【正文】 同步串口是高速、全雙工串口，提供與編碼器， A/D 轉(zhuǎn)換器等串行設(shè)備之間的通信。 (4)時鐘發(fā)生器 時鐘發(fā)生器由一個內(nèi)部振蕩器和一個鎖相環(huán)電路組成。C54xx 和主處理機都可以訪問 C54xx 的片內(nèi)存儲器，并且通過它進行信息交換。 /BIO 可用來監(jiān)測外部設(shè)備狀態(tài)的輸入引腳。存儲器地址分配圖如下 : 圖 MS320C5402存儲器地址分配圖 存儲器映射寄存器包括輔助寄存器、堆棧指針、中斷寄存器等一些常用的寄存器。 (2)片內(nèi) RAM 所有的 DSP 器件都有較大的片內(nèi) RAM, TMS320C5402 有 16K 的片上 DARAM。 BOOTLOAD 程序起 DSP 復位后自動載入用戶程序的作用。 C54xx 存儲器有三個獨立的可 選擇空間組成 :程序、數(shù)據(jù)和 I/O 空間。一個 40bit 的桶形移位器 :17? 17bit 乘法器 (MAC)。 （ 7）最新的 IC 制造工藝，提高了芯片性能，降低了功耗。 （ 3）指令執(zhí)行時的多重流水線結(jié)構(gòu)將指令周期降低到了最小值。本裝攀枝花學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 置選擇的是 TI 公司的 TMS320C5402。所以，選擇 DSP 芯片時應該比較一幀內(nèi) DSP 芯片的處理能力和 DSP算法的運算量。例如，一個采用 LMS 算法的 256 抽頭的自適應 FIR濾波器，假定每個抽頭的計算需要 3個 MAC周期，則 256 抽頭計算需要 256? 3=768 個 MAC 周期。如何確定 DSP 系統(tǒng)的運算量以選擇 DSP 芯片主要考慮兩種情況。而 TMS320C3x/C4x/C67x 屬于浮點 DSP 芯片，運算精度高，用 C語言編程方便，開發(fā)周期短，但同時其價格和功耗也相對較高。如果所設(shè)計的 DSP 系統(tǒng)不僅僅是一個實驗系統(tǒng)，而是需要批量生產(chǎn)并可能有幾年甚至十幾年的生命周期，那么需要考慮所選的 DSP 芯片供貨情況如何，是否也有同樣甚至更長的生命周期等。目前， 攀枝花學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 供電的低功耗高速 DSP 芯片已大量使用。如果有功能強大的開發(fā)工 具的支持，如 C 語言支持，則開發(fā)的時間就會大大縮短。但有的公司的定點芯片為 24位，如 Motorola 公司的 MC56001 等。當然，由于 DSP 芯片發(fā)展迅速， DSP 芯片的價格往往下降較快，因此在開發(fā)階段選用某種價格稍貴的 DSP 芯片，等到系統(tǒng)開發(fā)完畢，其價格可能已經(jīng)下降一半甚至更多。如 TMS320C80 的處理能力為 2BOPS。由于 FFT 運算涉及的運算在數(shù)字信號處理中很有代表性，因此 FFT 運算時間常作為衡量 DSP 芯片運算能力的一個指標； (4) MIPS:即每秒執(zhí)行百萬條指令。 1. DSP 芯片的運算速度 運算速度是 DSP 芯片的一個最重要的性能指標，也是選擇 DSP 芯片時所需要考慮的一個主要因素。只有選定了 DSP芯片，才能進一步設(shè)計其外圍電路及系統(tǒng)的其它電路。該板是一塊需要外部提供+5V DC 電源的獨立的開發(fā)板，在板線性電壓調(diào)整器提供 DC 的 DSP 內(nèi)核電壓， DC 數(shù)字和 5V DC 模擬電壓。尤其是現(xiàn)在的應用系統(tǒng)算法日漸復雜，對數(shù)據(jù)處理的要求也越來越高，如果繼續(xù)采用普通的單片機，在功能和實時性方面己經(jīng)不能滿足一些復雜系統(tǒng)的需要了，而采用基于 DSP 的應用系統(tǒng)設(shè)計方法，就可以充分發(fā)揮 DSP 芯片的數(shù)字信號處理優(yōu)勢，系統(tǒng)中的復雜軟件算法，或者一些數(shù)字信號處理算法，就可以很容易的實現(xiàn)，運算速度也得到了很大程度的提高，顯著地提高了系統(tǒng)的處理效率，并且最大限度的 提高了硬件系統(tǒng)的性能價格比。 攀枝花學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 3 硬件設(shè)計 本裝置的設(shè)計走以 TMS320C5402 芯片為處理核 心 的，是基于結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、易于操作、功能強大等特點設(shè)計的。這就是說，要確定 ),( 012 nnnf 在輸入序列中的位置，我們必須將標號 n 的位序倒置。下面來說明一下所謂“碼位倒序”的含義。 采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過 FFT 變換，計算出來各次諧波值 。另外前 2級由于旋轉(zhuǎn)因子簡單，故采用傳統(tǒng)的組合運算。如下面的程序 : RPTBD plend1 STM N, ARO； ARO 賦值為循環(huán)緩沖器大小的一半 攀枝花學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） MVDD *AR3+,*AR2+ MVDD *AR3,*AR2+ MAR *AR3+OB； 位翻轉(zhuǎn)尋址 plend: (2) N 點復數(shù) FFT 由于在 FFT 運算中要用到旋轉(zhuǎn)因子 Wn，它是一個復數(shù)。利用 DSP 匯編語言的位倒序?qū)ぶ分噶顚崿F(xiàn)輸入序列的逆序排列。首先，原始的輸入的 2N (256)個點的實數(shù)序列復制放到標 記有“ real_fft_input”的相鄰單元，當成 N (128)點的復數(shù)序列 d [n]。 基 2 實數(shù) FFT算法的實現(xiàn) 。下面以時間抽取 FFT為例，導出 FFT 算法。離散傅立葉變換是連續(xù)傅立葉變換在離散系統(tǒng) 中的表示形式。通過計算出的實際采樣點 數(shù)，用內(nèi)插法算出實際信號一周期均勻的 128 點采樣值。 (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。其包括以下幾個部分。軟件頻率跟蹤是指首先用 AID 卡的較高采樣率進行單通道采樣 (A/D)卡的采樣率要遠遠大于電網(wǎng)基頻 )，然后對采樣所得數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，較準確地計算出基頻，再根據(jù)基頻來確定定點采樣的采樣率。 采樣數(shù)據(jù)的計算方法 以微處理器和快速傅立葉算法為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)諧波分析儀進行實時諧波測量時，其誤差來源有如下幾種 :同步誤差、連續(xù)波形離散化時引入的誤差、數(shù)據(jù)處理中的運算舍入誤差、采樣周期變動引入的誤差以及 A/D 的量化誤差等。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。通過 采樣，把該連續(xù)波形轉(zhuǎn)換成為一組以采樣序號 k 為自變量的離散數(shù)字序列 :? ? 1210 , ?? NKK ffffff ?? 連續(xù)波形轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字序列后，上面對于連續(xù)函數(shù)的傅立葉級數(shù)計算式相應的轉(zhuǎn)換成離散形式的計算式，進行計算。 但是，電網(wǎng)的電流、電壓是否能采用傅立葉變化進行諧波分析，還必須滿足一個條件 :信號無限 項和的收斂性問題，表示如下 : ,)( ???jeF 對全部 ? () 這里 )( ?jeF 是下面有限項和隨的極 ??M 限 : ????? MMnmjjM enfeF ?? ][)( () 又有 : )s in (2)(110 nnn tnffnf ?? ??? ??? () 可設(shè) : ,)( Atf ? A 為某一確定正整數(shù) , 則 : ,][)( ???? ?? ??????????nnjnnjj eAenfeF ??? () 所以，可以用傅立葉變換對電壓、電流進行處理 。 一般來說，傅立葉變換是 ? 的一個復值函數(shù)。“式 ()是一個綜合公式，稱傅立葉反變換。 諧波的計算 為了表示畸變波形偏離正弦波形的程度，最常用的特征量有諧波含量、總畸變率和 n 次諧波的含有率。 國際上公認的諧波定義為 :“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。 諧波的概念 諧波失真是一種持續(xù)現(xiàn)象，它可以通過某一時刻的頻譜來表示，當然一段時間內(nèi)的統(tǒng)計信息往往更有用。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(shè)計（論文） 2122 QPS ?? （ ） 我們稱 1Q 為廣義無功功率。另一方面，習慣上規(guī)定用戶吸收有功功率為正，發(fā)出有功功率為負。習慣上規(guī)定感性無功功率為正，容性無功功率為負，利用的符號來研究無功補償問題不會引起任何矛盾。 攀枝花學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 2 電能質(zhì)量參數(shù)的測量和計算公式 習慣上，認為電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的供電電壓波形是以工頻為頻率的正弦波形，工頻為50Hz，其數(shù)學表達式為 : )s in(2)( ?? ?? tUtu （ ） Tf ??? 22 ?? （ ） 式中： U─一電壓的有效值 ? ─一初相角 f,? 和 T─一工頻角頻率、頻率和周期。 (3)進行基于 DSP 的硬件電路設(shè)計，并進行相關(guān)的軟件設(shè)計。 本文的研制主要是對我國電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)進行實時的采集和監(jiān)控，以諧波的測量和分析為主，并使裝置盡可能包括各種電能質(zhì)量參數(shù)，為電網(wǎng)的運行和管理提供詳細可靠的電力參數(shù)。 (8) DSP 器件提供 JTAG 標準測試接口，不但能控制和觀察處理器的運行，測試芯片，還能利用該接口裝入程序。 (5)具有高速的片內(nèi)程序存儲器和數(shù)據(jù)存 儲器，對于一些簡單操作，可以在片內(nèi)完成，避免與外部的低速存儲器打交道。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。單片機多是一個算術(shù)邏輯單元 (AL U)，執(zhí)行乘法運算是靠移位加法完成的，運算時間較長 。 DSP 的興起， DSPS 概念的提出，大大促進了儀器智能化的進 程。 C6x 的時鐘為 200M Hz，每個指令周期僅為 5ns。以 DSP 作為主要元件，加上外圍設(shè)備和特定功能單元組成合成的單一芯片的技術(shù)，加速了 DSP 技術(shù)的發(fā)展。進入 80 年代，數(shù)字信號處理技術(shù)的應用范圍的擴大和成本的進一步降低，推動了 UM,的發(fā)展。它首先是建立在數(shù)字信號處理的各種理論和方法的基礎(chǔ)上。 本文對 DSP 技術(shù)在電能質(zhì)量問題的研究及監(jiān)測裝置的研制方面作了一些嘗試。 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(shè)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。 (5)人機交互性不好 。還存在一些問題，主要表現(xiàn)在 : (1)處理功能較差，可擴展存儲空間較小，運算速度較慢 ，難以運用精確嚴格的算法進行大量的實時數(shù)據(jù)處理，不能滿足電力監(jiān)測實時性高的要求。 (4)通過建立和健全電能質(zhì)量的全面管理，保障各行各業(yè)的正常用電秩序，為千家萬戶提供信得過的產(chǎn)品。 (7)干擾鄰近的通信線路和鐵道信號線路的正常工作。 (2)惡化絕緣條件，縮短設(shè)備壽命 。由于系統(tǒng)中存在著各種非線形 元件，特別是容量不斷增大的大型晶閘管整流裝置和大型電弧爐的運行，導致電力系統(tǒng)波形畸變?nèi)找鎳乐兀偌由细偁幒统浞掷秒姽げ牧?，對電工設(shè)備日益傾向于采用在其磁化曲線臨界情況下甚至在飽和區(qū)段工作，導致這些電力設(shè)備的勵磁電流波形嚴重畸變，嚴重危及電力系統(tǒng)安全運行，從而使得諧波問題在各國均倍受重視和關(guān)心。頻率的變化，將影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，甚至引起電子設(shè)備誤動作，導致信號誤傳。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。初步設(shè)計了對采集數(shù)