【正文】 最后衷心地感謝所有在學習和生活上給予作者關(guān)心與幫助的老師、同學、朋友以及家人，并謹以此文獻給他們！畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 附錄附錄A 硬件連接圖。“誰言寸草心，報得三春暉”， 最后，特別感謝作者的家人，是他們給予了作者學習的保障，并不斷給作者鼓勵和支持，使作者完成學業(yè)。兩位老師充分利用自己工作之余給作者進行細心的導(dǎo)，不厭其煩的解答作者提出的各種問題，定期檢查作者的設(shè)計進展，提出了大量寶貴的意見，并介紹了許多期刊書目資料供作者參考，有高度的責任心。從開始的選題、理論研究、實際操作直到最后的實驗，無不凝結(jié)著兩位老師的心血與智慧。參考文獻[1] ：北京航空航天大學出版社，2003[2] 黃英哲，：中國水利水電出版社，2003[3] ：機械工業(yè)出版社，2003[4] 、：北京航空航天大學出版社，2002[5] （第二版）.北京：清華大學出版社，1999[6] :北京理工大學出版社，1997[7] ：高等教育出版社，2000[8] GB/T 14549—93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[9] ：電子工業(yè)出版社，2003[10] ：高等教育出版社，1992[11] 李忠，2003，29（1）：15～17[12] ：西安電子科技大學出版社，2003[13] ：機械工業(yè)出版社，2005[14] ：西安電子科技大學出版社，2003[15] ：國防工業(yè)出版社，2002[16] ：北京航空航天大學出版社，1999[17] 劉敏，,2006(3)[18] 金全意，2006(10)[19] 曾喆昭，文卉，,2006(10)[20] 錢昊，中國電機工程學報,2005(21)[21] Andrew Bateman(England).The DSP Handbook Algorilthms，APPlications and Design .[22] Texas Instrument，TMS320Cxx Source Debugger User’s .[23] Texas Instrument. TMS320LF240xA Data .致謝在本文完成之際，作者謹向?qū)熥T寶成教授和苗苗老師表示最誠摯的謝!譚老師高尚的人格，淵博的知識、敏銳的思維、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、踏實的工作作風深深的影響了作者；苗老師為人師表，和藹可親，平易近人，視學生如親人；這兩位老師實為作者一生學習的典范。由于時間的原因，剩余的工作還有待于日后完成。 雖然諧波監(jiān)測儀的設(shè)計的硬件部分，已經(jīng)實現(xiàn)了其主要的功能。 為了驗證諧波儀的精度，我們采用輸入標準方波的辦法進行了測試。 （5）本文通過對軟硬件設(shè)計的詳細論述，以及相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)，證明硬件設(shè)計合理，程序運行可靠，所測數(shù)據(jù)的誤差均能滿足國家標準。（4）采用了工業(yè)上常用的4*4鍵盤和LCM12864液晶顯示功能，顯示方式為菜單式的層次化方式。（3）軟件中采用電力系統(tǒng)諧波檢測中常用的FFT變換算法，是諧波檢測精度的可靠保證。均能滿足各項設(shè)計要求，測量精度可得到充分保證。諧波研究和治理的迫切性越來越大，符合電力系統(tǒng)要求的各種諧波監(jiān)測設(shè)備將會得到大力發(fā)展。本文對該監(jiān)測儀的軟件和硬件電路進行了設(shè)計，解決了一系列技術(shù)問題。DSP選用的是TMS32公LF2407芯片，它具有豐富的片上外設(shè)，多達40個可單獨編程或復(fù)用的通用物入輸出引腳，因此可以大大的簡化硬件結(jié)構(gòu)和體積，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。為了保證電力系統(tǒng)的正常運作和電力電子設(shè)備的正常工作，必須采用一定的手段對電力系統(tǒng)的諧波進行檢測。（3）模擬電路和數(shù)字電路獨立布線，最后單點連接電源和地（4）片外程序存儲和數(shù)據(jù)存儲器應(yīng)靠近DSP芯片放置，要合理布局，保證數(shù)據(jù)線和地址線長短基本一致。硬件設(shè)計應(yīng)注意如下要點：（1）認真處理好復(fù)位和時鐘信號。使用Debugger軟件，查看相應(yīng)的SRAM單元，是在按照設(shè)定交替變化，表明這部分沒有問題。對存儲模塊進行調(diào)試時，首先對SRAM的兩單元初始化為兩個不同的值，然后調(diào)試的主程序不斷交替這兩個單元的數(shù)值。接下來可以調(diào)試DSP的外圍器件。對照一下CLKMD1，CLKMD2，CLKMD3，檢查頻率是否正確，如果CLKOUT的輸出正確，一般來說，DSP部分的硬件工作基本正常。仔細檢查了原件是否可靠的焊上，管腳間、電源與地間沒有短接，表貼元件焊接時相鄰管腳沒有撘錫、短路，元器件、有極性電容的安裝方向也都正確。此外，電源濾波、模擬線與數(shù)字線分離等也是不容忽視的。布線正確一般都能做到，但要做到合理，則并不容易。其接口電路如圖3一9所示:圖39串行接口電路4 硬件系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計好后，下面就要對系統(tǒng)進行調(diào)試了，這是設(shè)計中很重要的一步。MAX3232為電平轉(zhuǎn)換器，簡單易用，MAX3232具有一個專有的低壓降發(fā)送器輸出級，可獲得真正的RS232性能。TMS32OLF2407A器件包括串行通信接口SCI模塊。整個數(shù)據(jù)傳輸以及脈沖的控制都是通過軟件編程來實現(xiàn)的，這也將在下一章里詳細說明。其中SLCK為輸入串行脈沖引腳，而SID為輸入串行數(shù)據(jù)引腳。采用C語言編程，程序的可移植性強。本設(shè)計采用LCM12864ZK中文液晶顯示模塊，其液晶屏幕為128*64，可顯示四行，每行可顯示8個漢字。電源操作范圍寬（）；低功耗設(shè)計可滿足產(chǎn)品的省電要求。LCMxxZK的字型ROM內(nèi)含8192個16*16點中文字型和128個16*8半寬的字母符號字型。本設(shè)計就是采用的這種方法，在后續(xù)介紹軟件時再予以詳細說明。鍵的識別功能，就是判斷鍵盤中是否有鍵按下，若有鍵按下則確定其所在的行列位置。以上第3步主要由軟件完成的，稱為非編碼鍵盤，本設(shè)計采用的便是行列式鍵盤。 按鍵輸入和液晶顯示電路 本設(shè)計采用常規(guī)的44鍵盤來實現(xiàn)液晶顯示的菜單查詢、翻屏等各種功能。當日歷時鐘收到數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)線SDA拉為低電平來應(yīng)答接受，因此IOPC3與IOPC5引腳應(yīng)配置為I/O方式，并要求接上拉電阻。本設(shè)計用二極管較好的解決了以上問題。本設(shè)計用軟件來模擬I2C總線時序，實現(xiàn)了I2串行日歷時鐘與2407的接口電路。 PCF8583有三個主要功能，可自動計時、編程設(shè)定、編程起鬧；事件計數(shù)器可進行事件計數(shù)器編程起鬧；256字節(jié)的靜態(tài)RAM，地址自動增量，其工作原理與一般帶I2C接口的EEPROM相同。 與PCF8583的接口電路 PCF8583為帶I2C總線接口的日歷時鐘芯片，其中還有256字節(jié)的靜態(tài)RAM，PCF8583也可作為一個6個BCD碼事件計數(shù)器，故在系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。并且為了防止斷相發(fā)生，電路中要有轉(zhuǎn)換電路，所以此方法增加了外圍硬件電路，增加了費用。倍頻電路由CD4046和12位二進制計數(shù)器CD4040組成。所謂頻率合成是指將任一給定的基準頻率變換成一系列新的頻率信號fff3…而這些新頻率的穩(wěn)定度和基準頻率相當。=NN為采樣點數(shù)。 υo為輸出電壓，其振蕩頻率為fo；經(jīng)N分頻后與相位進行比較。鎖相環(huán)主要包括三部分：相位比較器PD、低通濾波器LPF、壓控振蕩器VCO。圖34 復(fù)位電路 鎖相環(huán)電路鎖相環(huán)電路功能是對A/D芯片提供CONVST信號。TL7705A具有處理上電復(fù)位、欠電壓檢測復(fù)位、手動復(fù)位的功能。當有內(nèi)部復(fù)位事件發(fā)生時，該引腳被驅(qū)動為低電平輸出方式，給系統(tǒng)中其他芯片提供復(fù)位信號。圖33 外擴RAM接口電路 TMS320LF2407A有兩種復(fù)位源:外部復(fù)位引腳復(fù)位和程序監(jiān)視定時器(看門狗)復(fù)位。對照以上信號的使用方法，為了便于程序仿真調(diào)試，本系統(tǒng)擴展了兩片IS6lLV6416，一片用作數(shù)據(jù)存儲器，另一片用作程序存儲器。RD信號:讀使能選通信號讀選擇表示一個有效的外部讀周期此信號對所有外部程序、數(shù)據(jù)、FO空間有效。PS信號:此信號為片外程序空間選通信號，它總保持為高電平，在DSP要訪問外部程序空間時，該信號變?yōu)榈碗娖健τ赥MS320LF2407A在設(shè)計中要使用的幾個重要的控制信號包括:l、DS信號:此信號為片外數(shù)據(jù)空間選通信號，它總保持為高電平，在DSP要訪問外部數(shù)據(jù)空間時，該信號變?yōu)榈碗娖?。TMS320LF2407A可擴展的外部程序存儲器總共192K字:64K字程序存儲器:64K字數(shù)據(jù)存儲器。這種將程序和數(shù)據(jù)存儲在同一個存儲空間中的思想簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但是，由于取指令和取操作數(shù)據(jù)要訪問同一存儲空間，使用同一總線，指令和數(shù)據(jù)分時讀寫，因此在高速運算時，不但不能同時取指令和取操作數(shù)，而且還會造成傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象。DSP上電時，先執(zhí)行一段引導(dǎo)程序，把程序從閃存中寫入數(shù)據(jù)存儲器(RAM)的程序空間，然后從程序空間的起始地址開始執(zhí)行程序，由于對RAM的訪問速度很快，所以可以大大提高DSP的執(zhí)行速度。DSP上電時，從片內(nèi)的閃存(程序存儲器)中開始執(zhí)行程序，執(zhí)行速度慢。為防止模擬信號的干擾，在電路板設(shè)計時，應(yīng)將模擬地和數(shù)字地隔離。芯片工作模式中的所有通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，采樣/保持器重新處于采樣狀態(tài)，跟蹤模擬輸入的變化，此后，鎖相環(huán)的輸出脈沖的跳變將啟動XINT2中斷，軟件執(zhí)行中斷子程序，CS和RD將配合依次讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。采樣的頻率取決于鎖相環(huán)輸出脈沖信號的頻率，本設(shè)計是一周期采集128個點，即鎖相環(huán)是進行128倍頻。 圖32 TMS320LF2407與MAX125的接口電路圖32便是MX125的連接圖，而MAX125的供電電壓為5V，因此其線路接口處都要有電平轉(zhuǎn)換。最后一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，芯片將中斷輸出引腳INT拉低。MAX125提供的工作模式一共有9種，具體的描述見表3一1。5℅）模擬供電輸入端A3 A2 A1 A0轉(zhuǎn)換時間（181。INT：中斷信號輸出端；下降沿INT變?yōu)榈捅硎舅型ǖ擂D(zhuǎn)換完成。RD：讀狀態(tài)輸入端；根據(jù)轉(zhuǎn)換模式，需要轉(zhuǎn)換N個通道，則需且僅需N個RD脈沖（1≤N≤4）。CLK：時鐘輸入端；通常為16MHz,占空比必須為30℅至70℅，以保證信噪比SNR和動態(tài)噪聲電平DNL的性能。5℅）模擬供電輸入端D13D6：并行數(shù)據(jù)輸出端（D13=MSB）DVDD：+5V（177。5%）模擬供電輸入端。CH2ACH2B，CH3ACH3B，CH4ACH4B：分別為通道通道通道4的2路模擬信號輸入端，后同通道1。重新上電后，其默認的工作模式是多路開關(guān)處于A組CHI，單通道轉(zhuǎn)換。在連續(xù)讀時，CS要保持低電平。讀取數(shù)據(jù)時，在RD腳上連續(xù)加脈沖就能順序取得CHI一CH4的數(shù)據(jù)。取MAX125的信號作為中斷信號，若它為低說明本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，就可以驅(qū)動中斷服務(wù)程序，讀取A心轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。比如4路信號采樣，用TMS320C32的片上定時器1的TCLKI作為A心轉(zhuǎn)換的啟動信號，其中定時器輸出的時鐘頻率通過軟件來進行設(shè)置，在時鐘信號的上升沿啟動MAX125，MAX125就可以進行同步采樣，然后將按照預(yù)先設(shè)置的工作方式從1通道到4通道依次進行轉(zhuǎn)換，直到4個通道全部轉(zhuǎn)換完畢。C溫度范圍兩檔產(chǎn)品。C溫度范圍和擴展工業(yè)級40176。MAX125的同步采樣特性使MAX125可以很方便地用于多相電機控制、電網(wǎng)同步控制、功率因數(shù)監(jiān)測、數(shù)字信號處理振動和波形分析。當所有的轉(zhuǎn)換完成后，可以依次對RD腳施加讀脈沖以讀出內(nèi)部數(shù)據(jù)，四次讀操作依次讀出RAM中的4個數(shù)據(jù)字。單一通道的轉(zhuǎn)換時間為3。這樣MAX125將一直對特定的通道進行轉(zhuǎn)換直到對它重新編程為止。片內(nèi)時序控制器控制1至4通道的轉(zhuǎn)換，在默認模式下4個采樣保持放大器的輸出從1通道到4通道依次進行轉(zhuǎn)換，當4個通道全部轉(zhuǎn)換完畢后對外部產(chǎn)生一個中斷信號。一個+，一個經(jīng)過緩沖的電壓基準輸入端，一個內(nèi)部的16MHz時鐘，一組可以同時對4路輸入信號進行同步采樣的采樣/保持電路。