基于dsp的自适应数据采集卡前向通道的实现

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1、基于DSP的自适应数据采集卡前向通道的实现

2、第1lunplingCardXiaoYunanSongYuanshen(Theschoolofelectricengineeringoforeoveritbrieflyexplainstheadaptivesamplingcourseofpofaultrecorderdevice.KeyS320VC33；datasampling；ADS7864；adaptive0引言前向通道是数据采集卡的关键部分，直接影响着数据采集卡的性能。它的合理设计能提供预期的采样速度，提高模/数转换精度，简化电路，增强电路抗干扰性能。它主要包括传感器、信

3、号调理系统、A/D转换芯片。其中A/D转换芯片是整个前向通道的核心。电力系统故障录波装置是一种广泛用于电力系统的可在系统发生故障或扰动时对电网参数(三相电压、三相电流、有功功率、无功功率及频率变化)进行精确记录，并实现实时监测与精确计算的装置。它要求将故障数据采集过程按时间先后分为A、B、C、D、E五段，并且每一段对采样率和采样时间的要求都不同。为此我们选择高精度浮点DSP芯片TMS320VC33作为数字处理器，并设计了以六通道输入高速A/D转换器ADS7864为核心的前向通道，以实现采样率和采样时间的自动调整。1数据处理单元TMS320VC33是TI公司在TMS320C

4、31基础上新近推出的TMS320C3X系列新一代浮点DSP芯片。其价格降低较多，性能却大有上升，是目前性价比最高的浮点运算DSP芯片。考虑到以下因素我们选择它作为故障录波装置的数字信号处理器。1)具有高速的浮点运算能力，其中TMS320VC－150型在13ns单周期指令执行时间时为150MFLOPS和75MIPS；而TMS320VC33—120型在17ns单周期指令执行时间时为120MFLOPS和60MIPS。在很大程度上满足了故障录波装置对信号处理速度的要求，保证了信号处理的实时性。2)带有32位的高性能CPU，可进行16/32位整数和32/40位的浮点操作。可对故障录

5、波装置所记录的各项电网参数进行精确的计算与分析，提高了计算与分析结果的可靠性。3)具有24位地址线，可寻址空间高达16M，提供了充足的地址空间供外扩数据和程序存储器所用。合理安排数据存储空间与程序存储空间所占的份额，可以提供充足的地址空间。当系统连续发生大扰动时，应能无遗漏地记录每次系统大扰动发生后的全过程数据，有利于全面而准确地监测电网运行情况。4)具有8/16/32位程序引导装载功能。可以方便地将外部的慢速EPROM或其它标准器件中的程序装载到快速的片内RAM或片外SRAM中来运行。省去了昂贵的快速EPROM，同时也减化了硬件设计、降低了成本。5)改进了指令集，可支持

6、两个或三个操作数指令，增加了条件调用和条件返回指令，并能实现零开销循环和单周期分支。这在简化软件设计的同时缩短了指令和程序的长度。符合故障录波装置对信号处理速度和数据存储容量的要求。2AD转换单元ADS7864是德州仪器公司最新推出的快速六通道全差分输入的双12位A/D转换器。我们选取它作为采样装置的模数转换芯片。它有以下特点：1)具有六路输入通道。其六路通道被分为三对，分别对应电力系统中的三相。特别适用于电网监测及电机控制。2)可以以500KHz的采样速率同时进行六通道信号采样。故障录波装置要求能记录因短路故障或系统误操作引起的线路电流、电压暂态过程，其采样频率不低于5

7、KHz。ADS7864最大限度满足了装置对快速故障记录的要求。3)三个保持信号输入端(HOLDA、HOLDB、HOLDC)用来选择输入的多路开关并启动A/D转换。用软件控制保持信号的频率，可实现采样速率和采样时间的自行调节。以满足故障录波装置对五个时段的不同要求。lunS320VC33的数据采集卡的前向通道的实现框图：3.1抗混迭滤波器在电力系统微机继电保护中最常用的是基波及2－5次谐波，根据奈奎斯特抽样定理，为了防止频域混叠，采样频率必须高于其最高频率的2倍，在工程实际中通常取3－5倍，因此在采样卡前向通道中要加入抗混叠滤波单元。经过此滤波单元后，模拟量中的高频分量被滤

8、去，可直接进入AD转换器中转换为数字信号。3.2ADS7864与TMS320VC33的具体连线采用两片ADS7864可对两回线上的电网参数进行采样转换，每一片ADS7864对应一回线上的三相电压、电流信号。合理地对硬件电路进行设计可将两片ADS7864当作一个整体使用。图2为ADS7864与TMS320VC33之间的连线。1)由于TMS320VC33的数据线宽度为32位，而ADS7864数据线宽度为16位，可以将两片ADS7864的数据线分别接在TMS320VC33数据线的低16位和高16位上。然后利用软件将读入的数据进行分离