和執(zhí)行能完全重疊運行，再加上多級流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令和快速的指令周期等結(jié)構(gòu)特點，使得其數(shù)字處理速度大大提高，這也為DSP和外部電路和器件的接口提出了一些新的要求和問題，在設計DSP應用系統(tǒng)時必須要認真考慮。
　　TMS320F206和ISA總線的接口
　　考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的適時性和相對獨立性，TMS320F206和IPC交換數(shù)據(jù)是通過雙口SRAM實現(xiàn)，接口電路如圖2所示。
　　這部分電路接口，主要需要考慮解決以下問題：
　?。?） DSP對雙口SRAM的讀/寫控制
　　TMS320F206的地址線A0-A10分別和CY7133的A0L-A10L直接相連，F(xiàn)206的16位數(shù)據(jù)線分別和CY7133的IO L0-10直接相連。由于采用了快速雙口SRAM，無需考慮為DSP加入等待狀態(tài)，R//WE直接接RAM的R/W LU和R/W LL進行數(shù)據(jù)讀寫控制，CY7133的片選信號/CEL由/DS和A15組合產(chǎn)生，由圖可見TMS320F206對CY7133的尋址
　　
　　范圍為8000H-87FFH。測量單元用了3片TMS320F206組成3路相同的測量電路對三相電路分別測量（圖2中只》 　?。?） IPC對雙口SRAM的讀/寫控制;
　　IPC通過ISA總線對雙口SRAM的讀/寫控制，直接用存儲器尋址的方法進行讀寫。 ISA總線有A0-A19根地址線，可以直接尋址00000-FFFFFH，其中C8000-EFFFFH保留給用戶，可以作為存儲器的擴充設計使用。本電路IPC對雙口SRAM的讀/寫控制中，地址線、數(shù)據(jù)線、存儲器讀（/OE）和寫（/MEMW）控制線的連接如圖2中所示，其譯碼電路譯碼得到的3組地址選擇信號，D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH分別用來作為3路雙口RAM的片選信號。
　?。?） 避免兩邊對同一單元同時進行讀/寫操作
　　因為DSP和IPC對雙口SRAM的讀/寫是隨機的，在使用中有可能兩邊同時對SRAM的同一單元進行讀寫操作，從而引起讀寫數(shù)據(jù)的錯誤。CY7133兩邊有/BUSY信號，當兩邊器件同時訪問同一存儲單元時，信號/BUSY有效，表示有一個訪問沖突發(fā)生。為了能夠處理好訪問沖突，如圖3，/BUSYL信號接TMS320F206的READY引腳，當READY為低，表示IPC已經(jīng)在對CY7133的同一單元讀或?qū)懀琓MS320F206應稍作延時再對該單元操作;三路CY7133的/BUSYR信號經(jīng)過一個與門接到ISA總線的10號中斷IR10，任一路/BUSYR有效，即向IPC發(fā)出中斷，表示DSP已經(jīng)在對SRAM的同一單元讀或?qū)?，IPC應稍作延時再對該單元操作，這樣就實現(xiàn)了TMS320F206和IPC進行正常的雙口存儲空間訪問。需要注意，/BUSY引腳必須接上拉電阻才能正常工作（圖中從略）。