TMS320F28335在電網頻率測量中的應用

本文提出了一種基于TMS320F28335 的頻率測量方法， 用于監測電力系統的電能質量。該方法采用DSP 的eCAP 模塊和通用定時器對輸入信號的上升沿進行捕捉， 通過記錄兩個上升沿的觸發時間得到輸入信號的頻率。與軟件測頻方法相比， 其硬件電路簡單， 可靠性高、實時性好。理論分析和實驗測試表明， 該方法測頻精度高， 很好的滿足了電能質量監測裝置的要求。

　　 引 言:

　　頻率是衡量電能質量的重要指標， 也是判斷電力系統故障的重要依據。一般情況下， 電力系統的頻率會隨著負荷的波動而有所變化。在正常情況下電網頻率變化緩慢，即使發生系統事故， 在很短的時間內( 如一個工頻周期) 電網頻率的變化量也是較小的。頻率測量若能不斷實時地測量電網頻率， 所測量的頻率誤差可減小到很小的程度。

　　數字頻率的測量方法主要有： ( 1) 測量電壓波形某一整數周波的時間， 從而計算頻率; ( 2) 利用波形識別或曲線擬合技術來估算頻率。后一種方法不能很好的抑制諧波分量， 計算量偏大， 要對每一周波都進行一次計算， 將會占用過多的處理器時間， 其不能兼顧計算精度與實時性。

　　而前者的測量精度受電壓過零點的影響較大。

　　本文提出通過過零檢測電路將電網基波整型成方波，用TMS320F28335( DSP) 的捕捉模塊對方波上升沿進行捕捉的頻率測量方法， 在一定程度上抑制了電壓過零點的影響， 有很好的測量精度和實時性。

　　1 通用定時器與捕捉模塊

　　TMS320F28335 是指令周期為6. 67 ns。主頻達150 MHz; 高性能的32 位CPU , 單精度浮點運算單元( FPU ) , 采用哈佛流水線結構， 能夠快速執行中斷響應。 并具有統一的內存管理模式。本文提出的測頻方法主要應用TMS320F28335 中的捕獲單元( eCAP) 和通用定時器( GPT ) 單元。

　　1. 1 通用定時器

　　通用定時器是TMS320F28335 常用的PIE 接口， 其核心是計數器， 32 位計數。通用定時器有多種工作模式，以滿足不同的需要。每個定時器可以獨立工作， 也可以相互同步工作。可以對寄存器事先設置來實現相應的功能。

　　全局通用定時器控制寄存器GPTCON A ( EVA 中) 和GPT CONB( EVB 中) 規定通用定時器在不同事件中所采取的操作， 并規定它們的計數方向。為了完成測頻所需要的功能， 需要設置GPT 的計數寄存器T xCN T、定時器比較寄存器Tx CMPR、定時器周期寄存器Tx PR 以及定時器控制寄存器T xCON ( x = 1, 2, 3, 4) 。

　　1. 2 捕捉模塊

　　eCAP 模塊是一個完整的捕捉通道， 能夠實現多個時間的捕捉任務， eCAP 單元結構如圖1 所示。

　　圖1 捕捉單元結構

　　TMS320F28335 有6 個捕捉單元， 分兩組， 每個捕捉單元都有一個專用的捕捉輸入引腳， 能夠對輸入引腳的電平變化做出反應并捕捉電平變化發生的時間。當引腳電平發生變化， 觸發事件將被觸發： 將指定的通用定時器的計數值壓到該捕捉單元的兩級FIFO, 當FIFO 的數據個數大于或等于2 時觸發捕捉中斷請求。中斷響應可以進行頻率的計算及其相應操作。