【導(dǎo)讀】本系統(tǒng)應(yīng)用DSP制作交流采樣電路，使其實(shí)現(xiàn)高速、準(zhǔn)確的交流采樣，通過軟。件控制實(shí)現(xiàn)模擬微機(jī)保護(hù)跳閘功能。述設(shè)計(jì)，能夠完成對(duì)交流信號(hào)的采集、處理并將所需數(shù)值顯示出來。

　　

【正文】 作。當(dāng) I/O 口輸出低電平時(shí)，三極管斷開，繼電器觸點(diǎn)跳開。 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。如圖 所示，電阻與開關(guān)串聯(lián)，電阻的另一端接高電平，開關(guān)的另一端接低電平，電阻與開關(guān)之間的一條線接 I/O 口。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)， I/O 口通過電阻與高電平相連。由于沒有電流流過電阻，所以電阻的壓降為零， I/O口電平與高電平點(diǎn)相等。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)。電阻上的壓降為高電平點(diǎn)的電壓，此時(shí) A點(diǎn)的電勢(shì)與接地點(diǎn)相等，即為低電平。 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。綜合經(jīng)濟(jì)性和實(shí) 用性考慮選用數(shù)碼管顯示。選擇使用 74ls164 移位寄存器作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片。由于需要顯示三個(gè)值，總共需要用到十個(gè)數(shù)碼管，因?yàn)?164 芯片的可以通過移位功能將顯示信號(hào)傳遞下去，所以十個(gè)數(shù)碼管只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時(shí)鐘線就能被控制顯示出來，程序也不復(fù)雜。 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。整個(gè)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)包括主程序模塊，初始化子程序模塊和中斷服務(wù)程序模塊。主程序模塊主要包括鍵盤掃描模塊和顯示模塊。 初始化子程序模塊的功能主要是設(shè)置各個(gè)寄存器，使系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求正常工作，并對(duì)各種變量進(jìn)行初始化。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。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)優(yōu)先去執(zhí)行中斷服務(wù)程序 ,中斷服務(wù)程序模塊包括 A/D 采樣模塊、算法模塊及與 PC 機(jī)的串行通信模塊。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。其基本思路為：先通過鍵盤選擇是進(jìn)行通信還是測(cè)量，如果選擇通信則調(diào)用通信子程序?qū)⒈４嬖跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的計(jì)算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)； 如果選擇測(cè)量，則先通過鍵盤輸入所要選的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)類型并用 LCD 進(jìn)行顯示；在對(duì)零序電壓，零序電流進(jìn)行采集，利用均方根值法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出零序電流的有功分量和無功分量的有效值，再根據(jù)附加電阻測(cè)量絕緣阻抗的計(jì)算公式計(jì)算電阻 r 和電容 c 值，最后算出電網(wǎng)電容電流和電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻電流。最后由 LCD 顯示 ?cI 、 ?rI ，返回主程序循環(huán)執(zhí)行。 30 第四章 系統(tǒng)的硬件調(diào)試和系統(tǒng)測(cè)試 系統(tǒng)硬件的調(diào)試 硬件系統(tǒng)的調(diào) 試分為三個(gè)部分，第一是采樣電路的調(diào)試，第二是顯示電路的調(diào)試，第三是繼電保護(hù)電路的調(diào)試。 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。首先將電源輸入端插入插座，對(duì)比變壓器一次側(cè)與電壓互感器二次側(cè)的電壓值，得出其電壓變比。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。 將電流互感器的一次側(cè)接入低壓負(fù)載，運(yùn)用調(diào)壓器和滑動(dòng)變阻器調(diào)整一次側(cè)電流，檢查其線性度和飽和電流。 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。首先將波形發(fā)生器的波形調(diào)為 0v，調(diào)整偏置電壓，將 在示波器中觀測(cè)，使得波形穩(wěn)定在 。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。經(jīng)過試驗(yàn)，輸出波形為最大值為 ，最小值為 ，與設(shè)計(jì)值最大值為 ，最小值為 相近。 由于電子元件產(chǎn)生的誤差將在程序中給予矯正。 顯示電路的調(diào)試 顯示電路有四根對(duì)外接線，分別為信號(hào)、時(shí)鐘、 5v 電源、接地。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。然后修改程序程序，讓數(shù)碼管顯示“ 09”十個(gè)數(shù)字 ，檢查數(shù)碼管段碼是否有錯(cuò)。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)顯示電路可以正常工作。 繼電保護(hù)電路的調(diào)試 跳閘繼電器電路的調(diào)試：連接采樣板的電源，用連接電源的一根引線碰觸三極管的 b引腳，通過觀察指示燈的顏色可以知道繼電器的開合狀態(tài)，并且能聽到聲音。 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。在沒有按下按鈕時(shí)，測(cè)得電壓為 5v，當(dāng)按下按鈕時(shí)，測(cè)得電壓為 0v，說明電路工作正常。 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)。第一是偏置電壓峰峰值 電壓過大，嚴(yán)重影響到采樣的精確度，第二是各級(jí)運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)設(shè)置不合理，電壓過低，造成容易受到外界信號(hào)的干擾導(dǎo)致信號(hào)嚴(yán)重失真。 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。 LM2596adj 是一個(gè)可調(diào)電壓的開關(guān)式電源芯片，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率高，但是對(duì)外圍電路的性能要求也高。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。我們查閱了 LM2596 的參考資料，將電容換成同樣容量，但是耐壓值為 50v 的電容后，通過示波器觀測(cè)其輸出波形，峰峰值電壓下降到 150mv 左右的幅度。 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。 ，經(jīng)過運(yùn)放一倍的放大、 的偏置，變成 03v 的電壓，雖然偏置電壓已經(jīng)被降低到一個(gè)可以接受的程度，由于考慮到對(duì)精度的影響，我們重新設(shè)計(jì)了運(yùn)放電路，并且更換了偏置電壓的產(chǎn)生電路，原 LM2596電路被改造成為給顯示電路、跳閘電路供電的電源 。我們將運(yùn)放電路的最大輸入電壓設(shè)置為177。 ，經(jīng)過濾波電路后，電壓被放大為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。 偏置電路的 5v 電壓由使用 TL431 穩(wěn)壓管搭建的 5v 穩(wěn)壓電路， TL431 的 5v 穩(wěn)壓電路峰峰值電壓為 50mv 左右，比 LM2596 的信號(hào)更加穩(wěn)定。 32 結(jié) 束 語(yǔ) 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。在設(shè)計(jì)中，通過示波器、信號(hào)發(fā)生器對(duì)信號(hào)進(jìn)行了調(diào)試，最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理。 設(shè)計(jì)結(jié)果證明了采用 DSP 進(jìn)行交流采樣的可行性。通過本設(shè)計(jì)工作，我收獲了許多關(guān)于 DSP 和相關(guān)方面的知識(shí)，通過解決設(shè)計(jì)過程中遇到的問題，鍛煉了自己分析處理問題的能力，并且以后能在這次設(shè)計(jì)中吸取教訓(xùn)，這對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作來說，是很寶貴的經(jīng)驗(yàn)。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。在硬件設(shè)計(jì)上，存在設(shè)計(jì)思想不夠成熟，元件選擇標(biāo)準(zhǔn)過低等等原因。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。雖然這一部分內(nèi)容不論軟件還是硬件都沒在論文中體現(xiàn)，但 DSP 集成 CAN 總線功能，要這一功能還是可行的。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)。 33 參考文獻(xiàn) [1]電力系統(tǒng)常用交流采樣方法比較華北電力技術(shù)，張 紅，王成梅， 1999 [2]基于 DSP 的電氣參數(shù)測(cè)試儀研究，儀表技術(shù)，陳志洋，鄒云屏， 2020 [3]DSP設(shè)計(jì)與實(shí)踐，電子工業(yè)出版社，雷勇 2020 [4]交流采樣同步方法的分析與改進(jìn)，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，黃 純，何怡剛，江亞群等，2020 [5] 基于 DSP 的電氣參數(shù)測(cè)試儀研究，儀表技術(shù)，陳志洋，鄒云屏， 2020 [6] DSP 應(yīng)用技術(shù)叢書 北京航空航天大學(xué)出版社 王曉明 王玲， 2020 [7] DSP 基礎(chǔ)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 王念旭等 2020 [8] 數(shù)字信號(hào)處理（第二版 ） 西安電子科技大學(xué)出版社 丁玉美 高西全， 2020 [9] Texas Instruments 系列 DSP 的 CPU 與外設(shè)（上） 北京清華大學(xué)出版社 張衛(wèi)寧譯 2020 [10] TMS320F2812 原理與開發(fā) 電子工業(yè)出版社 蘇奎峰 呂強(qiáng) 耿慶峰 , 2020 [11] DSP 技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展 北京：電子產(chǎn)品世界 2020 [12] TMS320LF240X DSP 結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社 劉和平 嚴(yán)利平 張學(xué)鋒等， 2020 [13] 公司網(wǎng)站 34 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)明指導(dǎo)手冊(cè) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )總論 概 述 高等院校的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )教學(xué)過程是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)及規(guī)格的重要培養(yǎng)階段。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )是學(xué)生畢業(yè)前的最后學(xué)習(xí)階段，是學(xué)習(xí)深化與升華的重要過程；是能力與素質(zhì)培養(yǎng)的重要途徑；是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)；是學(xué)生綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)；是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)定的重要依據(jù)；是評(píng)價(jià)高等學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量的重要依據(jù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )的基本概念 （ 1） 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等學(xué)校應(yīng)屆畢業(yè)生，畢業(yè)前接受課題任務(wù)，所進(jìn)行的設(shè)計(jì)過程，并取得其 設(shè)計(jì)成果。 （ 2）畢業(yè)論文的內(nèi)涵 畢業(yè)論文是高等學(xué)校學(xué)生畢業(yè)前所撰寫的學(xué)術(shù)論文。畢業(yè)論文表明作者在科學(xué)研究工作中取得的新成果或提出的新見解，并表明作者具有的科研能力與學(xué)識(shí)水平。畢業(yè)論文具有學(xué)術(shù)論文所共有的一般屬性，它的構(gòu)成與展開嚴(yán)格按照緒論、本論、結(jié)論的思維方式，以事實(shí)為基礎(chǔ)，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评磉^程為依據(jù)，得出可信的科學(xué)結(jié)論。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )的特點(diǎn)與功能 （ 1）畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與功能 ①畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 高等院校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)內(nèi)容的科學(xué)性、設(shè)計(jì)思想的新穎性、設(shè)計(jì)表述的規(guī)范性、設(shè)計(jì)條件 的約束性、設(shè)計(jì)過程的綜合性、設(shè)計(jì)結(jié)果的實(shí)用性等工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)外，還具有畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的確定首先考慮教學(xué)基本要求、畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間的限定性及學(xué)業(yè)的規(guī)定性、畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的等特點(diǎn)。 ②畢業(yè)設(shè)計(jì)的功能 教學(xué)與教育功能 畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)過程是高等院校培養(yǎng)計(jì)劃的重要組成部分；是進(jìn)行設(shè)計(jì)科學(xué)教育，強(qiáng)化工程意識(shí)，接受工程基本訓(xùn)練，提高工程實(shí)踐能力的重要培養(yǎng)階段；是培養(yǎng)優(yōu)良的思維品質(zhì)，進(jìn)行綜合素質(zhì)教育的重要途徑。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)工作，培養(yǎng)學(xué)生綜 35 合運(yùn)用多學(xué)科理論、知識(shí)與技能，解決具有一定復(fù)雜程度的工程實(shí)際問 題的能力；培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)；培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的思維品質(zhì)，強(qiáng)化工程實(shí)際意識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生 36 2 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)明指導(dǎo)手冊(cè) 勇于實(shí)踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神。在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)與教育功能的實(shí)現(xiàn)，有益于學(xué)生科學(xué)的智能結(jié)構(gòu)的形成及綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)。 社會(huì)功能 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來源于實(shí)際，畢業(yè)設(shè)計(jì)成果直接或間接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，為生產(chǎn)、科研服務(wù)，為社會(huì)服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的社會(huì)功能。 （ 2）畢業(yè)論文的特點(diǎn)與功能 ①畢 業(yè)論文的特點(diǎn) 畢業(yè)論文或稱學(xué)位論文是學(xué)術(shù)論文中的一種類型，具有學(xué)術(shù)性、科學(xué)性、創(chuàng)造性，即一般學(xué)術(shù)論文的共同屬性，同時(shí)具有下列特點(diǎn)： 畢業(yè)論文課題的確定，首先要符合教學(xué)基本要求，同時(shí)也要兼顧科學(xué)研究實(shí)際需要，緊密聯(lián)系實(shí)際。 畢業(yè)論文具有時(shí)間的限定性及學(xué)業(yè)的規(guī)定性。 畢業(yè)論文是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的。 ②畢業(yè)論文的功能 教學(xué)與教育功能 畢業(yè)論文教學(xué)過程是高等學(xué)校培養(yǎng)計(jì)劃的重要組成部分，是學(xué)生畢業(yè)前提交的一份具有一定理論與實(shí)際價(jià)值的學(xué)術(shù)論文。它是高等學(xué)校學(xué)生從事系統(tǒng)的科學(xué)研究的初步嘗試； 是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，對(duì)取得的科研成果的綜合表述。通過畢業(yè)論文的教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生探求未知、探索真理的科學(xué)精神，以及優(yōu)良的科學(xué)品質(zhì)與科學(xué)素養(yǎng)；培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的基本能力。通過畢業(yè)論文的教學(xué)過程，檢驗(yàn)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，解決科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域有關(guān)問題的能力；檢驗(yàn)科研基本訓(xùn)練的實(shí)際效果。 社會(huì)功能 畢業(yè)論文是以應(yīng)用研究成果作為媒介與生產(chǎn)和社會(huì)實(shí)際相聯(lián)系。然后，通過開發(fā)研究的成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，為社會(huì)服務(wù)。 同時(shí)，畢業(yè)論文又是面向社會(huì)發(fā)表研究成果的重要手段，也是信息交流與信息存儲(chǔ)的重要 工具，從而實(shí)現(xiàn)其社會(huì)功能。 37 3 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)明指導(dǎo)手冊(cè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )教學(xué)各階段流程 表 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )教學(xué)各階段流程 指導(dǎo)教師上報(bào)課 1教研室 (課程組 )召開會(huì)議進(jìn)行課題審查、論證（要求紀(jì)錄 院系（學(xué)術(shù)委員會(huì)）或邀請(qǐng)校外專家對(duì)教研室上報(bào)課題進(jìn)行評(píng)