【正文】 12個(gè)用戶定義的軟件中斷USER1USER12和16個(gè)可屏蔽中斷(INT1}INT14, RTOSINT不II DLOGINT) o所有軟件中斷均屬十非屏蔽中斷。由于 CPU沒(méi)有足夠的中斷源來(lái)管理所有的片上外設(shè)中斷請(qǐng)求，所以在TMS320F28x系列DSP中設(shè)置了一個(gè)外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器(PIE)來(lái)管理片上外設(shè)和外部引腳引起的中斷請(qǐng)求。PIE中斷共有96個(gè)，被分為12個(gè)組，每組內(nèi)有8個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求，96個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)可記為INTx,y (x=1,2…12。y=1,2…8)。每個(gè)組輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)給CPU即PIE的輸出INTx(x=1,2…12)對(duì)應(yīng)CPU中斷輸入的INT1INT12。TMS320F28x系列DSP的96個(gè)可能的PIE中斷源中有45個(gè)被TMS320F2812使用，其余的被保留作以后的DSP器件使用。ADC、定時(shí)器、SCI編程等均以中斷方式進(jìn)行，可提高CPU利用率。TMS20F2812帶有兩個(gè)8選1多路切換器和雙采樣/保持器的12位ADC，模擬量輸入范圍為03V，最快轉(zhuǎn)換速率為80ns，選用I0kSPS采樣率，并采用EVA的定時(shí)器( ms)自動(dòng)觸發(fā)方式，可同時(shí)采樣4個(gè)通道，并采用每次轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷方式來(lái)紀(jì)錄采樣結(jié)果(右移4位)。 ADC轉(zhuǎn)換時(shí)，首先初始化DSP系統(tǒng)，然后設(shè)置PIE中斷矢量表，再初始化ADC模塊，接著將ADC中斷的入口地址裝入中斷矢量表并開(kāi)中斷，同時(shí)等待ADC中斷，最后在ADC中斷中讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，并用軟件啟動(dòng)下一次中斷。 TMS320F2812的ADC模塊是一個(gè)12位分辨率的、具有流水線結(jié)構(gòu)的模一數(shù)轉(zhuǎn)換器。此轉(zhuǎn)換器的模擬電路包括:前端模擬多路復(fù)用器（MDXa)、采樣一保持電路(S /H)、轉(zhuǎn)換核、電壓調(diào)節(jié)器以及其它模擬支持電路。數(shù)字電路包括:可編程轉(zhuǎn)換序列發(fā)生器、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器、模擬電路接口、設(shè)備外圍總線接口以及其它片上模塊接口等。1. ADC模塊的特點(diǎn)ADC模塊有16個(gè)通道，可配置為兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊以便為事件管理器A和B服務(wù)。兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊可以級(jí)聯(lián)組成一個(gè)16通道模塊。雖然有多個(gè)輸入通道和兩個(gè)序列器，但在ADC模塊中只有一個(gè)轉(zhuǎn)換器。 F2812的ADC模塊框圖Fig . F2812 of the ADC block diagram 兩個(gè)8通道模塊具有對(duì)一系列轉(zhuǎn)換和自動(dòng)序列化的能力，通過(guò)模擬多路復(fù)用器，每個(gè)模塊都可以選擇可用的8個(gè)通道中的任何一個(gè)通道。在級(jí)聯(lián)模式下，自動(dòng)序列發(fā)生器可作為一個(gè)單一的6通道序列發(fā)生器。在每個(gè)序列發(fā)生器上，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，已選擇的通道值就保存在各個(gè)通道的結(jié)果寄存器ADCRESULT中。2．TMS320F2812的ADC的外部接口 ADC模塊的輸入信號(hào)為:通過(guò)電壓和電流檢測(cè)電路，得到電網(wǎng)電流和電容器支路電流由電流互感器(CT)引入，Ifu電網(wǎng)電壓及電容器支路電壓由電壓互感器(PT)引入，經(jīng)前置電路放大、低通濾波(截止頻率為34kHz)、電平提升后，讓信n39。J的電平在F2812 A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電平ADCREFP（2V）和ADCREFM（1V）之間，基準(zhǔn)電平的兩個(gè)引腳需在其上接一個(gè)低ESR（）的10uF陶瓷旁路電容，另一端接至模擬地。該基準(zhǔn)電平必須保證相對(duì)穩(wěn)定，一般由專用芯片實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓、電流的同步采樣，將電網(wǎng)電壓、電流接在F2812不同的ADC引腳組上，而電容器支路電壓或電流用不同的通道與電網(wǎng)電壓或電網(wǎng)電流共用F2812的ADC模塊。采集得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，直接送入DSP的ADC接口，ADC將自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在相應(yīng)的結(jié)果寄存器中。等待下一步運(yùn)算處理。圖 TMS320F2812的ADC模塊的外部接 TMS320F2812 the ADC module is an external connection3,自動(dòng)轉(zhuǎn)換序列發(fā)生器的工作原理 ADC序列發(fā)生器由兩個(gè)獨(dú)立的8狀態(tài)序列發(fā)生器(SEQ1和SEQ2)組成，它們可以級(jí)聯(lián)成一個(gè)16狀態(tài)的序列發(fā)生器(SEQ)。單序列發(fā)生器(16狀態(tài)，級(jí)聯(lián))模式和雙序列發(fā)生器(兩個(gè)8狀態(tài)，分立)模式。 在兩種情況中，ADC都可以對(duì)一系列轉(zhuǎn)換進(jìn)行序列化。對(duì)十每個(gè)轉(zhuǎn)換，通過(guò)模擬多路開(kāi)關(guān)MUX，可選擇6個(gè)可用的輸入通道中的任何一路。轉(zhuǎn)換后，選擇通道的數(shù)字值保存在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果寄存器(ADCRESULT)中 (第一個(gè)結(jié)果保存在ADCRESULTO,第二個(gè)結(jié)果保存在ADCRESULT 1等)。還可能對(duì)同一個(gè)通道采樣多次，允許用戶執(zhí)行“過(guò)采樣”，其較傳統(tǒng)的單次采樣轉(zhuǎn)換結(jié)果提出了更多的方案。 ADC可以運(yùn)行在并發(fā)采樣模式或者序列采樣模式，對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)換(或并發(fā)采樣模式下的一對(duì)轉(zhuǎn)換)，當(dāng)前CONVxx位定義要采樣和轉(zhuǎn)換的引腳(或引腳對(duì))。每個(gè)序列轉(zhuǎn)換選擇的模擬輸入通道由CONVxx位域來(lái)定義，它們位于ADC輸入通道選擇序列控制寄存器(ADCCHSELSEQ)內(nèi)。CONVxx是一個(gè)4位的區(qū)域，對(duì)用十轉(zhuǎn)換的16通道中的任何一個(gè)通道進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)使用級(jí)聯(lián)方式的序列發(fā)生器時(shí)，由于在一個(gè)序列里的最大轉(zhuǎn)換數(shù)為16, 16個(gè)這樣的4位域(CONVOO}CONV15)可用并目‘可通過(guò)4個(gè)16位寄存器(ADCCHSELSEQ 1 }ADCCHSELSEQ4)擴(kuò)展。CONVxx位可以有0一15中的任何值。模擬通道可以依照想要的順序選擇，同一通道可以選擇多次。（1)誤差定義 常用的A/D轉(zhuǎn)換器主要存在:里主要討論失調(diào)誤差和增益誤差。失調(diào)誤差、增益誤差和線性誤差。這理想情況下，ADC模塊轉(zhuǎn)換方程為，式中x=輸入計(jì)算值=輸入電壓4095/3；y=輸入計(jì)數(shù)值。在實(shí)際中，A/D轉(zhuǎn)換模塊的各種誤差是不可避免的，這里定義具有增益誤差和失調(diào)誤差的ADC模塊的轉(zhuǎn)換方程為式中ma為實(shí)際增益b為失調(diào)誤差。F2812的ADC增益誤差一般在5%以內(nèi)，ma %以內(nèi)，即20b+20。(2)ADC校正 F2812的ADC轉(zhuǎn)換精度較差的主要原因是存在增益誤差和失調(diào)誤差，因此要提高轉(zhuǎn)換精度就必須對(duì)兩種誤差進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)十ADC模塊采取了如下方法對(duì)其進(jìn)行校正。 選用ADC的任意兩個(gè)通道作為參考輸入通道，并分別提供給它們已知的直流參考電壓作為輸入(兩個(gè)電壓不能相同)，通過(guò)讀取相應(yīng)的結(jié)果寄存器獲取轉(zhuǎn)換值，利用兩組輸入輸出值求得ADC模塊的校正增益和校正失調(diào)，然后利用這兩個(gè)值對(duì)其他通道的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高了ADC模塊轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確度。具體計(jì)算過(guò)程如下:獲取已知輸入?yún)⒖茧妷盒盘?hào)的轉(zhuǎn)換值和；利用方程及已知的參考值和計(jì)算實(shí)際增益及失調(diào)誤差:實(shí)際增益；失調(diào)誤差； 定義輸入，則由方程得: 校正增益校正失調(diào) 將所求的校正增益及校正失調(diào)應(yīng)用于其他測(cè)量通道，對(duì)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校正。 上述即為實(shí)現(xiàn)ADC校正的全過(guò)程，通過(guò)使用這種方法，ADC的轉(zhuǎn)換精度有很大提高。由于這種方法是通過(guò)某個(gè)通道的誤差去修正其他通道的誤差，因此要采用這種方法，必須保證通道間具有較小的通道誤差。對(duì)F2812ADC轉(zhuǎn)換模塊，%以內(nèi)，所以可以采用這種方法對(duì)其進(jìn)行校正。 TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制器硬件電路主要由檢測(cè)、控制、執(zhí)行以及電源四部分組成。檢測(cè)部分主要是對(duì)負(fù)載的電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，并將其參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制單元所能接受的信號(hào)。控制單元由DSP完成對(duì)電壓和電流值的計(jì)算，再根據(jù)控制補(bǔ)償規(guī)則，作出投切決策并輸出投切指令。執(zhí)行單元接到指令后，通過(guò)晶閘管控制補(bǔ)償電容器的投切。 電網(wǎng)的電壓直接接入控制器(輸入線電壓≤660V )，電流經(jīng)電流互感器(輸入電流≤5A)接入控制器，信號(hào)調(diào)理部分將它們轉(zhuǎn)變?yōu)樾》档碾妷盒盘?hào)≤，經(jīng)過(guò)DSP的采樣、分析、計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果，結(jié)合投切策略，自動(dòng)控制FPGA進(jìn)行晶閘管投切電容器組，再將計(jì)算結(jié)果送到雙口RAM。同時(shí)DSP還負(fù)責(zé)電容器的保護(hù)電路控制。MCU負(fù)責(zé)將計(jì)算結(jié)果送到液晶顯示，同時(shí)掃描鍵盤(pán)。EEPROM記錄控制器重要參數(shù)的變動(dòng)。兩個(gè)CPU之間通過(guò)雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。硬件設(shè)計(jì)中難點(diǎn)有混合電平系統(tǒng)( 3. 3V與5V )、信號(hào)怎樣無(wú)誤反映原始電網(wǎng)信號(hào)、電容器過(guò)零無(wú)涌流投切、雙CPU (DSP與MCU)通訊的問(wèn)題，將眾多的功能模塊集成在有限的空間中等。: 系統(tǒng)硬件框圖 System hardware block diagram控制器的硬件按完成的功能主要由信號(hào)變換及調(diào)理模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、信號(hào)輸出模塊、電源模塊、AD采樣及信號(hào)處理模塊、鍵盤(pán)和液晶顯示模塊、通訊模塊、其它輔助模塊、邏輯電平轉(zhuǎn)換模塊等幾部分組成。 信號(hào)包括電壓和電流信號(hào)，原始電網(wǎng)的電流信號(hào)己經(jīng)通過(guò)一次電流互感器LMZ 1_ 0. 5型變?yōu)樾∮?A的電流信號(hào)，此電流信號(hào)不能直接為AD采集。所以使用0. 1級(jí)的TA200型將5A的信號(hào)變?yōu)楹涟布?jí)的電流信號(hào)，通過(guò)電阻取得小電壓信號(hào)，再把此電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)跟隨、放大、上拉變?yōu)锳D可以采樣的2. 5V2. 5V信號(hào)。其中第一級(jí)運(yùn)放起電壓跟隨作用。第二級(jí)運(yùn)放電路起到極性變換的作用，把雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛O性。第三個(gè)運(yùn)放起到低通濾波的作用，濾除信號(hào)的高頻干擾。電壓信號(hào)調(diào)理與電流信號(hào)類似。電網(wǎng)的電壓經(jīng)過(guò)電壓互感器NDK (BK) 。 voltage and current signal conditioning circuit AD采樣模塊 TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置需要采集的數(shù)據(jù)包括三相線路的電壓、電流共6個(gè)量(對(duì)于每條輸電線路)，但是MAX197不具備多通道同時(shí)采樣保持功能，在轉(zhuǎn)換時(shí)不能保證6個(gè)模擬量采樣時(shí)間的一致性，影響了諧波和無(wú)功分析的準(zhǔn)確性。 (采用20MHz有源晶體振蕩器作為外部時(shí)鐘)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制和分析，由于DSP需要對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)FFT變換，運(yùn)算比較復(fù)雜，所以最理想的采樣數(shù)據(jù)位數(shù)應(yīng)該為12位，留出4位作為運(yùn)算時(shí)的溢出保護(hù)位。而不需要在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中頻繁地進(jìn)行歸一化處理。由于12位精度的ADS7864具有6通道同時(shí)保持放大、適中的轉(zhuǎn)換速率與精度以及雙極性輸入等特點(diǎn)，非常適用于電網(wǎng)諧波分析儀的數(shù)據(jù)采集。 sampling module circuit 滿足理想的同步采樣電路的兩個(gè)條件:首先，信號(hào)周期和采樣周期存在整數(shù)倍的關(guān)系。其次是采樣點(diǎn)間的時(shí)間間隔保持一致性。當(dāng)信號(hào)周期與采樣周期不同或是采樣時(shí)間間隔不均勻時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。為了避免這種誤差，本裝置采用硬件實(shí)現(xiàn)同步采樣，也就是采樣鎖相環(huán)頻率倍增技術(shù)控制采樣定時(shí)和速率。鎖相同步采樣是由鎖相環(huán)加倍頻電路控制采樣芯片實(shí)現(xiàn)的，其核心是鎖相環(huán)。 該裝置選用單片集成鎖相環(huán)芯片CD4046和分頻計(jì)數(shù)器芯片CD4040實(shí)現(xiàn)鎖相倍頻功能。由于CD4046內(nèi)部集成了鑒相器和壓控振蕩器，環(huán)路增益高，環(huán)路的自由震蕩頻率和阻尼吸收可獨(dú)立設(shè)計(jì)，使用時(shí)外接低通濾波器便可形成鎖相環(huán)。CD4040作為同步采樣的分頻器，從相應(yīng)的引腳就可以得到64倍頻率的輸出，作為觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，同時(shí)用于頻率測(cè)量。 PLL synchronous sampling circuit 低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器直接接于電網(wǎng)，那么在電網(wǎng)中只能獲得220V或是380V的電壓，但是無(wú)功補(bǔ)償控制器整個(gè)系統(tǒng)的工作直流電源是+12V,12V,+5V和+。 其中+12V，12V既作為繼電器的工作驅(qū)動(dòng)電壓，又是整個(gè)控制系統(tǒng)的工作電能來(lái)源。+5V開(kāi)關(guān)電源模塊:作為MCU及各邏輯芯片的供電電源，同時(shí)提供液晶和DSP的輸入電源。+。要想獲得這四種不同的電壓，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下的電路。首先這四種不同的電壓是通過(guò)220V電壓供電，由變壓器輸出+12V，12V和+5V三種不同的電平信號(hào)。+12V和+5V的電壓分別是通過(guò)電源穩(wěn)壓塊7812和7805得到的，7812和7805都是三端穩(wěn)壓器為固定輸出直流正穩(wěn)壓器。 +12V和+5V電源產(chǎn)生模塊 +12 V and +5 V power generation module +，此芯片還有電平監(jiān)控的功能，RESET輸出200ms的低電平以重啟DSP。 DSP電源管理模塊 DSP Power Management Module 鍵盤(pán)是用來(lái)設(shè)置控制參數(shù)的，例如電壓的限值、功率因數(shù)等，即可以選擇手動(dòng)運(yùn)行方式也可以選擇自動(dòng)運(yùn)行方式。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的按鍵只有4個(gè)，因此，采用一個(gè)鍵對(duì)應(yīng)一條輸入位線的接法。四個(gè)鍵分別對(duì)應(yīng)增加，減少，確定，返回四個(gè)功能，通過(guò)這四個(gè)按鍵的組合，基本實(shí)現(xiàn)了菜單的操作，參數(shù)的輸入和輸出等功能。 液晶選用FYD128640420B型液晶屏幕作為顯示屏，是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶模塊。其分辨率為12864，內(nèi)置8192個(gè)1616點(diǎn)漢字和128個(gè)166點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào)，比較簡(jiǎn)單，液晶與MCU接線采用直接接口方式。 LCD and MCU connection Circuit 通訊包括控制器內(nèi)部DSP與MCU之間的通訊和控制器與PC間的通訊，分別用雙口RAM和MAX232完成。 1 CPU間通訊:DSP與MCU之間通過(guò)雙口RAM進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)交換。如果僅用一片DSP完成數(shù)據(jù)采集、分析計(jì)算、實(shí)時(shí)過(guò)程控制以及實(shí)時(shí)顯示等任務(wù)，會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)的控制時(shí)間，破壞了實(shí)時(shí)性。因此添加一片MCU負(fù)責(zé)一些實(shí)時(shí)性不高的工作，以減輕DSP的壓力，使DSP能夠?qū)Ｐ倪M(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，充分發(fā)揮了DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力。 雙口RAM使作用于同一個(gè)控制對(duì)象的DSP和MCU的聯(lián)系成為可能，它為DSP和MCU提供了兩路完全獨(dú)立的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，允許兩個(gè)CPU對(duì)雙口RAM進(jìn)行同時(shí)操作。具有兩套完全獨(dú)立的中斷邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU之間的握手控制信號(hào)。具有兩套獨(dú)立的“忙”邏輯，保證了兩個(gè)CPU同時(shí)對(duì)同一單元進(jìn)行讀/寫(xiě)操作的正確性，因而使用雙口RAM進(jìn)行通訊，具有簡(jiǎn)單、可靠的優(yōu)點(diǎn)。