【正文】 3 ABSTRACT The exchange sampling is the electrical work carries on the microputer to protect importantly one step, the exchange sampling method39。 (3) carries on the experiment using using the design procedure to the sampling circuit, obtains electric circuit39。電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)。近幾年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，各種種類的新型處理器相繼問世，讓開發(fā)運(yùn)用在電力系統(tǒng)中的高速采樣系統(tǒng)成為了可能。 隨著國家 GDP 快速增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷日益增大，對(duì)其穩(wěn)定性的要求越來越高，對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)的投入也相當(dāng)?shù)拇?，在廠礦 企業(yè)中，對(duì)電的需求十分的大，供配電的 2 穩(wěn)定性直接與效益掛鉤。 其設(shè)計(jì)要求如下： 1） 用數(shù)碼管顯示當(dāng)前線路的電壓、電流和功率 2） 電壓峰值采樣范圍為 0V480V,電流峰值采樣范圍為 。本系統(tǒng)由硬件設(shè)計(jì)和軟件變成構(gòu)成，一下逐步對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件作出介紹。數(shù)字信號(hào)處理其已經(jīng)成為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和實(shí)際運(yùn)用之間的橋梁，并進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，也極大地拓展了數(shù) 字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 TMS320 系列 DSP 主要采取了哈佛結(jié)構(gòu)、流水線技術(shù)、硬件乘法器和特殊 DSP 指令等。另外， DSP 仲的雙口 RAM 及獨(dú)立讀寫總線使數(shù)據(jù)存取速度提高。例如在取 N 條指令是，前一條指令處于譯碼階段，而前兩條指令則處于執(zhí)行階段。相比而言 DSP芯片一般都有一個(gè)硬件乘法器。采用這些適合于數(shù)字信號(hào)處理的尋址方式和指令，進(jìn)一步減少了數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)間。 由于交流采樣系用只需要用到 J18 和 J19 擴(kuò)展插座，下表就對(duì) J18 和 J19 的管腳定義進(jìn)行說明。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。從原理上說，集成運(yùn)算放大電路實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。 為了發(fā)揮集成電路內(nèi)部元件參數(shù)匹配較好、易于補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)，輸入級(jí)大都采用差分放大電路的形式。另外，中間級(jí)還應(yīng)向輸出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流，并能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)雙端輸入至單端輸出的轉(zhuǎn)換。一般不要求輸出級(jí)提高很高的電壓放大倍數(shù)。 4) 偏置電路 偏置電路的主要作用是向各級(jí)放大電路提供合適的偏置電流，確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于理想的運(yùn)放，工作在線性狀態(tài)時(shí)，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為 U0=Aod(Ui2Ui1) （ 21） 式中， Aod是運(yùn)放的開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)。 比例運(yùn)算電路 比例運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓之間存在比例關(guān)系，即電路可以實(shí)現(xiàn)比例運(yùn)算，是其他各種運(yùn)算電路的基礎(chǔ)。集成運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端，實(shí)際上是運(yùn)放內(nèi)部輸入級(jí)兩個(gè)差分對(duì)管的基級(jí)。為了保證運(yùn)放 兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，同時(shí)為了避免降低共模抑制比，通常要求 R1=R1’, Rf=Rf’ （ 26） 差分比例運(yùn)算電路電壓放大倍數(shù)為 10 39。固定輸出版本有 、 5V、 12V， 可調(diào)版本可以輸出小于 37V 的各種電壓。 4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在177。 4% 3) 輸出線性好且負(fù)載可調(diào)節(jié) 4) 輸出電流可高達(dá) 3A 5) 輸入電壓可高達(dá) 40V 6) 采用 150KHz 的內(nèi)部振蕩頻率，屬于第二代開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，功耗小、效率高 7) 低功耗待機(jī)模式， IQ 的典型值為 80μ A 13 8) TTL 斷電能力 9) 具有過熱保護(hù)和限流保護(hù)功能 10) 封裝形式： TO220（ T）和 TO263（ S） 11) 外圍電路簡(jiǎn)單，僅需 4 個(gè)外接元件， 且使用容易購買的標(biāo)準(zhǔn)電感 LM2596 的引腳及主 要性能參數(shù) 圖 LM2596引腳圖 圖 為 LM2596 的引腳圖，每個(gè)引腳的極限參數(shù)如下： 1) 1號(hào)管腳為 VCC，最大電源電壓為 45V。 5) 5號(hào)管腳為 ON/OFF 腳，所能承受的控制電壓為 。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。 15 圖 TL431功能模塊 由圖可以看到， VI 是一個(gè)內(nèi)部的 基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。能夠顯示、時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)，是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，就能顯示一組穩(wěn)定的數(shù)據(jù) 。將高電平用“ 1”表示，低電平用“ 0”表示，那么發(fā)光二極管 ADP 的電平可以用一個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)表示，這個(gè)二進(jìn)制數(shù)就叫做發(fā)光二極管的段碼。所謂移位功能，是指寄存器里存儲(chǔ)的的代碼能夠在移位脈沖的作用下依次左移或右移。 74LS164 的引腳及級(jí)聯(lián) 74ls164 芯片為十四管腳芯片， 2 號(hào)管腳為串行輸入端， 3～ 6和 10～ 13 號(hào)管腳為并行輸出端， 7號(hào)管腳為接地， 8 號(hào)管腳為時(shí)鐘信號(hào)端， 9號(hào)管腳為控制管腳，高電平為開啟， 14 號(hào)管腳為電源輸入。 20 第三章 基于 DSP 的交流采樣系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)方案 硬件電路設(shè)計(jì)思路 交流采樣系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下圖。 DSP 對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并通過算法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)結(jié)果驅(qū)動(dòng)顯示電路顯示出數(shù)據(jù)和判斷繼電保護(hù)電路是否應(yīng)該動(dòng)作。 電流互感器的參數(shù)為 5A/5mA，在電流互感器二次側(cè)用一個(gè) 470Ω的電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。此時(shí)信號(hào)為負(fù)最后，信號(hào)通過一個(gè)反相電路將被加法電路反相的信號(hào)再次反相。所以在元件的選用上，盡可能選用高精度元件，并減少使用可調(diào)元件的數(shù)量。 濾波電路元件的匹配。 跟隨電路 圖 跟隨電路設(shè)計(jì)圖 跟隨電路是從互感器輸出的信號(hào)進(jìn)入的第一級(jí)運(yùn)放電路。 二階低通有源濾波電路 信號(hào)從跟隨電路輸出后，就進(jìn)入濾波電路。 圖 二階有源低通濾波電路 圖中， R1=R2=450K R3=10K R4=10K C1=C2=1pF 二階有源低通濾波的傳遞函數(shù)為： 02020 11R C )(RC)3(1 ffQjffAjjAAUUA upuoupiu ??????? ）（????? （ 31） 式中11 RRA fup ?? ； RCf ?2 10 ? ；upAQ ??31 。 26 圖 運(yùn)用 TL431搭建的 5V穩(wěn)壓電路 圖中： R2=R3=10K。 圖 跳閘繼電器設(shè)計(jì)圖 當(dāng) DSP 通 過 I/O 口發(fā)出跳閘指令時(shí)繼電器應(yīng)該立即跳開切斷故障線路。當(dāng) DSP 的 I/O 口輸出的 高電平信號(hào)時(shí)，高電平信號(hào)從 A 進(jìn)入三極管，三極管導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)， I/O 口通過電阻與高電平相連。 28 圖 合閘按鈕設(shè)計(jì)圖 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示電路主要是為了顯示采集的電壓和電流信號(hào)的大小以及線路上的負(fù)載大小。 圖 74ls164級(jí)聯(lián)示意圖 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 本次軟件設(shè)計(jì)主要由鍵盤輸入程序、 LCD 液晶顯示程序、 AD 采樣程序、通信程序構(gòu)成。主程序主要是調(diào) 29 用初始化子程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行初始化，并啟動(dòng)系統(tǒng)中使用的定時(shí)器，然后進(jìn)入循環(huán)體，查詢鍵盤狀態(tài)和調(diào)用顯示子程序并等待系統(tǒng)中斷。最后由 LCD 顯示 ?cI 、 ?rI ，返回主程序循環(huán)執(zhí)行。經(jīng)過試驗(yàn)，變比為 1/133，與設(shè)計(jì)值1/ 相近，滿足設(shè)計(jì)要求。再將波形調(diào)為最大值為 ，最小值為 的正弦波，然后通過示波器觀測(cè)其輸出端的波形。首先將四根連線連入 DSP，在程序中輸入指令讓數(shù)碼管顯示十個(gè)“ 8”，檢查焊點(diǎn)是否出現(xiàn)虛焊、漏焊。 合閘按鈕部分的調(diào)試：將萬用表調(diào)至 20V 直流檔，一個(gè)表筆接地，另一個(gè)表筆接到信號(hào)輸出端。 在改進(jìn)之前，當(dāng)時(shí)偏置電壓是由 LM2596adj 提供的，并且運(yùn)放的設(shè)計(jì)偏置電壓為。 由于 DSP 的 A/D 的輸入電壓的范圍為 03V，最初在設(shè)計(jì)運(yùn)放各級(jí)的電壓時(shí)，并沒有考慮到干擾信號(hào)，運(yùn)放的輸入電壓最大值被限定為177。 5v，再經(jīng)過偏置電路，成為 0～ 10v，最后經(jīng)過反相電路，將信號(hào)反相并將電壓信號(hào)縮減為 03v，然后送入 A/D 芯片進(jìn)行采樣。 設(shè)計(jì)結(jié)果證明了采用 DSP 進(jìn)行交流采樣的可行性。在整體系統(tǒng)功能的擴(kuò)展上，還可以增加 CAN 總線 控制，可以通過 CAN 總線接受外來信號(hào)的控制，也可以將采樣結(jié)果向外輸出，以實(shí)現(xiàn)更加完善的繼電保護(hù)功能。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9 wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE%amp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNu KNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^G89Am UE9aQGn8xp$Ramp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。由于對(duì) CAN 總線的軟硬件了解都不多，如果要加入此功能，就有待于在以后的工作中加緊學(xué)習(xí)多作總結(jié)。由于時(shí)間、經(jīng)驗(yàn)和成本的限制，對(duì)采樣精度的的控制和對(duì)外通信上還存在著一些問題。 32 結(jié) 束 語 本文介紹了基于 DSP 的交流采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,通過 DSP 芯片內(nèi)的 A/D 模塊對(duì)運(yùn)放輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣，通過實(shí)驗(yàn)板上的 I/O 口對(duì)顯示電路和動(dòng)作電路進(jìn)行控制，而且描述了其工作 原理、設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法。我們將運(yùn)放電路的最大 輸入電壓設(shè)置為177。開始 C1和 C2采用的是耐壓值為 16v 的電容，用示波器觀測(cè)得，平均電壓為 ，但是峰峰值電壓卻達(dá)到了 250mv300mv，電壓紋波達(dá)到了 15%20%，嚴(yán)重影響了采樣的精度。 31 調(diào)試過程中存在的問題及解決方法 在電路的調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)電路有兩處不合理的設(shè)計(jì)。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)顯示電路可以正常工作。 由于電子元件產(chǎn)生的誤差將在程序中給予矯正。 將信號(hào)發(fā)生器接入運(yùn)放電路的輸入端，將示波器接到運(yùn)放的輸出端。 采樣電路的調(diào)試 將采樣電路分為兩個(gè)部分分別調(diào)試。在串行口中斷中，主要完成與主機(jī)的信息傳送與顯示工作。主程序模塊主要包括鍵盤掃描模塊和顯示模塊。選擇使用 74ls164 移位寄存器作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片。當(dāng)開關(guān)被按下時(shí)，線路中產(chǎn)生電流，電流從高電平點(diǎn)流出，通過電阻和開關(guān)，流入接地點(diǎn)。 合閘電路的設(shè)計(jì) 合閘電路由一個(gè)上拉電阻和一個(gè)開關(guān)組成。三極管 C級(jí)接 5V電源， B 級(jí)接 DSP 信號(hào)， E接繼電器線圈的一個(gè)管腳。 LM2596 5V 電源的設(shè)計(jì) 圖 LM2596 5V電源設(shè)計(jì)圖 圖中： C1=680μ F C2=220μ F L=33μ H 二極管： IN5824 電路搭建完成后，輸入 12V 電壓，通過示波器可觀察到電路輸出電壓為 5V,峰峰值電 27