【正文】 這個計時計數(shù)器在每個時鐘周期結束后減 l，每當計數(shù)器置 0時就會產(chǎn)生一個定時中斷 。如果 MP/ MC 弓 l腳為低電平，程序從內(nèi)部 ROM的 OFF80H 單元開始執(zhí)行，這個單元存有轉(zhuǎn)移到引導程序開始處狗轉(zhuǎn) 移指令。 （ 5）多處理單元可以在一個指令周期內(nèi)同時進行運算，而這種結構恰好滿足了數(shù)字信號處理中的一些特殊要求如 FIR, IIR, FFT 等運算。數(shù)字濾波就是這種情況。 6. DSP 芯片的功耗 在某些 DSP 應用場合，功耗也是一個需要特別注意的問題。如 TMS320C40 的運算能力為 275MOPS； (6)MFLOPS:即每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。 A/ D 完成電壓和電流信號的采集， DSP 完成對采集到的信號進行 FFT 變換和其它相關的數(shù)學運算，充分發(fā)揮其運算能力強的特長。但置亂是有一定規(guī)律的，這個規(guī)律 就是所謂的“碼位倒序”，或稱“比特反轉(zhuǎn)”。這個過程叫做組合。 經(jīng)上述運算后，即可得到實際信號等間隔的 !28 點采樣值?，F(xiàn)在由于計算機計算能力的提高，考慮到電力系統(tǒng)頻率變化較為緩慢的特點，可以用軟件頻率跟蹤代替硬件的頻率跟蹤。如果無限求和對全部。電力系 統(tǒng)諧波含量小、頻率高、變化因素多且頻繁，主要分兩種變化 : (1)隨機性的變化，為小周期、短間隔的不規(guī)則性變化，反映出諧波為隨機變量的特征。 得電流的有效值為： ?? ?? ??? 1210 0 )]s in (2[1n nnT dttnIITI ?? ????? 1220n nUI （ ）同理得： ????? 1220n nUUU （ ） 有功功率的計算 又因任意波形的周期性交流電路的有功功率取決于一周期內(nèi)的平均功率： ?? TuidtTp01 （ ） 所以有： 攀枝花學院畢業(yè) 設計（論文） dttnIItnUUTP n nT n nn ?????? ????????? ??? ?? ? ???? 1 1000 1 10 )s i n (2)s i n (21 ???? （ ） 又因為不同頻率正弦波瞬時值的乘積在一周內(nèi)的平均值等于零，經(jīng)積分后得： ????? 100 )s in (N nnn IUIUP ? 式中： nnn ??? ?? （ ） 這就是說，非正弦周期分量的平均功率等于恒定功率分量與各次諧波構成的平均功率之和，即僅有同頻率的電壓和電流才構成有功功率，而不同頻率的電壓和電流則不構成有功功率。包括并行口，串行口， DMA 控制器和片內(nèi) I/O 口可以提高數(shù)據(jù)交換的速度，減少系統(tǒng)復雜性。DSPS 即 DSP 芯片制造商隨 DSP 芯片提供的應用系統(tǒng)的解決方案。凡是用數(shù)字方式對信號進行濾波、變換、增強、壓縮、估計和識別等都是數(shù)字信號處理的研究對象。研制一種新型的諧波監(jiān)測裝置、有效的進行諧波的監(jiān)測，對于保證電力系統(tǒng)運行的安全性，經(jīng)濟性和可靠性都具有重要意義。 波形畸變是指交流電力系統(tǒng)中電壓或電流波形偏離了正弦波。 然后，介紹了諧波的基本概念 、 衡量指標和數(shù)學分析方法。 電力系統(tǒng)的標準頻率為 50Hz，俗稱工頻，電力系統(tǒng)標稱頻率應與工業(yè)設備工作頻率一致，如頻率偏離正常值，將對用戶產(chǎn)生嚴重的影響。 (3)是面向電力市場、適應競爭機制強有力的手段。高速數(shù)字信號處理技術的發(fā)展及其制造成本的降低，使數(shù)字信號處理技術在電力系統(tǒng)的各個研究領域得到了廣泛的應用，人們己經(jīng)開始將 DSP技術應用于某些電力產(chǎn)品的開發(fā)研制中。 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。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。 本設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。 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。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。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。 (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。 (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。 (4)產(chǎn)生最后的 N點復數(shù) FFT 結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點復數(shù)FFT 結果。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。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。如果沒有開發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個復雜的 DSP 系統(tǒng)幾乎是不可能的。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。 （ 2）內(nèi)部多總線結構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。在標準的 C54xx 的片內(nèi) ROM 中有一個引導程序 BOOTLOAD 程序和中斷向量表。 (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。它可以由內(nèi)部的晶振或外部的時鐘源驅(qū)動。為攀枝花學院畢業(yè) 設計（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。 （ 8）最新的靜態(tài)設計技術使得芯片具有更低的功耗和更強的輻射能力。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。 除了上述因素外，選擇 DSP 芯片還應考慮到封裝的形式、質(zhì)量標準、供貨情況、生命周期等。 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。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)應用程序。 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)。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。由于 DFT的計算量很大，所以在很長的一段時間內(nèi)其應用受到了很大的限制。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。 (2)信號的傅立葉表示 由上面的證明可知，用傅立葉變換的方法可把電壓、電流分解成基波和無數(shù)高次諧波之和的三 角級數(shù) : ?? ????????? )s in ()2s in ()s in ()( 22110 nn tnAtAtAatf ?????? = )s in (10 nn n tnAa ?? ?? ??? = )s inc os(1 00 tnbtnaa nn ?? ?? ??? () 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)。 實際電網(wǎng)中有時存在一些頻率不是基波頻率整數(shù)倍的正弦分量，其中又稱為分數(shù)次諧波和間諧波 (fractionalharmonics 和 interharmonics)的 :低于工頻的間諧波又稱為次諧波 (subharmonics)?？墒窃诜钦仪闆r下，按“式（ ）”計算時，由于 n? 可以在四個象限內(nèi)， )sin( nnnIU ? 可能是正，也可能是負，所以各次 nQ 可能互相抵消，甚至出現(xiàn)為零 。開發(fā)手段更先進，批量生產(chǎn)測試更方便，開發(fā)工具可實現(xiàn)全空間仿真，不占用用戶資源。 目前在硬件結構上， DSP 相比于單片機有如下優(yōu)點 : (1)采用多總線結構。 60年代和 70年代是數(shù)字信號處理技術的理論研究階段，具有代表性的著作是美國兩位著名教授 和 合寫了“ Digital Signal Processing。 (2)電力系統(tǒng)中最常用微處理器包括 51 系列和 %系列等控制型器件，但隨著電力系統(tǒng)對實時性、數(shù)據(jù)量和計算要求的不斷提高，這些器件在計算能力方面已不能很好地滿足電力系統(tǒng)的要求，致使電力系統(tǒng)測量的高精度性、實時監(jiān)控性和先進算法的運用受到了限制。 在我國，隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，電氣化鐵道的發(fā)展，化工、冶金、煤炭等工業(yè)部門中電力佳子技術的大量應用和國外的先進設備的引進，以及節(jié)能中電力電子技術的應用，在帶來技術經(jīng)濟上一系列效益的同時，也使電網(wǎng)的諧波含量大大增加，電 網(wǎng)波形畸變越來越嚴重，這就是所謂的電網(wǎng)諧波污染。 硬件設計方面，根據(jù)電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和處理的實際特點，設計信號的多通道同時采樣， A/D 和 DSP 芯片的處理速度快的優(yōu)勢，滿足了實時性的要求。以往各國都以頻率和電壓維持與額定值的偏差不超過規(guī)定的允許范圍作為衡量電能質(zhì)量的標準。 (7)干擾鄰近的通信線路和鐵道信號線路的正常工作。 在數(shù)字信號處理芯片沒有得到廣泛應用之前，傳統(tǒng)上常采用常規(guī)的單片機進行應用系統(tǒng)設計，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。以 DSP 作為主要元件，加上外圍設備和特定功能單元組成合成的單一芯片的技術，加速了 DSP 技術的發(fā)展。而 DSP 是在執(zhí)行了本指令的同時，即對下面幾條指令依次進行取操作數(shù)、譯碼、取指令等而重疊操作，加快了運算速度。 (3)進行基于 DSP 的硬件電路設計，并進行相關的軟件設計。于是引入畸變功率 D ,使得： 2222 DQPS ??? （ ） 或者 222 QPSD ??? （ ） 若令： 2221 D ?? （ ） 則 ： 攀枝花學院畢業(yè) 設計（論文） 2122 QPS ?? （ ） 我們稱 1Q 為廣義無功功率?！笆?()是一個綜合公式，稱傅立葉反變換。把“式 ()”進行離散化，便得到由時間序列 ??nF 計算復數(shù)頻譜序列的離散傅立葉變換式 (DFT): ????? 1021 NkknNjkn efNF ? n=0， 1， 2， 3? ， N1 （ ）如令上式中 NNj We ?? ?2 ， 則： knNNk kn WfNF ????101 （ ） 寫成向量形式： WfF? （ ） 式中： F— 稱為變換列向量； W— 稱為系數(shù)矩陣； f — 維列向量，表示離散信號序列。 (2)正向過零點的尋找 選定的 AID 轉(zhuǎn)換器為 16位， A/ D 的編碼方式為二進制補碼，轉(zhuǎn)換后其取值范圍 Dx 1000— Ox7FFF。 基 2 實數(shù) FFT算法的實現(xiàn) 。另外前 2級由于旋轉(zhuǎn)因子簡單，故采用傳統(tǒng)的組合運