在進(jìn)行常規(guī)電量測(cè)量裝置的校驗(yàn)中，作為校驗(yàn)裝置，一定要對(duì)電壓、電流的幅值、頻率、相位等進(jìn)行高精度測(cè)量，在校驗(yàn)裝置中采用 TI 公司 DSP 器件 TMS320F206 控制 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字濾波處理，并把濾波處理后的數(shù)據(jù)傳送給微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理，實(shí)現(xiàn)了高精度電表校驗(yàn)的要求。

測(cè)量單元的組成及其功能

測(cè)量單元是作為系統(tǒng)的高精度標(biāo)準(zhǔn)表，要完成對(duì)交 / 直流電壓、電流的多個(gè)電量測(cè)量，測(cè)量的精度小于 0.05 級(jí)，測(cè)量單元采取插卡式設(shè)計(jì)，直接插入 IPC（工業(yè)控制微機(jī)）的 ISA 總線中使用。本單元結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

其中：A/D 轉(zhuǎn)換器采用 BB 公司的 ADS7805，這是 16-Bit，轉(zhuǎn)換頻率可達(dá) 100KHz，的高精度轉(zhuǎn)換器，芯片有 28 腳雙排直插式或貼片式封裝，轉(zhuǎn)換結(jié)果 16 位并行輸出，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以同時(shí)進(jìn)行，用它完成變換后的電壓、電流信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換;雙口 RAM 采用 CY7133-25，它是一個(gè)雙邊均 16 位數(shù)據(jù)位的 2KBRAM，兩邊可以分別對(duì)片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行存取，在電路中分別受 DSP 和 IPC 的控制，以實(shí)現(xiàn) IPC 和 TMS320F206 之間的數(shù)據(jù)交換;過零比較用 LM339，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流 v、I 的過零檢測(cè)，用于獲取計(jì)算頻率、相位差等數(shù)據(jù)的信號(hào)。

DSP 采用的是 TI 公司的 16-bit 定點(diǎn) DSP TMS320F206，運(yùn)算速度 40MIPS，是一種低功耗器件，采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，有 1 條程序總線和 3 條數(shù)據(jù)總線，流水線操作，有高度并行 32-bit 算術(shù)邏輯單元、16*16-bit 并行硬件乘法器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)和高度專業(yè)化的指令集，從而使該芯片速度高、操作靈活。片內(nèi)資源還有：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，可以對(duì)外接時(shí)鐘源進(jìn)行*1、*2、*4 和 /2 來產(chǎn)生 CPU 時(shí)鐘;片內(nèi)有 RAM4.5K，F(xiàn)lash32K，能夠適合于許多工程應(yīng)用，特別是 32K Flash 作為程序存儲(chǔ)器，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和程序的調(diào)試帶來很大方便;3 個(gè)外部中斷 INT1、INT2、INT;1 個(gè)同步串口和一個(gè)異步串口;1 個(gè)軟件可編程定時(shí)器;JTAG 掃描仿真接口（IEEE 標(biāo)準(zhǔn)），用來實(shí)現(xiàn)在線仿真測(cè)試;具有 4 個(gè)獨(dú)立可編程 I/O 腳（I/O0、I/O1、I/O2、I/O3），1 個(gè)輸出腳 XF 和 1 個(gè)輸入腳 /BIO。

由于 DSP 的取指和執(zhí)行能完全重疊運(yùn)行，再加上多級(jí)流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的 DSP 指令和快速的指令周期等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其數(shù)字處理速度大大提高，這也為 DSP 和外部電路和器件的接口提出了一些新的要求和問題，在設(shè)計(jì) DSP 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)必須要認(rèn)真考慮。

TMS320F206 和 ISA 總線的接口

考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的適時(shí)性和相對(duì)獨(dú)立性，TMS320F206 和 IPC 交換數(shù)據(jù)是通過雙口 SRAM 實(shí)現(xiàn)，接口電路如圖 2 所示。

這部分電路接口，主要需要考慮解決以下問題：

（1） DSP 對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫控制

TMS320F206 的地址線 A0-A10 分別和 CY7133 的 A0L-A10L 直接相連，F(xiàn)206 的 16 位數(shù)據(jù)線分別和 CY7133 的 IO L0-10 直接相連。由于采用了快速雙口 SRAM，無需考慮為 DSP 加入等待狀態(tài)，R//WE 直接接 RAM 的 R/W LU 和 R/W LL 進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫控制，CY7133 的片選信號(hào) /CEL 由 /DS 和 A15 組合產(chǎn)生，由圖可見 TMS320F206 對(duì) CY7133 的尋址范圍為 8000H-87FFH。測(cè)量單元用了 3 片 TMS320F206 組成 3 路相同的測(cè)量電路對(duì)三相電路分別測(cè)量（圖 2 中只畫出 1 路）。

（2） IPC 對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫控制

IPC 通過 ISA 總線對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫控制，直接用存儲(chǔ)器尋址的方法進(jìn)行讀寫。 ISA 總線有 A0-A19 根地址線，可以直接尋址 00000-FFFFFH，其中 C8000-EFFFFH 保留給用戶，可以作為存儲(chǔ)器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)使用。本電路 IPC 對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫控制中，地址線、數(shù)據(jù)線、存儲(chǔ)器讀（/OE）和寫（/MEMW）控制線的連接如圖 2 中所示，其譯碼電路譯碼得到的 3 組地址選擇信號(hào)，D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH 分別用來作為 3 路雙口 RAM 的片選信號(hào)。

（3） 避免兩邊對(duì)同一單元同時(shí)進(jìn)行讀 / 寫操作

因?yàn)?DSP 和 IPC 對(duì)雙口 SRAM 的讀 / 寫是隨機(jī)的，在使用中有可能兩邊同時(shí)對(duì) SRAM 的同一單元進(jìn)行讀寫操作，從而引起讀寫數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。CY7133 兩邊有 /BUSY 信號(hào)，當(dāng)兩邊器件同時(shí)訪問同一存儲(chǔ)單元時(shí)，信號(hào) /BUSY 有效，表示有一個(gè)訪問沖突發(fā)生。為了能夠處理好訪問沖突，如圖 3，/BUSYL 信號(hào)接 TMS320F206 的 READY 引腳，當(dāng) READY 為低，表示 IPC 已經(jīng)在對(duì) CY7133 的同一單元讀或?qū)?，TMS320F206 應(yīng)稍作延時(shí)再對(duì)該單元操作;三路 CY7133 的 /BUSYR 信號(hào)經(jīng)過一個(gè)與門接到 ISA 總線的 10 號(hào)中斷 IR10，任一路 /BUSYR 有效，即向 IPC 發(fā)出中斷，表示 DSP 已經(jīng)在對(duì) SRAM 的同一單元讀或?qū)懀琁PC 應(yīng)稍作延時(shí)再對(duì)該單元操作，這樣就實(shí)現(xiàn)了 TMS320F206 和 IPC 進(jìn)行正常的雙口存儲(chǔ)空間訪問。需要注意，/BUSY 引腳必須接上拉電阻才能正常工作（圖中從略）。

DSP 和被測(cè)量信號(hào)的連接

系統(tǒng)的被測(cè)量信號(hào)主要是電壓、電流的幅值、頻率和相位。頻率和相位測(cè)量通過比較器接入 TMS320F206 的中斷引腳，再配合內(nèi)部的定時(shí)器即可以測(cè)量和處理，這里不再多述。幅值的測(cè)量就是要對(duì)已經(jīng)按精度要求和按比例變換減小后的電壓電流信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量。為了發(fā)揮 DSP 的特點(diǎn)，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行高速采樣和濾波處理，用 2 片 ADS7805 同時(shí)分別對(duì)變換后的電壓電流信號(hào)采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換，然后讀取并進(jìn)行數(shù)字濾波處理，A/D 轉(zhuǎn)換及測(cè)量電路如圖 3 所示。ADS7805 轉(zhuǎn)換結(jié)果以補(bǔ)碼表示，最高位為符號(hào)，15 位數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)際分辨率可達(dá)到 1/32767。由于對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制和讀取是屬于 I/O 操作，所以用 TMS320F206 的 I/O 控制信號(hào) /IS 和地址線組合譯碼，電路中，當(dāng) TMS320F206 對(duì)地址 7XXX 進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)同時(shí)啟動(dòng) 2 路 ADS7805 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換;當(dāng)對(duì)地址 2XXX 進(jìn)行輸入，將讀入被測(cè)電 壓 v 的轉(zhuǎn)換結(jié)果;當(dāng)對(duì)地址 4XXX 進(jìn)行輸入，將讀入被測(cè)電流 i 的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

結(jié)束語

本文接口電路已成功用于高精度電表校驗(yàn)系統(tǒng)，完全改變了傳統(tǒng)的微機(jī) - 單片機(jī)的上、下位機(jī)進(jìn)行串行通信的校驗(yàn)系統(tǒng)方式，充分利用了微機(jī)原有的軟、硬件資源，發(fā)揮了 DSP 在數(shù)字信號(hào)快速處理上的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，成為生產(chǎn)廠家生產(chǎn)與推廣新一代產(chǎn)品。