基于鎖相環與雙AD7865的交流采樣技術及其應用

3 電壓電流調理電路設計
根據原理設計的電壓調理電路如圖3所示。
設計中采用2 mA／2 mA電流型互感器TV1013-1，采樣電阻為220 kΩ，最大可測電壓有效值為440 V；調節滑動變阻器大小，通過信號濾波、電壓抬升、功率放大將待測信號轉化為0～5 V的電壓信號Uout，作為A／D芯片的輸入信號；同時采用過零比較法使Uout與抬升零點比較產生工頻方波信號，作為鎖相環電路的輸入信號。
電流采集電路與電壓采集電路相似，只是電流信號衰減部分使用了sensor系列精密電流互感器CHG-200E與TA1905-4組成的兩級電流互感器，轉化比例為20 A／1．25 mA，并且去掉了采樣電阻。具體電路如圖4所示，電壓抬升電路省略；Iout為0～5 V的電壓信號，輸入A／D芯片。

4 TMS320LF2407與雙AD7865的接口設計
4．1 接口電路設計
在交流采樣系統設計中，要求精度為0．2％～0．5％，但TMS320LF2407的10位A／D轉換芯片的采樣精度為1／1 024，近乎0．1％，但考慮到電路中的其他環節的誤差，已很難做到0．2％。為了適應采樣法電力參數測量中同時采樣多路輸入信號及對電壓需較寬的測量范圍的要求，為此，本系統采用外接A／D的方法，通過TMS320LF2407控制外部AD7865轉換器對三相交流電壓、電流等電力參數進行交流采樣。
TMS320LF2407是TI公司推出的一種面向數字控制系統開發的新型可編程DSP控制器。它將一個高性能的16位、定點、低功耗DSP核和許多功能外設集成在單芯片上，提供了較高的集成度和較強的運算能力，采用先進的哈佛結構和多總線形式，外加4級流水線操作，使大多數匯編指令能在一個機器周期內完成。AD7865是美國AD公司推出的14位4通道高速A／D轉換器。其最快采樣速度為每通道2．4 μs；具有4路同步采樣輸入及4個跟隨／保持放大器；可單電源(+5 V)工作；具有寬輸入范圍(最大為±10 V)，低功耗和輸入過壓保護等功能。根據調理電路設計的具體要求，這里選擇AD7865-2型A／D芯片，其輸入的模擬電壓范圍為0～5 V。
對于功率的計算，由式(5)可知，im和um必須為同一時刻的電流、電壓采樣值。為了簡化軟件算法，消除電壓、電流依次采樣的時間差，采用適當的硬件連接，用一條操作指令同時啟動兩片AD7865，同時采樣對應的三相電壓和電流，使得im，um為同一時刻的采樣值。
如圖5所示為TMS320LF2407與雙AD7865的接口電路原理圖，沒有涉及到的管腳未畫出。

兩片AD7865的14位數據總線D0～D13均可直接連接到DSP的數據總線上；由鎖相環電路產生的采樣脈沖連接兩個AD7865的引腳，采樣脈沖的上升沿將啟動A／D轉換；兩片AD7865的寫控制線直接連接到DSP的線上；而DSP的與D15相或連接到AD7865(1)的、與相或連接到AD7865(2)的。為了方便讀出A／D轉換數據，兩片ADC的片選套用常規方法，由連續地址線譯碼所得，若在地址0xA 000H～0xA007H范圍內AD7865(1)有效，而AD7865(2)的片選則在0xA008H～0xA00FH地址范圍內有效。兩片AD7865的BUSY信號相或后連接到DSP的端，XINT1為低電平時，表明兩片AD7865的A／D轉換都已完成，輸出數據已準備好，系統可采用查詢方式依次讀取兩片AD7865中的A／D轉換結果。