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

　　

【正文】 一端接低電平，電阻與開關(guān)之間的一條線接 I/O 口。當開關(guān)斷開時， 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口電平與高電平點相等。當開關(guān)被按下時，線路中產(chǎn)生電流，電流從高電平點流出，通過電阻和開關(guān)，流入接地點。電阻上的壓降為高電平點的電壓，此時 A點的電勢與接地點相等，即為低電平。 28 圖 合閘按鈕設(shè)計圖 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計 顯示電路主要是為了顯示采集的電壓和電流信號的大小以及線路上的負載大小。綜合經(jīng)濟性和實用性考慮選用數(shù)碼管顯示 。選擇使用 74ls164 移位寄存器作為數(shù)碼管的驅(qū)動芯片。由于需要顯示三個值，總共需要用到十個數(shù)碼管，因為 164 芯片的可以通過移位功能將顯示信號傳遞下去，所以十個數(shù)碼管只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時鐘線就能被控制顯示出來，程序也不復(fù)雜。 圖 74ls164級聯(lián)示意圖 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 本次軟件設(shè)計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)置各個寄存器，使系統(tǒng)按照設(shè)計要求正常工作，并對各種變量進行初始化。主程序主要是調(diào) 29 用初始化子程序?qū)ο到y(tǒng)進行初始化，并啟動系統(tǒng)中使用的定時器，然后進入循環(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。當發(fā)生中斷時優(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 機的串行通信模塊。在串行口中斷中，主要完成與主機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行通信還是測量，如果選擇通信則調(diào)用通信子程序?qū)⒈４嬖跀?shù)據(jù)存儲器中的計算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機；如果選擇測量，則先通過 鍵盤輸入所要選的中性點接地系統(tǒng)類型并用 LCD 進行顯示；在對零序電壓，零序電流進行采集，利用均方根值法對采樣數(shù)據(jù)進行處理，計算出零序電流的有功分量和無功分量的有效值，再根據(jù)附加電阻測量絕緣阻抗的計算公式計算電阻 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)測試 系統(tǒng)硬件的調(diào)試 硬件系統(tǒng)的調(diào)試分為三個部分，第一是 采樣電路的調(diào)試，第二是顯示電路的調(diào)試，第三是繼電保護電路的調(diào)試。 采樣電路的調(diào)試 將采樣電路分為兩個部分分別調(diào)試。首先將電源輸入端插入插座，對比變壓器一次側(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，變比為 1/133，與設(shè)計值1/ 相近，滿足設(shè)計要求。 將電流互感器的一次側(cè)接入低壓負載，運用調(diào)壓器和滑動變阻器調(diào)整一次側(cè)電流，檢查其線性度和飽和電流。 將信號發(fā)生器接入運放電路的輸入端，將示波器接到運放的輸出端。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，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其輸出端的波形。經(jīng)過試驗，輸出波形為最大值為 ，最小值為 ，與設(shè)計值最大值為 ，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 顯示電路有四根對外接線，分別為信號、時鐘、 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“ 8”，檢查焊點是否出現(xiàn)虛焊、漏焊。然后修改程序程序，讓數(shù)碼管顯示“ 09”十個數(shù)字，檢查數(shù)碼管段碼是否有 錯。試驗后發(fā)現(xiàn)顯示電路可以正常工作。 繼電保護電路的調(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，一個表筆接地，另一個表筆接到信號輸出端。在沒有按下按鈕時，測得電壓為 5v，當按下按鈕時，測得電壓為 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。第一是偏置電壓峰峰值電壓過大，嚴重影響到采 樣的精確度，第二是各級運放的電壓放大倍數(shù)設(shè)置不合理，電壓過低，造成容易受到外界信號的干擾導(dǎo)致信號嚴重失真。 在改進之前，當時偏置電壓是由 LM2596adj 提供的，并且運放的設(shè)計偏置電壓為。 LM2596adj 是一個可調(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，用示波器觀測得，平均電壓為 ，但是峰峰值電壓卻達到了 250mv300mv，電壓紋波達到了 15%20%，嚴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)計運放各級的電壓時，并沒有考慮到干擾信號，運放的輸入電壓最大值被限定為177。 ，經(jīng)過運放一倍的放大、 的偏置，變成 03v 的電壓，雖然偏置電壓已經(jīng)被降低到一個可以接受的程度，由于考慮到對精度的影響，我們重新設(shè)計了運放電路，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，將信號反相并將電壓信號縮減為 03v，然后送入 A/D 芯片進行采樣。 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 的信號更加穩(wěn)定。 32 結(jié) 束 語 本文介紹了基于 DSP 的交流采樣系統(tǒng)的設(shè)計 ,通過 DSP 芯片內(nèi)的 A/D 模塊對運放輸出的信號進行采樣，通過實驗板上的 I/O 口對顯示電路和動作電路進行控制，而且描述了其工作 原理、設(shè)計思路及實現(xiàn)方法。在設(shè)計中，通過示波器、信號發(fā)生器對信號進行了調(diào)試，最后實驗結(jié)果合理。 設(shè)計結(jié)果證明了采用 DSP 進行交流采樣的可行性。通過本設(shè)計工作，我收獲了許多關(guān)于 DSP 和相關(guān)方面的知識，通過解決設(shè)計過程中遇到的問題，鍛煉了自己分析處理問題的能力，并且以后能在這次設(shè)計中吸取教訓(xùn)，這對今后的學(xué)習工作來說，是很寶貴的經(jīng)驗。由于時間、經(jīng)驗和成本的限制，對采樣精度的的控制和對外通信上還存在著一些問題。在硬件設(shè)計上，存在設(shè)計思想不夠成熟，元件選擇標準過低等等原因。在整體系統(tǒng)功能的擴展上，還可以增加 CAN 總線 控制，可以通過 CAN 總線接受外來信號的控制，也可以將采樣結(jié)果向外輸出，以實現(xiàn)更加完善的繼電保護功能。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 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)習多作總結(jié)。 33 參考文獻 [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)測試儀研究，儀表技術(shù)，陳志洋，鄒云屏， 2020 [3]DSP 設(shè)計與實踐，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，中國電機工程學(xué)報，黃 純，何怡剛，江亞群等，2002 [5] 基于 DSP 的電氣參數(shù)測試儀研究，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 北京航空航天大學(xué)出版社 王念旭等 2001 [8] 數(shù)字信號處理（第二版 ） 西安電子科技大學(xué)出版社 丁玉美 高西全， 2001 [9] Texas Instruments 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 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 2002 [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 嚴利平 張學(xué)鋒等， 2002 [13] 公司網(wǎng)站 內(nèi)部資料 請 勿外傳 9JWKf wvGt YM*Jgamp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 QA9wkxFyeQ^! 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