【正文】 用于調(diào)制信號，低通濾波器是用于減少噪聲干擾。(2)傅里葉變換法用傅里葉變換法求出兩個輸入信號的實(shí)部、虛部，進(jìn)行相位的計(jì)算，兩者之差即相位差。頻率同步數(shù)字鎖相的原理圖 如圖 25 所示：??30低通濾波器 環(huán)路濾波器 壓控振蕩器可編程分頻器數(shù)字式相位比較器同步頻率輸出圖 25 同步數(shù)字鎖相的原理圖 諧波對諧波的檢測方法主要有傅里葉變換法、小波變換法及日趨成熟的人工智能檢測方法。利用離散傅里葉變換法檢測諧波、間諧波的原理圖如圖 26 所示：A / D 轉(zhuǎn)換器 D F T 或 F F T 運(yùn)算 諧波幅值和相位計(jì)算kCk?/()Xt()xn??/emRXkI????圖 26 離散傅里葉變換法檢測諧波、間諧波原理圖利用離散傅里葉變換法檢測諧波和間諧波會存在一些問題，如混疊現(xiàn)象、 “柵欄”效應(yīng)、泄漏現(xiàn)象等。解決混疊現(xiàn)象可以提高采樣的頻率，并使用高通濾波器對信號進(jìn)行預(yù)處理；要解決“柵欄”效應(yīng)可以讓抽樣點(diǎn)更加接近實(shí)際點(diǎn)或者增加抽樣的點(diǎn)數(shù)；要解決泄漏現(xiàn)象可以使用加窗的方法，如果要讓結(jié)果更加精確，還可以采用插值法來修正離散傅里葉變換所得的結(jié)果 。小波空間的分解應(yīng)用于信號處理領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)信號在各頻帶上的分離，因此，在電網(wǎng)檢測信號的分析中應(yīng)用小波變換技術(shù)，可以將諧波、間諧波分量有效地分離 。f使用小波變換法檢測諧波和間諧波的步驟為 ：??31)進(jìn)行母小波選擇或構(gòu)建，或構(gòu)建正交小波濾波器；2)求出 或 （ 為尺度， 為分解級數(shù)） ；aN3)利用小波變換算法進(jìn)行運(yùn)算，得到第 級小波分解的各部分信號；j4)計(jì)算出頻率，并對小波變換進(jìn)行幅值和有效值計(jì)算。本章小結(jié)本章首先介紹了電能質(zhì)量的五大指標(biāo)，及其對這五大指標(biāo)的規(guī)定和改善這些指標(biāo)的措施，然后介紹了五大指標(biāo)的檢測方法。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括兩部分：以 S3C2410 微處理器為核心的外圍接口電路的設(shè)計(jì)和針對系統(tǒng)功能的數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)。這些 ARM 處理器除了具有 ARM 的共同特點(diǎn)外，還有它們不同的特點(diǎn)和針對這些不同特點(diǎn)的不同應(yīng)用領(lǐng)域。在高性能和低功耗特性等方面，ARM9 系列的微處理器具有明顯的優(yōu)勢，這一系3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 碩士論文列的特點(diǎn)主要有：——支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集；——5 級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；——MPU 支持實(shí)時操作系統(tǒng)；——全性能的 MMU，支持多種嵌入式操作系統(tǒng)；——支持 32 位高速 AMBA 總線接口；——支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 S3C2410 芯片簡介 ??36S3C2410 是一種 16/32 位的 RISC 處理器，它是由韓國 Samsung 公司生產(chǎn)的，主頻可以高達(dá) 203MHz，并能支持 WinCE，Linux，VxWorks 和 uC/OSII 等操作系統(tǒng)。S3C2410 的最大特點(diǎn)是功耗較低，并且具有全靜態(tài)設(shè)計(jì)。圖 32 是 S3C2410 的結(jié)構(gòu)圖。 電源電路在 ARM 中，需要的直流電壓只有 5V、 和 。本文選用 DC/DC變換器將 5V 直流電壓降為 和 直流電壓，采用的電壓變換芯片的型號為 和 。其壓差在 輸出，負(fù)載電流在 800mA 時??37為 。另外還有 5 個固定電壓輸出（、 、 和 5V）的型號。電路包含 1 個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在177。LM1117 系列具有 LLP、SOT223 和 TO252 DPAK 等多種封裝。LM1117 有如下特性：1) 提供 、5V 和可調(diào)電壓的型號；2) 節(jié)省空間的 SOT223 和 LLP 封裝；3) 電流限制和熱保護(hù)功能；4) 輸出電流可達(dá) 800mA；5) 線性調(diào)整率：% (Max)，負(fù)載調(diào)整率：% (Max)。圖 33 為系統(tǒng)的電源電路。SDRAM（同步動態(tài)存儲器）的存儲速度較快，具有讀/寫功能。本系統(tǒng)為了提高訪問速度，采用了 2 片 HYNIX 公司生產(chǎn)的HY57V561620 芯片形成 64MB 存儲空間。表 31 列出了 HY57V561620 引腳的描述。實(shí)現(xiàn)片選功能的是 nGCS6，而且要將地址線的 ADDR[1:0]設(shè)為低電平。SCKE 是時鐘使能信號，與 CKE 相連。另外，屏蔽輸入/輸出功能由 DQM 完成。S3C2410 與 SDRAM 的電路圖如圖 34 所示：3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 碩士論文A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12BA0BA1nCSCLKCKEnWEnCASLDQMnRASUDQMD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15VDDVDDVDDQVDDQVSSVSSHY57V561620LA2LA3LA4LA5LA6LA7LA8LA9LA10LA11LA12LA13LA14LA24LA25nSCS0nSCLK0nSCKELnWEnSCASnSRASLnWBE0LnWBE1LDATA0LDATA1LDATA2LDATA3LDATA4LDATA5LDATA6LDATA7LDATA8LDATA9LDATA10LDATA11LDATA12LDATA13LDATA14LDATA15VDDVDDVDDQVDDQVSSQVSSVSSA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12BA0BA1nCSCLKCKEnWEnCASLDQMnRASUDQMD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15VDDVDDVDDQVDDQVSSVSSHY57V561620LA2LA3LA4LA5LA6LA7LA8LA9LA10LA11LA12LA13LA14LA24LA25nSCS0nSCLK1nSCKELnWEnSCASnSRASLnWBE2LnWBE3LDATA16LDATA17LDATA18LDATA19LDATA20LDATA21LDATA22LDATA23LDATA24LDATA25LDATA26LDATA27LDATA28LDATA29LDATA30LDATA31VDDVDDVDDQVDDQVSSQVSSVSSLA225nSCS0nSCLK1LnWEnSRASLnWBE0nSCKEnSCLK0nSCASLnWBE1LnWBE2LnWBE3LDATA031 U17 U18圖 34 SDRAM 的接口電路Flash 存儲器具有可在系統(tǒng)(Insystem) 進(jìn)行電擦寫，掉電后信息不丟失的特點(diǎn)。在對芯片進(jìn)行操作時，還可由內(nèi)部嵌入的算法來實(shí)現(xiàn)，因而能夠廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。鑒于 NOR Flash 和 NAND Flash 在接口、性能及容量和成本等多方面的比較，??40認(rèn)為 NAND Flash 更適合于此系統(tǒng)，所以選用 NAND Flash 中的 K9F1208UDM 芯片作為存儲器，用來存放包括內(nèi)核、根文件系統(tǒng)和 BootLoader 在內(nèi)的整個系統(tǒng)程序。表 32 為 K9F1208UDM 芯片引腳功能。若/RE 或/WE 有效，鎖存的是數(shù)據(jù)；若 CLE 有效，鎖存的是控制命令字；若ALE 有效，鎖存的是地址。??42圖 35 為 K9F1208UDM 和 S3C2410 的接口電路：C L E1 6A L E1 7C E9R E8W E1 8W P1 9R D Y / B7I O 74 4I O 64 3I O 54 2I O 44 1I O 33 2I O 23 1I O 13 0I O 02 9V S S3 6V S S1 3V C C1 2V C C3 7U 3U K 9 F 1 2 0 8 U D M Y C 8 0n F C EA L EC L ER n Bn F R En F W EV D D 3 3 VR 9V D D 3 3 VG N DL D A T A 0L D A T A 1L D A T A 2L D A T A 3L D A T A 4L D A T A 5L D A T A 6L D A T A 7G N D 圖 35 NAND Flash 的接口電路 通信模塊電路文中設(shè)計(jì)了串行通信電路來實(shí)現(xiàn)本地通信，及以太網(wǎng)接口電路來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。此芯片的工作電源為 ，電路簡單、可靠。此方法只要把以太網(wǎng)芯片接到嵌入式微處理器總線上就行，方法簡單且通用性強(qiáng)，只是要實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信還需要借助于外部的總線。CS8900A 是一種高集成度、全面支持 標(biāo)準(zhǔn)的 100 腳的 16 位以??43太網(wǎng)控制芯片，采用的是 TQFP 封裝，其主要特點(diǎn)有：1)最大的電流消耗為 55mA（5V 電源） ；2)片內(nèi)有 4K 的 RAM；3)能夠支持外部的 E PROM；24)支持存儲器存取操作模式、存儲器操作模式及 I/O 操作模式；5)自動生成報頭；6)有 10BaseT 端口；7)支持 10Base10Base5 和 10BaseF 接口。 人機(jī)交互接口電路液晶顯示 LCD 因其體積小、功耗少，且外形美觀而被廣泛應(yīng)用于多種儀器儀表中。LCD 器件有三種類型：TN 型、STN 型和 TFT??4型。要顯示圖像，需要 LCD 驅(qū)動器和相應(yīng)的 LCD 控制器。圖 38 為 LCD 的接口電路。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口有 TMS、TCK、TDI 和 TDO4 根線，分別用來測試模式選擇、測試時鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。1357911131517192468101214161820U10HEADER 10X2nTRSTTDITMSTCKTDOnRESETR1510KR2510KR3110KR2310KR3510K3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 碩士論文圖 39 JTAG 接口電路圖 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)由前面圖 31 知，數(shù)據(jù)采集電路中需要設(shè)計(jì)的電路主要有四個部分：電壓/ 電流互感器電路、信號調(diào)理電路、鎖相環(huán)電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路。??45SPT204V 是一款體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)的電壓互感器，其輸入和輸出額定電流都為 2mA，精度可達(dá) %；SCT254FK 是一款精密電流互感器，其輸入和輸出額定電流分別為 5A 和 ，其精度小于 %。為了防止頻率混疊現(xiàn)象的產(chǎn)生，要在從互感器輸出來的電壓和電流后面接一個二階抗混疊低通濾波器。圖 310 即為二階低通濾波器電路，圖 311 即為電平偏移和比例電路。5D6R405KR115KR19R32C251000pFC311000pF32 6UoUi15V+15VLM324N圖 310 二階低通濾波器電路32 6R4120KR26R4320KR3910KR3310KC26D5D6VoVin Vout+5V+15V15V圖 311 電平偏移和比例電路 鎖相環(huán)電路所謂鎖相，就是使相位保持同步，能保持兩個電信號的相位同步的閉環(huán)系統(tǒng)稱為鎖相環(huán)（PLL） 。所謂頻率合成是指任意??46給定一個基準(zhǔn)頻率，把它變換成一系列新的頻率信號，但這些變換來的新的頻率的穩(wěn)定度和基準(zhǔn)頻率要保持相當(dāng) 。之所以??47要保持信號同步，是因?yàn)檫@樣做可以防止因采樣頻率與信號基頻不同步而導(dǎo)致的泄漏誤差。為了克服軟件同步采樣法的上述缺陷，這里采用的是由鎖相環(huán)倍頻電路實(shí)現(xiàn)的硬件同步采樣。??48其中，鑒相器 又稱相位比較器，作用是檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并??49將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換成 電壓信號輸出，該信號再經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓()vt控振蕩器的控制電壓 ，對振蕩器輸出信號的頻率實(shí)施控制。系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的是鎖相倍頻電路，其電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖 312 所示。工作頻率達(dá) 1MHz，具有相位鎖定狀態(tài)指示功能。VCO 能夠產(chǎn)生50% 的占空比的方波，輸出電平能夠兼容 TTL 和 CMOS 電平。當(dāng)兩者頻率不同時，壓控振蕩器的頻率能自動調(diào)整，直到與基準(zhǔn)頻率相同。環(huán)路鎖時為高電平，環(huán)路失鎖時為低電平。3 相位比較器輸入端，通常 PD 來自 VCO 的參考信號。5 VCO 禁止端，1 有效時控制信號輸入，高電平時禁止，低電平時允許壓控振蕩器工作。9 壓控振蕩器的控制端。 11 VCO 外接電阻 R1。13 PD2 輸出端，相位比較器 2 的輸出端，它采用上升沿控制邏輯。15 內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓二極管負(fù)極。電路的輸出頻率是輸入頻率的 128