基于DSP的数据采集与处理系统的设计

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1、万方数据第27卷第159期电力系统通信·70·206年1月10日TelecommunicationsforElectricPowerSystemV01．27No．159Jan．10，2006基于DSP的数据采集与处理系统的设计张菊，张淑娥(华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071000)摘要：基于数字信号处理(DSP)的数据采集系统相对于基于单片机的数据采集系统更能够满足电力系统在精确度和实时性方面的要求。文章自行设计了一个基于DSP的数据采集与处理系统，对DSP芯片TMS320LF2407和A／D转换芯片A

2、DS8364的特点做了介绍，重点阐述了ADS8364的硬件设计以及与DSP的接口电路。此系统主要完成电力系统中模拟信号的精确采集，实时监测电力系统的运行状况，在故障时可向上位机报警，同时记录下实时运行数据。这种高效的数据采集与处理系统，可广泛地应用于各种智能仪表、自动化控制设备中，有着非常好的市场应用前景。关键词：数字信号处理；ADS8364；数据采集中图分类号：TN911．72文献标识码：B文章编号：1005—7641(2006)01—0070—040引言在电力系统中，对三相电压、三相电流精确快速地采集、计算和

3、存储，是进行数字信号处理分析、电能质量分析、故障类型分析、故障位置分析等的基础。要完成这些功能，不仅要求CPU的处理速度快，而且对A／D的转换速度和精度也有一定的要求。传统的数据采集与处理多采用单片机实现。但单片机自身的结构特点限制了它的处理速度和精度，尤其在数字信号处理方面，大量的乘和累加计算会大大地影响系统的性能。所以随着数字信号处理(DSP，DigitalSignalProcessing)技术的出现，特别是近几年DSP芯片的价格不断下降和其开发工具日臻成熟，人们越来越多地选择DSP处理器取代单片机作为单片控

4、制系统的核心，采用TMS320LF2407和ADS8364完成高速、高精度的数据采集。TMS320LF2407的单指令周期只有25ns，ADS8364是16位A／D转换器，转换时间最少可达3．2肛s，该系统在实时性和精度方面比较适合电力系统中高精度数据采集处理的需要。1基于DSP的数据采集与处理系统设计1．1系统的主要功能(1)采集计算三相电压、三相电流的值。(2)实时监测电力系统运行状况。收稿日期：2005—05—10；修回日期：2005—06—09(3)以月为周期，记录电力系统运行不正常时的值，包括各相电压越

5、上限时间、各相电压越下限时间、各相电压缺相时间、各相电压越限值、各相电流过负荷时间、各相电流过负荷值、停电时间、停电次数等，并主动上报事故告警。其中，电压的上限、下限值和电流的过负荷值可修改。(4)可通过RS一232标准串行口和上位机通信，数据格式和功能应符合电力系统的101规约；大量的数据传输则可采用USB总线接口。硬件整体框图如图1所示。l三相电压互感嚣三相电压互感嚣Il低通滤波嚣低通滤波嚣I隔离运放I【kDS8364lI^D控制信号lTE320LP2如7ll脉冲量■出ll璐B接口PDIUSBDl2I串口接口

6、]1．』I】【2021图1硬件整体设计Fig．1HoHsticdesignofhardware此系统硬件设计是以TMS320LF2407为核心，它虽自带A／D转换器，但其转换精度只有10位，且转换速度也不高(500BS)，为了实现更高的速度和精度，选择了ADS8364。此次设计采用10M外万方数据·设计与开发·张菊，等基于DSP的数据采集与处理系统的设计·71·部晶振，外扩了64kRAM。预留了2个开关量的输出，以满足一定的控制功能。在模拟量输入前向通道中，分别将电压信号、电流信号输入电压互感器和电流互感器(互感

7、器的输出均为一5一+5V)，再经过低通滤波器、运算放大器以及电平平移电路，输入到ADS8364(电压为0～+5V。芯片MAX202和PDIUSBDl2分别驱动RS一232标准通信和USB总线接口。1．2TMS320LF2407简介TMs320LF240x是DSP控制器24x系列的新成员，是TMS320C20001”平台下的一种定点DSP芯片。它集成了数字信号处理和电机运动的数字化控制功能，是高效、高精度的数字控制器。TMS320LF2407DSP的特点是采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3．3V，减少了

8、控制器的功耗；40MI／s的执行速度使得指令周期缩短为25as；16bit地址总线和16bit数据总线，可扩展的外部存储器总共192kbit的空间(64kbit程序存储器空问，64kbit的数据存储器空间，64kbitI／O寻址空间)；片内有高达32kbit字的FLASH程序存储器，为多种用途的产品提供了经济的可编程解决方案，256kbit字的引导ROM，使在线编程更加方