基于DSP的繼電保護測試儀信號采集裝置硬件系統設計

2.4 同步信號獲取與識別電路設計

為了實現A／D轉換器的交流同步采樣，本方案的設計電路如圖5所示。方案選用多個OPA2277和比較器MAX998來組成信號的獲取與識別電路，從而克服了非整周期采樣帶來的頻率泄露誤差，實現嚴格的同步采樣和等間隔采樣。圖5中，K3C為繼電器，用作開關使用，用來通斷選擇獲取的一路交流電壓信號和一路交流電流信號。 OPA2277組成放大和濾波電路。二極管D2，D3的作用是保護比較器MAX998，防止電壓過大而擊穿MAX998。

2.5 DSP系統的設計

DSP系統主要由DSP芯片、電源電路、時鐘電路、仿真和測試電路組成。由于TMS320F2812的電源系統既有3.3 V的數字和模擬電源，又有1.8 V的數字電源，電源的安全和可靠是系統運行的根本保證，所以需要將常用的5 V電源轉換成3.3 V和1.8 V電源。本設計選用TI公司的TPS767D318作為電源芯片，該芯片是專門為DSP的應用而設計的，可以提供3.3 V和1.8 V兩路電壓輸出，其中每路輸出均可提供最大為1 A的電流。TPS767D318同時具有電壓監測功能。電源電路的設計如圖6所示。此外，DSP的每個電源和地引腳不能懸空，數字模擬地要分離設計。

由于本系統對時序的要求比較敏感，所以本系統的時鐘電路選用3.3 V工作電壓的外部有源晶振。該有源晶振相對無源晶振信號質量更好，而且比較穩定，連接方式相對簡單。通常的用法是：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。

在對DSP系統進行硬件仿真時，可以通過JTAG邊界掃描接口對DSP內部的數據存儲器、程序存儲器和控制寄存器進行在線監控，并能在TMS320F2812的開發環境CCS中把程序下載到DSP芯片進行硬件仿真。JTAG接口的原理圖如圖7所示。

2.6通訊模塊設計

目前，數據采集系統多以ISA，EISA或 PCI插卡的形式完成數據的傳輸，這些方式存在著開發調試比較困難、安裝麻煩以及通用性和可移植性差等缺點，而且PC機上的插槽數量、地址、終端資源有限，導致這種方式的可擴展性差。目前，廣泛應用的USB總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優點，已成為計算機接口的主流。本文選用專用的USB接口芯片來完成DSP與PC機的數據傳輸。USB 2.0芯片選用Philips公司的ISP1581。ISP1581與TMS320F2812的連接電路圖如圖8所示。ISP1581在上電時，通過 BUS_CONF，MODE0，MODE1對接口進行設置，本設計中BUS CONF通過電阻連接至高電平，ISP1581工作在通用處理器模式，AD[0～7]是8位地址總線，DATA[0～15]是獨立的數據總線。MODE0 設為1，因此讀寫選通信號為8051類型。TMS320F2812的XCS0AND1作為ISP1581的片選信號。RREF引腳通過12 kΩ的精密電阻接地，提供精確的鏡像電流。RPU引腳通過1.5 kΩ電阻器上拉。

3 結語

研制了一種基于DSP技術的繼電保護測試儀信號采集裝置，以便檢定繼電保護測試儀的性能指標是否滿足設計要求。文中重點介紹了數據采集裝置的整體架構、基于DSP的數據采集裝置的硬件組成和電路設計。該數據采集裝置可以精確采集繼電保護測試儀的各項數據，為繼電保護測試儀的檢定裝置奠定了技術基礎。