【正文】 鎖相環(huán)電路能使時(shí)鐘源乘以一個(gè)特定的系數(shù)，來(lái)得到一個(gè)比內(nèi)部 CPU 時(shí)鐘低的時(shí)鐘源。 XF用于發(fā)信號(hào)給外部設(shè)備，通過(guò)軟件進(jìn)行控制。片內(nèi) RAM 又分為單口 SARAM 和雙口 DARAM 和雙口 DARAM 主要用于保存數(shù)據(jù)，需要時(shí)也可以保存程序。 (1)片內(nèi) ROM TMS320C5402 有 4K 的片上 ROM。 TMS320C54xx DSP 芯片的硬件結(jié)構(gòu) 總線(xiàn)結(jié)構(gòu)采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)， C54xx(即 TMS320C54xx，以下類(lèi)同 )的結(jié)構(gòu)是圍繞 8組主要的 l6bit 總線(xiàn) ((4 組程序 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)， 4組地址總線(xiàn) )建立的其內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)如下 : 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 圖 TMS320C54xx內(nèi)部硬件框圖 (CPU) C54xx芯片的 CPU包括 :一個(gè) 40bit的算術(shù)邏輯單元 (ALU)。諾伊曼 (VonNeumann)結(jié)構(gòu)中高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象。 （ 2） .按幀處理 有些數(shù)字信號(hào)處理算法不是每個(gè)輸入樣點(diǎn)循環(huán)一次，而是每隔一定的時(shí)間間隔 (通常稱(chēng)為幀 )循環(huán)一次。運(yùn)算量小則可以選用處理能力不是很強(qiáng)的 DSP芯片，從而可以降低系統(tǒng)成本。有的 DSP 芯片可能有 DIP, P GA, PLCC, PQFP 等多種封 裝形式。 芯片的開(kāi)發(fā)工具 在 DSP 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)工具是必不可少的。如果采用價(jià)格昂貴的 DSP 芯片，即使性能再高，其應(yīng)用范圍肯定會(huì)受到一定的限制，尤其是民用產(chǎn)品。如TMS320LC54980在主頻為 80M Hz 時(shí)的指令周期為 115ns； 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） (2) MAC 時(shí)間 :即一次乘法加上一次加法的時(shí)間。板上有 : .1OOMHz TMS320C5402 DSP 處理器，運(yùn)算能力為 1OOMIP .128K*32 位外部 FLASH，可用于固化用戶(hù)程序，使該 DSK 成為一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng) .預(yù)留 1個(gè) DSP 多通道緩沖串口（ McBSP）， 1 組數(shù)據(jù)，地 址以及控制總線(xiàn)等二次開(kāi)發(fā)接口。 在數(shù)字信號(hào)處理芯片沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用之前，傳統(tǒng)上常采用常規(guī)的單片機(jī)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 ][lf 是自然序列的輸入列， ][lF 是因該的輸出列， 1=0,1,2, . . .,7。 (3)分離復(fù)數(shù) FFT 的輸出為奇部分和偶部分 。在這種尋址方式中， ARO 一存放的是 FFT點(diǎn)數(shù)的一半， AR2 一以位翻轉(zhuǎn)順序指向己處理的數(shù)據(jù)， AR3 一指向原始輸入數(shù)據(jù)。因此實(shí)數(shù)在 FFT 運(yùn)算前要進(jìn)行必要的處理，以便更好的提高 FFT 效率。而 FFT 算法是快速計(jì)算 DFT 的一種高效方法。要尋找信號(hào)的正向過(guò)零點(diǎn)，就須將 A/D 轉(zhuǎn)換值在從 OxFFFF 到 0x0001 變化時(shí)，可認(rèn)為找到正向過(guò)零點(diǎn)。但由于電力系統(tǒng)的頻率波動(dòng)主要受周期從 10秒到 3 分鐘的脈動(dòng)分量負(fù)荷及變化非常緩慢的持續(xù)分量的影響，因此采用軟件跟蹤的方法不會(huì)影響對(duì)電力信號(hào)的諧波分析。而每次復(fù)數(shù)乘法包括 4次實(shí)數(shù)乘法和兩次實(shí)數(shù)加法，每次復(fù)數(shù)加法又包括 2 次實(shí)數(shù)加法。 其相互關(guān)系為 : 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） ),sin( nnn Aa ?? ),cos( nnn Ab ?? （ ） 22 nnn baA ?? （ ) ? 0,0),180( 0? ??? nnn nnn bbaarcta bbaarctan? () 各次諧波的頻率己知，利用三角函數(shù)的正交性，即可由 ” 式 ()” 得到 0a , na 和 nb 的計(jì)算公式為 : ? ??? T tdtfdttfTa 0 200 )(21)(1 ? ??? () )(c os)()(1c os)(2020? ???Tn ttdntftft dtntfTa ? ?????? () )(s in)()(1s in)(2020? ???Tn ttdntftft dtntfTb ? ?????? （ ) 周期信號(hào)的采樣 對(duì)于連續(xù)信號(hào)用采樣裝置進(jìn)行等間隔采樣，并把采樣值依次轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列，然后借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速諧波分析?！笆?(()”，是由 ,An 計(jì)算 F(ejw)的表示式，稱(chēng)為傅立葉變換。在近代的交一交變頻器中還存在“旁頻”，即在整數(shù)次諧波附近的非整數(shù)次諧波。 D 是由于波形畸變，不同頻率的電壓和電流相互作用引起的。但電流中的無(wú)功分量卻不為零，也就是說(shuō)它不再有能量交換最大量度等物理意義了。 (5)結(jié)論。 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 采用數(shù)字系統(tǒng)完 成信號(hào)處理的任務(wù)，與傳統(tǒng)的模擬信號(hào)方法相比較，同時(shí)具有數(shù)字系統(tǒng)的一些共同優(yōu)點(diǎn)，如抗干擾性強(qiáng)，便于大規(guī)模集成、精度高、靈活性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)模擬系統(tǒng)很難達(dá)到的指標(biāo)或特性。 DSP 內(nèi)部均有硬件乘法器，使得乘法運(yùn)算在單周期指令內(nèi)即可完成。單片機(jī)是單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，取指令、取數(shù)據(jù)都是通過(guò)一條總線(xiàn)完成，因此必須分時(shí)操作，而 DSP 內(nèi)至少有四套總線(xiàn) :程序的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)以及數(shù)據(jù)的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，這樣，取指令和取數(shù)據(jù)就可同時(shí)進(jìn)行，提高了操作速度。 90 年代 DSP揭開(kāi)了 PC通信及消費(fèi)電子市場(chǎng)的新紀(jì)元。 70年代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)成為分析實(shí)際現(xiàn)象的有力工具。 近年來(lái)，集成電路技術(shù)和制造工藝的突飛猛進(jìn)，大大推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理方法和應(yīng)用的研究。 (3)有的產(chǎn)品雖然直接引進(jìn)了國(guó)外的技術(shù)模塊，功能較強(qiáng)，可是價(jià)格較高，且不完全適合我國(guó)市場(chǎng)。 (2)是提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體效益、用電效率 (節(jié)能、降損 )和改善電氣環(huán)境、以及工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保證。諧波對(duì)電力系統(tǒng)電磁環(huán)境的污染不僅危害系統(tǒng)本身的安全，而且對(duì)廣大電力用戶(hù)的危害面也十分廣泛。因此，三相電壓的不對(duì)稱(chēng)度、波形畸變以及電壓波動(dòng)和閃變也成為衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。 軟件算法方面，系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的快速傅立葉變換（ FFT），對(duì)采集的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。最后針對(duì)電力部門(mén)和實(shí)際應(yīng)用的需要，提出了以 AD73360 和數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320C5402 構(gòu)成的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想。理想的電壓應(yīng)該是幅值始終為額定植的三相對(duì)稱(chēng)正弦波電壓，但由于系統(tǒng)中存在阻抗和用電負(fù)荷的變化 、用電負(fù)荷性質(zhì)的不同等特點(diǎn)，造成了實(shí)際電壓在幅值、波形和對(duì)稱(chēng)上與理想電壓之間出現(xiàn)偏差。電力系統(tǒng)的波形即便并不是一個(gè)新的問(wèn)題。 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） (6)影響測(cè)量?jī)x表的精度，造成電能計(jì)量的誤差 。 近些年，我國(guó)也開(kāi)發(fā)了一些電力測(cè)控裝置和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，但在功能上，實(shí)用化方面均未達(dá)到理想效果，尤其是自動(dòng)化水平高、可靠性好、精度高以及功能強(qiáng)大的實(shí)用產(chǎn)品相對(duì)較少，而在諧波的分析方面也是如此。開(kāi)發(fā)實(shí)用、可靠性高并且能滿(mǎn)足精度要求的低成本產(chǎn)品，提高國(guó)內(nèi)測(cè)量裝置的自動(dòng)化水平，就成為一件具有重要意義的事情。 DSP 芯片專(zhuān)門(mén)用于完成實(shí)時(shí)數(shù)字信息處理的。到了 90 年代， DSP 技術(shù)有了’驚人的發(fā)展。它是以 DSP 為核心，配合先進(jìn)的混合信號(hào)電路、 ASIC 電路、軟件及開(kāi)發(fā)工具等集成在一起完整的參考方案。執(zhí)行一條指令往往分作取指令、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行等一系列步驟，單片機(jī)多是執(zhí)行完一條指令后，再取下一條指令 。 (7)具有滿(mǎn)足信號(hào)處理要求的一些特殊指令集，提高了 FFT 快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度。 (2)討論諧波的測(cè)量原理及分析方法。 無(wú)功功率的計(jì)算 仿照上述有功功率計(jì)算公式，可以定義無(wú)功功率為： )s in (11 nnn nn n IU ??? ???? ?? （ ） 我們知道，在正弦電路里無(wú)功功率表示電磁能量交換的最大值。 （ ） 因?yàn)?Q 只是同頻率電壓和電流存在相位差引起的無(wú)功功率的總和，而交換功率中尚包含有不同頻率電壓和電流引起的部分。 (2)規(guī)則性的變化，其大小隨諧波源負(fù)荷的大小和特點(diǎn)、系統(tǒng)的運(yùn)行方式等作大周期性的變化，例如諧波源負(fù)荷增大時(shí)，相應(yīng)的諧波電流或諧波電壓將隨著增大，在較大水平上作隨機(jī)變化。 (1)諧波分析的理論前提 很多序列都能表示為如下傅立葉積分的形式 : ??? ?? ?? ?? deeFnf njj )(21][ ()式中 )( ?jeF 由下式給出 : ????? ?? n njj enfeF ?? ][)( () “式 ()”和“式 ()”一起構(gòu)成序列的傅立葉表示。一致收斂，那么就能變換積分與求和次序得到 : )21]([][? )( ????? demfnf mnjm ?? ??????? () 對(duì)括號(hào)內(nèi)的積分可求得 : )( )s in (21 )( mn mnde mnj ????? ? ??? ?? ? （ ） =? nmnm??,1,0 = ][ mn?? 因此： ????? ??? m mfmnmfnf ][][][][? ? () 這樣就證明了我所需要的 。設(shè) NkTt? (采樣時(shí)間間隔NTdt? )， 則 knNNkTTntn ??? 22 ?? ， 將“式 () 、“式 ()”和“式() 中的積分號(hào)用累加號(hào)替代有 : )2c os (2)2c os (2 2010 knNfNNTknNfTa Nk kNk kn ?????? ????? )2s in (2)2s in (2 2010 knNfNNTknNfTb Nk kNk kn ?????? ????? （ ） 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 同理，對(duì)于周期性時(shí)間序列的傅立葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)形式，可由周期性連續(xù)時(shí)間函數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)形式通過(guò)類(lèi)比推導(dǎo)出來(lái)。尤其在設(shè)計(jì)便攜式數(shù)據(jù)采集與諧波分析儀時(shí)，要兼顧考慮儀器的體積和功耗，用軟件實(shí)現(xiàn)的頻率跟蹤就更有優(yōu)勢(shì)。這 樣只要被測(cè)信號(hào)頻率低于 62 Hz，這 160點(diǎn)數(shù)據(jù)中就包含了被測(cè)信號(hào)的一個(gè)完整周期。 利用快速 FFT算法進(jìn)行頻譜分析 傅立葉變換是一種將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域的變換形式，是信號(hào)處理領(lǐng)域中的重要的分析工具。計(jì)算2Nk? 到 1?N 時(shí)的 )(kF 可以利用 kNNkN WW ??? 2 的特性，得 : )()()2( kZWkYNkF kN??? （ ） 式 () ”和“式 () ” 兩 式 分 別 用 來(lái) 計(jì) 算 20 Nk?? 和 . 12 ??? NkN 時(shí)的 )(kF ，以同樣的方式可以進(jìn)一步抽取，就可以得到 N/4的 DFT，重復(fù)這個(gè)抽取過(guò)程，就可以使 N點(diǎn)的 DFT 用一組 2點(diǎn)的 DFT 來(lái)計(jì)算。然后，復(fù)數(shù)序列經(jīng)過(guò)位倒序，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)中，標(biāo)記“ fft_data” 。的地址。也可以讓輸入序列按自然順序排列，則輸出序列就是按碼位倒序的順序排列的。例如，若 1024210 ??N ，則 10 48 57 62 202 ??N ，而 1024log 2 ?NN ，減少了不止兩個(gè)數(shù)量級(jí) !所以， 效果是很好的。 本次試驗(yàn)中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框架圖如下 : 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架圖 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 本次試驗(yàn)的硬件平臺(tái)是 數(shù)字信號(hào)仿真 DES320PPA。一般來(lái)說(shuō)，選擇 DSP 芯片時(shí)應(yīng)考慮到如下諸多因素。如 TMS320C31 在主頻為 40MHz 時(shí)的處理能力為 40MFLOS； (7) BOPS:即每秒執(zhí)行十億次操作。 4. DSP 芯片的運(yùn)算精度 一般的定點(diǎn) DSP 芯片的字長(zhǎng)為 16 位，如 TM320C54x 系列。如便攜式的 DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的 DSP 設(shè)備等都對(duì)功耗有特殊的要求。例如 TI 的 TMS320C2xx/C54x 系列屬于定點(diǎn) DSP芯片，低功耗和低成本是其主要的特點(diǎn)。在數(shù)字濾波器中，通常需要對(duì)每一個(gè)輸入樣點(diǎn)計(jì)算一次。因，只要語(yǔ)音編碼算法的運(yùn)算量不超過(guò) !60 萬(wàn)條指令，就可以在 TMS320LC54980 上實(shí)時(shí)運(yùn)行。 （ 6）尤為值得一提的是 TMS320C5402 的軟件特點(diǎn)， 7種有效靈活的尋址方式，僅為 lOns 的指令 執(zhí)行周期，還有一些特殊的運(yùn)算指令更好地滿(mǎn)足了數(shù)字信號(hào)處理