基于DSP和高速AD的電力系統多通道同步采樣

外部的25 MHz振蕩器通過倍頻芯片和二進制計數器分別對DSP和AD轉換器提供同步的150 MHz和3．125 MHz工作時鐘。

DSP在上電復位以后，首先通過EDMA方式自動加載Flash前1 kB的Bootload程序，在該Bootload程序里寫入后續加載程序的入口地址，即可實現應用程序的自動加載工作。之后對SDRAM進行自檢，以避免SDRAM單元出錯造成工作不正常或數據出錯，同時SDRAM也是DSP存儲A／D采樣數據、進行數據運算輸出的中間及最終結果、通信等數據緩存的場所。

FRAM可以實現在失電下保存數據，并且讀寫次數超過1012次，可以實現無延時寫入。該FRAM通過DSP的McBSP接口相連，存儲ADC每個模擬通道的DC偏移、精度修正的數據以及運行時的接線方式等參數。
DSP處理完成的數據，通過其內部集成的主機接口(HPI)與上位機進行數據交互，主機可以通過DMA或EDMA方式隨機或整塊地訪問共享RAM7。

2 采樣系統的軟件設計
系統的軟件設計基于TMS320C6711D芯片指令集，充分利用其高速，支持浮點運算，流水線操作等特點，采用C語言和匯編語言混合編程，遵循模塊化、自頂向下、逐步細化的編程思想。程序使用模塊化設計，主要包括采集模塊、主循環模塊和HPI交互協議模塊3大模塊，流程框圖分別如圖5～圖7。

主循環模塊中首先對DSP的CPU和外設進行初始化和自檢，DSP在系統初始化以后一直輸出軟件同步信號，由CPLD來判斷選擇ADC的采樣信號為硬件輸出的同步采樣信號還是DSP輸出的采樣信號；并將自檢結果存放在HPI交互協議模塊的自檢結果區供擴展MCU讀取。

在中斷服務子程序中，DSP將ADC轉換后所得數據讀入所分配的數據緩沖區，待總采集時間到后，以數據就緒標志通知主循環模塊可以提取數據用于計算。主循環模塊對數據進行處理，再調用各計算子程序，計算電力系統基本量以及電能質量其他各項指標，并將計算結果存放在緩沖區內，當一個主循環完成后再將結果搬運至HPI的數據交互區供擴展MCU進行讀取。程序框圖如圖5～圖7所示。

3 結束語
本系統已經通過各種功能測試，并在國內某知名電表公司的電能質量監測儀產品上成功使用，精確檢測電壓電流有效值、功率、2～50次電壓電流諧波的有效值、相位、電壓波動與閃變、三相不平衡等各項電能質量參數，基本精度達到0．2級，諧波監測精度達到A級。該設計方案使用方便、實時性好、抗干擾能力強、測量精度高、性價比優，可在電力系統中廣泛應用。