本設(shè)計(jì)利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)數(shù)字信號(hào)強(qiáng)大的處理能力,對(duì)交流電壓與頻率進(jìn)行測(cè)試,、分析與計(jì)算,,以達(dá)到對(duì)中頻電源性能進(jìn)行評(píng)估的目的。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)硬件框圖
系統(tǒng)的硬件框圖由4部分組成:電壓信號(hào)調(diào)理模塊,、頻率信號(hào)調(diào)理模塊,、DSP2407最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊,系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示,。被測(cè)信號(hào)(電壓信號(hào))經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊降壓濾波后,,接至DSP的ADCIN00端進(jìn)行信號(hào)采集與A/D轉(zhuǎn)換,而被測(cè)信號(hào)(頻率信號(hào))經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊降壓,、濾波且轉(zhuǎn)化為同頻方波后,,接至DSP的CAP端進(jìn)行捕獲。DSP2407是整個(gè)系統(tǒng)的核心,,其功能則是接收A/D端和捕獲CAP端的信號(hào),,對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算,最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)顯示,。
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1.2 信號(hào)調(diào)理模塊
被測(cè)信號(hào)電壓為-115~115V,,而DSP的輸入要求則是0~3.3 V,因此需對(duì)被測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理,。被測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)降壓,、濾波等處理后,才能進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,。電壓信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示,。
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圖2中電壓傳感器選用的是精密電壓互感器SPT204A,輸入額定電流為2 mA,,額定輸出電流也為2 mA,。電壓互感器的輸入端需調(diào)節(jié)R1使輸入電流為2 mA,而互感器的輸出端是電流/電壓轉(zhuǎn)換電路,,調(diào)節(jié)反饋電阻R2與R3可得所需電壓,。2個(gè)反接二極管起保護(hù)放大器的作用。該互感器的特點(diǎn)是電磁隔離,、精度高,、無(wú)漂移,而且對(duì)干擾具有很好的抑制作用,。濾波部分為一階低通濾波器,,目的是消除對(duì)系統(tǒng)影響較大的高頻信號(hào),。被測(cè)信號(hào)經(jīng)電壓互感器調(diào)理后,轉(zhuǎn)化成-3~3 V的電壓信號(hào),,而DSP2407自帶的A/D轉(zhuǎn)換器是單極性的,,因此在互感器電路后接電壓抬升電路,進(jìn)一步調(diào)整電壓信號(hào),,將其轉(zhuǎn)化為0~3 V的電壓信號(hào)后,,再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
頻率信號(hào)調(diào)理模塊的降壓濾波部分與電壓信號(hào)調(diào)理電路基本一致,,只是不需再將電壓信號(hào)抬升,,而是需經(jīng)過(guò)電壓比較器LM311將正弦電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號(hào),最后通過(guò)分壓電路進(jìn)一步調(diào)整幅值,,使其適合DSP捕獲端的輸入范圍,。進(jìn)一步調(diào)理電路如圖3所示。
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1.3 液晶顯示
液晶顯示器(LCD)是提供友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)信息人機(jī)交互的關(guān)鍵器件,。由于LCD具有低功耗,、體積小、質(zhì)量輕等諸多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),,它成為測(cè)量結(jié)果顯示和人機(jī)對(duì)話的重要工具,。本系統(tǒng)選用的SPRT12864M液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣的圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。
DSP2407與LED之間的接口電路如圖4所示,。其中DSP的IOPE0~I(xiàn)OPE7用作數(shù)據(jù)接口,,與LCD模塊的數(shù)據(jù)線DB0~DB7相連,完成與LCD間的數(shù)據(jù)傳送;IOPC0與RS(CS)相連,,為指令/數(shù)據(jù)選擇位,,H為數(shù)據(jù)選擇位,L為指令選擇位;IOPC1與R/W腳相連,,為讀/寫選擇位,,H為寫信號(hào),L為讀信號(hào);IOPC2與E相連,,工作狀態(tài)使能;RET是液晶顯示模塊的復(fù)位端,,直接連接到DSP的復(fù)位引腳RS,當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí),,LCD同時(shí)復(fù)位;VDD接+3.3 V輸入電源,。
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2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
DSP是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心,而軟件編程又是這一核心的靈魂,。整個(gè)DSP系統(tǒng)在Code Composer Setup編譯環(huán)境下開(kāi)發(fā),,采用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言相結(jié)合的編程方式,完成對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。
2.1 電壓數(shù)據(jù)采集子程序
電壓數(shù)據(jù)采集是直接通過(guò)TMS320LF2407自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)實(shí)現(xiàn)的,。首先對(duì)ADC進(jìn)行初始化,,確定ADC通道的級(jí)聯(lián)方式,采樣時(shí)間窗口預(yù)定標(biāo),,轉(zhuǎn)換時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)等,。然后啟動(dòng)ADC采樣,對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集,,采樣8次,。由于得到的數(shù)據(jù)被默認(rèn)存儲(chǔ)到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(RES-ULT0~7)的高10位中,因此定義1個(gè)數(shù)組,,將RESULT n中的值經(jīng)過(guò)移位還原后存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)組中。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后,,則轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序,,對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。電壓信號(hào)數(shù)據(jù)采集子程序的流程圖如圖5所示,。
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2.2 頻率數(shù)據(jù)采集子程序
交流電壓頻率的采集是通過(guò)DSP2407的捕獲引腳,,對(duì)頻率信號(hào)調(diào)理模塊輸出的方波上升沿時(shí)的時(shí)鐘進(jìn)行捕獲得到的,然后在頻率采集信號(hào)數(shù)據(jù)處理部分根據(jù)相鄰時(shí)鐘差值求出其對(duì)應(yīng)的頻率值,。頻率信號(hào)數(shù)據(jù)采集子程序流程如圖6所示,。
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3 結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)是基于DSP的中頻電源測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì),構(gòu)建了以DSP為控制核心的測(cè)試系統(tǒng),,并對(duì)電壓互感器SPT204A的外圍電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn),,對(duì)交流電壓輸出與所需輸入建立了一種平臺(tái),提出了一種電壓信號(hào)調(diào)理的新思路,,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,,性能良好等優(yōu)點(diǎn),可推廣使用到其他中頻軍用設(shè)備以及民用設(shè)備的系統(tǒng)測(cè)試中,。