嵌入式金属氧化物避雷器测试仪的设计

　　金属氧化物避雷器(MOA)测试仪是用于变电站、发电厂和实验室测量金属氧化物避雷器的阻性电流、有功损耗和全电流的专用仪器。本文采用嵌入式系统的设计思想设计金属氧化物避雷器测试仪，硬件采用 32 位 ARM 处理器配合 DSP 处理器的双核结构;核心算法由 DSP 实现，并引入实时多任务嵌入式操作系统 C/OS-II，进行多任务调度，可降低开发难度，提高系统的可靠性和扩展性。

　　1 硬件设计方案

　　1.1 系统整体结构图

　　系统整体结构如图 1 所示。

　　ARM 负责人机交互界面、数据显示及存储，DSP完成数据采集、算法处理等功能。ARM 和 DSP 通过双口 RAM 通信。

　　1.2 基于 TMS320C32 处理器的数据采集和算法处理模块

　　本系统中的DSP芯片选用TI 公司的TMS320C3X系列产品—TMS320C32。TMS320C3X 系列是第 1 代高性能的 32 位浮点运算的芯片。C3X 将浮点运算和定点运算相结合，运算精度更高。不用考虑运算溢出的问题，能实现高级语言的程序设计和 FFT等复杂的控制算法。

　　模数转换器采用 AD7865 芯片。AD7865 是一种高速、低功耗、4 通道同步采样的 14 位 A/D 转换器，由+5V 电源提供工作电压。芯片内部包含 1 个比较器，4个跟踪/保持放大器，1个内部 2.5V参考电压和 1个14 位高速并行口。芯片的 4 个同步采样通道可保持 4路信号的相对相位信息。本设计采用两路 AD 通道采集电压和电流数据。设置通道输入电压范围为±5V, 将输入管脚 VIN(i)A与 VIN(i)B相连，输入电压 UIN(i)A同时加于两者之上。数据总线中的 DB0~DB3 代表通道 1~通道 4 是双向的，并且在 RD 为高电平而 CS 和 WR 为低电平时作为通道选择寄存器的输入管脚。当 WR 变为高电平时，DB0~DB3 的逻辑状态被锁入该寄存器。

　　Flash 采用 Am29F400B 芯片, 是 AMD 公司生产的 Flash 存储器，采用 5V 单电源供电的可编程、可读、可擦写存储器，采用 0.32 m 工艺制造，访问速度为 45ns, 内嵌擦除和编程算法，具有区段保护功能和擦除挂起恢复功能。在写入数据之前，要先对将写入的单元进行擦除，并且要注意对 RY/BY 状态的判断，以配合 DSP 和 Flash 之间的时序。

　　实时时钟芯片 DS1642，具有 1 个实时时钟/日历和 1 个 2k? 8 的非易挥发性的 SRAM，以及内嵌晶振和锂电池。DS1642 可离线将年、月、日、星期、时、分、秒等数据设定到时钟寄存器，保证时钟正确运行。

　　1.3 基于 LPC2214 处理器的主控模块

　　Philips LPC2214 是基于 ARM7TDMI-S 的高性能32 位控制器，它集成了 Thumb 扩展指令集，256kb 可在系统中编程的片内Flash和可在应用中编程的 16 位kb RAM，片内 128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟频率下运行。