基于pci总线电力在线监测系统

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1、基于PCI总线电力在线监测系统　　摘要：电力系统在线监测系统是电力系统稳定控制、继电保护动作、事故分析等控制措施的基本环节。本文主要介绍了一套基于PCI总线的电力在线监测系统，着重在基于PCI总线的通信接口方面做了细致的描述。根据监测系统的设计原理，作者给出了监测系统的工作流程图，在文章的最后，作者总结了整个监测系统的性能以及优缺点。关键词：在线监测；数据采集；PCI接口；混合编程中图分类号：F407文献标识码：A1引言在日益庞大、自动化程度越来越来高的电力系统中，电力系统故障也呈现出多样化和复杂化的特点。对电力系统进行在线监测、快速识别故障、实时处理和录波已成为保证电力系统安全稳定运行的重要

2、环节。这就对电力系统中的监测系统在精度、实时性和可靠性等方面提出了严格的要求。基于此要求，笔者设计了一套基于PCI总线、16位分辨率的高速、高精度电力监测系统。在系统设计的硬件方面，笔者选用具有16位精度的AD976作为模数转换芯片，其最大转换速率为100kb/s。缓存器选用双口RAMIDT7133。采集系统的逻辑控制和计算由DSP8TMS320VC33-120完成。PCI接口功能由Altera公司提供的PCITARGET接口宏核逻辑pci_t32实现。在软件设计方面，上位机采用的是C语言；下位机采用了C语言和汇编语言混合编程的方式；PCI接口的驱动程序由WinDriver实现。针对在线监测系

3、统的工作要求，作者对系统的工作流程进行了相应的设计。电力在线监测系统的结构：2.1硬件部分——数据采集采集系统的整体结构如图1所示，本数据采集系统包含三个部分，分别是：模拟输入、数据采集、以及基于PCI接口的数据传输。模拟输入模拟输入部分由模拟开关、低通滤波器、采样保持器、多路开关和运算放大器组成。在模拟信号进入AD转换通道前对信号进行预处理，确保输入信号不超过AD转换器的输入范围。图1.采集系统原理图（2）数据采集部分数据采集部分由AD转换器、微处理器、双口RAM和状态寄存器构成。来自电力系统的模拟输入信号，经过采样保持器、多路开关和程控运算放大器后成为符合AD转换芯片AD976动态变化范围

4、的模拟信号，并输入AD976。AD976的输入范围为-5~+5V。8AD转换部分的逻辑控制和故障判断由高速微处理器TMS320VC33完成。选用高速DSP作为下位机的微处理器是充分考虑如到故障判断时，对一些暂态分量和高频分量计算的需要，如傅立叶变换、数字滤波等等。DSP具有强大的数字信号处理能力，提高了故障判断的快速性和准确性，而且16位的DSP与16位的AD、16位的双口RAM配合，可以对采样集数据进行整体的搬移，也提高了系统的工作效率。用双口RAM作为数据缓存器，可以实现DSP和上位机同时对缓存器的读写操作，提高通信速率。本系统选用容量大小为4k×16bit的双口RAMIDT7133作为数

5、据缓存器。采样的数据放入双口RAM，由DSP计数，双口RAM半满后DSP向上位机发送中断信号。状态寄存器存放的是DSP的工作方式控制字，由上位机写入。通过状态寄存器，可以实现上位机对DSP工作方式的控制。（3）PCI接口部分8PCI总线是高速同步总线，具有32bit的总线宽度，最大的传输速率为132Mbit/s。PCI总线接口相对其它总线接口来说是比较复杂的，它不仅有着严格的同步时序要求，而且为了实现即插即用和自动配置，PCI接口还必须有许多配置寄存器。目前市场上有一些专用的PCI接口芯片，如S5933、PLX9054等等，但使用S5933需要外部扩展FPGA来进行IO接口处理，占用面积较大。

6、而使用含有PCIMegaCore的FPGA芯片可以根据设计的要求自行设计接口功能，不仅降低了成本、提高了电路板的集成度，而且，通过在顶层的测试口，可以大幅度提高接口逻辑的调试速度。pci_t32是Altera公司提供的最简单的32位PCITARGET接口宏核逻辑，支持33MHz和66MHz的PCI时钟，其外围接线简单实用，在PCI总线一侧，各信号线符合PCI规范2.2版，系统上电后，通过PCI配置寄存器，双口RAM被映射到上位机的寄存器空间或I/O空间，上位机通过寄存器操作或I/O操作可以对双口RAM进行访问；在扩展总线一侧：l_adi[31:0]为地址、数据的输入端；l_dato[31:0]

7、、l_adro[31:0]分别为数据和地址的输出端；l_beno[3:0]为字节使能端；l_cmdo[3:0]为命令输出端；lt_rdyn为目标设备准备好信号线，与双口RAM的BUSY相连，避免上位机与下位机对双口RAM的同一地址单元进行操作；lt_irqn为目标设备的中断请求线，由DSP控制，lt_irqn有效时，上位机执行双口RAM的猝发读操作；lt_tsr[11:0]与目标设备的状态寄存器相