输配电网电能质量在线监测研究

（论文）

3与键盘显示模块一起共同完成键盘输入与LCD显示等人机交互功能； ○

4提供通信接口进行数据传输。 ○

（3）CPLD逻辑控制模块

CPLD是整个系统的逻辑控制核心，选用的是Altera公司的EPM240T100,其主要功能为： 1对DSP输出的地址译码后产生外围电路的片选信号，包括A/D转换电路、LCD电路、○

485控制电路、USB控制电路和以太网控制电路的片选信号；

2CPLD内部设计了按键状态寄存器，供DSP读取按键状态； ○

3CPLD内部设计了外部中断状态寄存器，使DSP可以采用查询方式执行中断处理程序； ○

4CPLD内部设计了外设控制寄存器，可通过写该寄存器控制外设电路的操作。 ○

（4）键盘及液晶显示模块

键盘及液晶显示模块实现了系统的人机交互功能，它的主要作用有： 1通过按键可以执行设置参数、选择显示内容、发送数据等操作； ○

2LCD可以实时显示监测到的电能质量指 ○（5）外扩存储模块

外扩存储模块包括外扩RAM和外扩FLASH，其作用分别为：

1外扩RAM可以存储采集到的信号以及相应的计算结果； ○

2外扩FLASH可以存储DSP程序、固定的数据表格和固定参数。 ○（6）通信模块

为了加强对运行状况的监控，实现智能化的管理，本系统设计了通信模块，它包括四个通信接口：

1利用DSP芯片本身自带的两个SCI通信接口分别用于RS232通信和RS485通信； ○

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（论文）

2设计了USB通信接口，可以将数据存入移动存储盘； ○

3设计了以太网通信接口，可以实现对电能质量的远程监测，提高了系统网络化水平。 ○

4.3 系统主CPU选型分析

本文设计的电能质量在线监测系统，采用高性能DSP处理技术，高速实时采集指定线路的三相电流和电压模拟信号，在A/D转换后输入到DSP芯片中对数据进行实时分析处理，计算电网的各种电力参数，分析电网的电力质量信息，并将监测数据就地存储或通过通信接口进行通信传输。选择DSP芯片，必须在电能质量在线监测仪的实际监测需求的前提下，结合DSP芯片的运算速度、计算精度、片上存储器的大小、I/O接口性能、编译器和实时操作系统、片上可编程时钟等指标，因此，综合各方面情况，本文选用TMS320F2812定点DSP芯片作为系统的主CPU。[13]

TMS320C28x系列是TI公司最新推出的DSP芯片，是目前国际市场上最先进、功能强大的32位定点DSP芯片。它既具有数字信号处理能力又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制能力。特别适用于大量数据处理的测控场合，如工业自动化控制和电力电子技术应用等。

TMS320F2812定点DSP芯片的主要性能指标如下： (1)高性能静态CMOS技术

·工作频率150MHz（时钟周期6.67ns） ·低功耗(核心电压1.8V,I/O口电压3.3V) ·Flash编程电压3.3V (2)高性能的32位中央处理器

·16位×16位和32位×32位的乘累加操作 ·16位×16位的双乘法累加操作 ·哈佛总线结构

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（论文） ·代码高效(支持C/C++或者汇编语言) ·与TMS320F24X/LF240X处理器的源代码兼容 (3)片内存储器

·128K×16位的Flash存储器 ·1K×16位的OTP型只读存储器

·L0和L1：两块4K×16位的单周期访问RAM(SARAM) ·H0：一块8K×16位的单周期访问RAM(SARAM) ·M0和M1：两块1K×16位的单周期访问RAM(SARAM) (4)外部存储器扩展接口XINTF(仅TMS320F2812具有) ·最多1MB字的寻址空间 ·可编程等待周期

·可编程读/写选择时序 ·三个独立的片选信号 (5)三个外部中断

(6)外部中断扩展(PIE)模块

·可支持96个外部中断（当前只使用了45个中断） ·3个32位的CPU定时器 (7)电机控制外围设备 ·两个事件管理器(EVA,EVB) ·与C240X系列兼容的器件 (8)串口外围设备 ·串行外设接口(SPI) ·两个UART接口模块(SCI) ·增强的eCAN2.0B接口模块

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（论文） 5 电能质量在线监测系统硬件设计

5.1 系统整体电路[14]

TMS320F2812对于片内的各个部件采用了独立的电源供给方式：内核采用1.8V供电，I/O和Flash编程采用3.3V供电。采用以上的供电方式，可以减小DSP的功耗。系统采用30MHz外部时钟输入，经内部PLL倍频后可得最高时钟频率：150MHz。CS1、CS2、CS6为外部扩展存储空间XINTF的片选信号，分别用于扩展CPLD中的外设寄存器、FLASH存储器和RAM存储器。RD,WR为外扩存储空间的读写信号；D[15..0]和A[18..0]为外扩存储空间的数据线和地址线；EMU1、EMU0、TCK、TDO、TDI、TRST、TMS为JTAG电路信号。T2PWM为事件管理器EVA的通用定时器T2的输出，用于定时启动A/D转换，PWM1为事件管理器EVA的通用定时器T1的PWM

输出,用于为A/D芯片ADS8364提供时钟信号；INT1为F2812的外部中断，接A/D的转换完成信号EOC，当A/D转换完成时触发外中断INT1，由DSP读取转换后的数据。RXA/TXA和RXB/TXB为F2812自带的两组SCI串口通信接口，其中，RXA/TXA用于RS232串口通信，由MAX3232芯片进行电平转换，RXB/TXB用于RS485通信,由MAX3485芯片进行电平转换；RTL8019和SL811HS分别为以太网通信和USB通信控制芯片。CPLD为系统中外围电路逻辑控制芯片，主要作用是实现对外围电路的片选控制，包括对A/D芯片、MAX3232芯片、MAX3485芯片、RTL8019芯片、SL811HS芯片和LCD电路的片选控制功能。系统整体电路结构框图如图5-1所示。

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