【正文】 () 式中 : 0a — 直流分量 ； nA 和 n? — n 次諧波的幅值和初相角 ； na 和 nb — n 次諧波的余弦項系數(shù)和正弦項系數(shù)。 當已知 N個時域抽樣值時，如果直接按“式 ()”計算 N的頻率分量，需要進行 N2次復(fù)數(shù)乘法運算和 N(N1)次復(fù)數(shù)加法運算。頻率的軟件跟蹤大大地簡化 了硬件電路，但是與硬件跟蹤相比，它的實時性比較差。因此信號的“過零點”為。由于 DFT的計算量很大，所以在很長的一段時間內(nèi)其應(yīng)用受到了很大的限制。 由于 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)都是實數(shù)，而一般的 FFT程序中輸入數(shù)據(jù)都是些復(fù)數(shù)。位倒序?qū)ぶ反蟠蟮靥岣吡?FFT 算法的執(zhí)行速度和在程序中使用存儲器的效率。從第 3級起開始使用循環(huán)法，根據(jù) FFT 原位計算的特性，每次循環(huán)通過改變算子和旋轉(zhuǎn)因子的步長，利用 DSP 匯編語言中簡便的間接尋址指令規(guī)律找到算子和因子值，有效的實現(xiàn)蝶形運算。 注意到，對于 8 點 FFT，只需用三位二進制代碼來標注整個數(shù)據(jù)。作為一個電力諧波測量裝置，一般應(yīng)具有這樣幾種功能 :能夠在任何時刻對電力信號進行數(shù)據(jù)采樣 :能夠快速準確的分析各種包括電壓、電流在內(nèi)的電力基本參量 :能夠比較直觀的顯示分析結(jié)果。該板提供低功耗的、標準的、獨立的 C54系列開發(fā)平臺，允許用戶為 C54 XX系列 DSP 評估和開發(fā)應(yīng)用程序。 DNil 芯片的運算速度可以用以下幾種性能指標來衡量 : (1)指令周期 :即執(zhí)行一條指令所需的時間，通常以 us(納秒 )為單位。 2. DSP 芯片的價格 DSP 芯片的價格也是選擇 DSP 芯片所需考慮的一個重要因素。浮點芯片的字長一般為 32 位，累加器為 40位。 除了上述因素外，選擇 DSP 芯片還應(yīng)考慮到封裝的形式、質(zhì)量標準、供貨情況、生命周期等。 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)的運算量是確定選用處理能力為多大的 DSP 芯片的基礎(chǔ)。如果采樣頻率為 8kHz，即樣點之間的間隔為 125 s? ,DSP 芯片的 MAC 周期為 200ns，則 76MAC 周期需要 s? 的時間，顯然無法實時處理，需要選用速度更高的 DSP 芯片。 TMS320C54xx 具有以下硬件優(yōu)點 (1)圍繞 1組程序總線、 3組數(shù)據(jù)總線和 4組地址總線建立的改進型哈佛結(jié)構(gòu)，解決了馮 （ 8）最新的靜態(tài)設(shè)計技術(shù)使得芯片具有更低的功耗和更強的輻射能力。所有的C54xx 芯片都包括隨機訪問存儲器 (RAM)和只讀存儲器 (ROM)。為攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 了便于管理，片內(nèi) RAM 分成幾個部分，可以分別用來保存數(shù)據(jù)或程序，片內(nèi) RAM優(yōu)先用來存儲數(shù)據(jù)值，但也可以映射到程序空間來存儲程序代碼。根據(jù) /BIO 輸入的狀態(tài)來執(zhí)行一個轉(zhuǎn)移，對時間要求很嚴格的循環(huán)，而且不能被外部終端所打斷的時候，可以用 /BIO 腳代替中斷與外圍設(shè)備相連。它可以由內(nèi)部的晶振或外部的時鐘源驅(qū)動。 (5)串口 各種 C54xx 芯片配有不同的串口，但總的來說分為 3 種類型 :同步、緩沖和時分多路 (TDM)。 (2)主機接口 主機接口 (HPI)是一個 8bit或 16bit 的并口，提供 C54xx 與主處理機的接口。每個機器周期可以對它進行兩次存取， CPU 和外設(shè)，如緩沖串口 ((BSP)和主機接口 (HPI)可以 在一周期中同時對它進行讀和寫，所以存取速度得到了很大的提高。在標準的 C54xx 的片內(nèi) ROM 中有一個引導(dǎo)程序 BOOTLOAD 程序和中斷向量表。兩個 40bit的累加器 (ACC 和 ACCB)。 （ 2）內(nèi)部多總線結(jié)構(gòu)保證在一個機器周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。例如，中低速語音編碼算法通常以 1Oms 或 20ms 為一幀，每隔 1 VMS 或 20ms 語音編碼算法循環(huán)一次。相反，運算量大的 DSP 系統(tǒng)則必須選用處理能力強的 DSP芯片、如果 DSP 芯片的處理能力達不到系統(tǒng)要求，則必須用多個 DSP 芯片并行處理。有些 DSP 系統(tǒng)可能最終要求的是工業(yè)級或軍用級標準，在選擇時就需要注意到所選的芯片是否有工業(yè)級或軍用級的同類產(chǎn)品。如果沒有開發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個復(fù)雜的 DSP 系統(tǒng)幾乎是不可能的。因此根據(jù)實際系統(tǒng)的應(yīng)用情況，需確定一個價格適中的 DSP 芯片。大部 分 DSP 芯片可在一個指令周期內(nèi)完成一次乘法和加法操作，如 TMS320LC54980的 MAC時間就是 ； (3) FFT 執(zhí)行時間 :即運行一個 N點 FFT 程序所需的時間。 .16 位音頻接口，可以連接麥克風(fēng)和揚聲器 .與 PC 機之間為標準并行接口， TMS320C5402 可以通過 HPI 接口與 PC 機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 .豐富的 I/O 外設(shè) .擴展接口用于擴展存儲器和子板 DSP部分 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成 DSP 芯片的選擇依據(jù) 設(shè)計 DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇 DSP 芯片是非常重要的一個環(huán)節(jié)。但是由于單片機的計算 能力不強，比如在運行一些數(shù)字信號處理的基本算法時就呈現(xiàn)出劣勢，比如說在實現(xiàn) 64點以上的 FFT 算法時，會出現(xiàn)計算速度慢的特點，往往不能滿足實時性的要求。則用二進制形式書寫它們的對應(yīng)關(guān)系，可得 : ]110[]011[]010[]010[]100[]001[]000[]000[fFfFfFfF???? [100] [001][101] [101][110] [011][111] [111]FfFfFfFf???? () 若 ),( 012 nnn 為序列 x[n]中標號的二進制表示，則序列值 ),( 012 nnnf 存放在數(shù)列 ),( 012 nnnF 的位置上。 (4)產(chǎn)生最后的 N點復(fù)數(shù) FFT 結(jié)果并求出信號的功率 我 們可以通過信號分析的理論知識，分離 FFT 輸出為相關(guān)的四個序列 :RP, RM, IP和 IM，即偶實數(shù)、奇實數(shù)、偶虛數(shù)和奇虛數(shù)四部分， 即可產(chǎn)生最后 N點復(fù)數(shù)FFT 結(jié)果。當使用位倒序?qū)ぶ钒?ARO 加到輔 助寄 存器中時，地址以位倒序的方式產(chǎn)生，即進位是從左向右，而不是從右 左。 (1)輸入數(shù)據(jù)的組合和位倒序 把輸入序列作位倒序，為了在整個運算最后的輸出中得到的序列是自然順序。 FFT 算法可以分為時間抽取 FFT 和頻率抽取 FFT 兩大類。 (3)實際 128 點采樣值 nA 計算 為保證 FFT 的基 2算法，需要對按理想采樣間隔采樣得到的值進行處理。這里采用了一種新的采樣計算方法。按照這種方式進行計算，當 N值較大時， CPU很難實現(xiàn)實時處理。設(shè)周期性時間連續(xù)信號 )(tf ，在周期 T內(nèi)插入 N 個等間隔采樣點 k=0, 1, 2,?， N 1，則采樣間隔即采樣 周期 NTt?? 。它用來分析該序列 ][nf ，以確定利用“式 (()”來綜合 ][nf時每一頻率分量需要占多少份量。但在電網(wǎng)中主要存在整數(shù)次諧波，它可以根 據(jù)周期性波形，用傅立葉級數(shù)分解得到，本文主要論述的就是這類諧波。 功率因數(shù)的計算 在非正弦波的情況下，難以用電壓和 電流的相位差這個概念來表述功率因數(shù)，這時可以用功率關(guān)系來定義功率因數(shù) : 222c os DQPP ???? （ ） 其中 :? 不再是基波或任何一系諧波電壓和電流的相位差。 Q 只是表明由于各次諧波電壓和電流存在相位差而產(chǎn)生的無功功率的總和。 本設(shè)計將進一步推進電力系統(tǒng)的自動化水平，真正做到實時的諧波分析，便于電力系統(tǒng)管理人員正確掌握配電網(wǎng)的電能質(zhì)量情況， 方便地控制各線的負荷情況，實現(xiàn)計劃用電、合理配電。同時，實時數(shù)字信號處理技術(shù)集中了數(shù)字信號處理理論和方法、計算機科學(xué)與技術(shù)和集成電路技術(shù)等多個領(lǐng)域的最新成果。雖然某些單片機也集成有硬件乘法器，但缺少其它硬件支持，所以它仍是單片機，其性能還不能與 DNF 相比。 (2)采用多個處理單元。 1997年 2月 TI公司宣布具有 1600MIPS速度的新一代數(shù)字信號處理器 TMS320C6x 進入市揚。當時的 DSP 系統(tǒng)由分離元件組成，主要應(yīng)用于醫(yī)療電子、生物電于和應(yīng) 用地球物理等領(lǐng)域。高速數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展及其制造成本的降低，使數(shù)字信號處理技術(shù)在電力系統(tǒng)的各個研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，人們己經(jīng)開始將 DSP技術(shù)應(yīng)用于某些電力產(chǎn)品的開發(fā)研制中。 (4)有的產(chǎn)品沒有通訊和控制輸出功能，不滿足電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、自動化的發(fā)展方向。 (3)是面向電力市場、適應(yīng)競爭機制強有力的手段。歸納起來其主要危害有 : (1)產(chǎn)生附加損耗，增加設(shè)備溫度 。 電力系統(tǒng)的標準頻率為 50Hz，俗稱工頻，電力系統(tǒng)標稱頻率應(yīng)與工業(yè)設(shè)備工作頻率一致，如頻率偏離正常值，將對用戶產(chǎn)生嚴重的影響。論文中還詳細分析了信號的采樣問題。 然后，介紹了諧波的基本概念 、 衡量指標和數(shù)學(xué)分析方法。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)字信號處理器（ DSP），諧波， McBSP 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） Abstract By loking back on the present situations of the electric harmonic monitoring equipments, the prospect of the pracitical appliication of Digital Signal Processor (DSP) in the electric power system is discussed in this paper. This paper briefly analyzes the concepts of harmonic and then proposes the hardware structure made up of AD73360 (A/D) and TMS320C5420 (DSP) at the demand of practical applications of power department. The design of both hardware and software is finished. A realtime highspeed multichannel, synchronous data sampling and processing system is designed based on DSP. AD73360 is directly connected to Multichannel Buffered Serial Port (McBSP which is a kind of sixwired synchronous serial port) on DSP for data exchange. The sampled voltage and current signals are harmonic analyzed by DSP using the fast Fourier transform (FFT) algorithm. Some considerations conceming about the signal samnling are also discussed.. The equipment can provide highspeed signal sampling and realtime harmonic analysis. keywords: DSP (Digital Signal Processor), Harmonic, McBSP (Multichannel Buffered Serial Port) 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 目 錄 摘 要 ?????????????????????????????????Ⅰ ABSTRACT???????????????????????????????? Ⅱ 1 緒論 ??????????????????????????????????? 1 問題的提出 ??????????????????????????????? 1 ????????????????????????? ??????????????????????????? ??? ????????????????????????????? 2 電能質(zhì)量參數(shù)的測量和計算公式 ?????????????????????? ???????????????????????????????? ??????????????????????????? ??????????????????????????? ??????????????????????????? 的計算 ??????????????????????????? ?????????????????????????????? ???????