基于TMS320C6713的电能质量监测装置的设计

　　0　引　　言

　　电能作为现在社会中使用最广泛的能源,其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。与其他商品一样,电能也要讲究质量,其特殊性就在于电能质量是由多方面共同保证的。电能质量不仅对电网的安全、经济运行有重要的意义,而且其质量的好坏直接影响着用户侧设备能否正常工作。尤其近年来,一方面一些具有大容量、非线性、冲击性性质的负荷设备,如电力机车等,给电能带来了严重的污染;另一方面随着微电子技术的不断发展,大量基于计算机系统的控制设备、电子装置对供电质量要求很高,但同时这些非线性整流元件也是电能的一大污染源。电能质量的好坏至关重要。基于国内电能质量监测方面的现状,对电能质量监测装置进行研究也是至关重要的[1]。

　　电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。电能质量监测装置就是对电能各个量进行测量的装置。国内对电能质量监测装置的研制尚处于起步阶段。国内生产厂家的前沿测控装置大多采用51系列单片微机实现,其主要优点是构成简单、实现方便、价格也便宜。但这些监测装置处理能力差,运算速度慢,不满足电力监测高实时性的要求,有的产品虽然引进了国外的技术模块,功能较强,但价格较高,不适合我国市场。本文是设计一款实用的且处理能力强的电能质量监测装置。本设计中采用6通道AD7656模拟输入前段处理器,采集的模拟量经AD转换传输到DSP芯片,由DSP进行数据处理。

　　1　电能质量监测装置的硬件系统

　　1.1　总体构架

　　硬件的总体结构包括两个部分,总体构架图如图1所示。AD转换模块和DSP及其外围电路部分。DSP的IOPB1接AD7656的CONVST引脚来启动A/D转换;AD7656的BUSY引脚接DSP的IOPB3,通过查询引脚来判断AD转换是否完成。

　　1.2　DSP芯片的选择和特点[2]

　　DSP芯片的选择应该按照实际应用系统的需要来确定。不同系列、不同型号、不同片种的DSP芯片,其适合的应用系统不尽相同。综合众多因素,在电能质量监测装置中选TMS320C6713这款芯片。TMS320C67x系列芯片由于其出色的运算能力、高效的指令集、智能外设、大容量的片内存储器和大范围的寻址能力等,该系列芯片适合于对运算能力和存储量有高要求的应用场合,其结构框图如图2所示。该款DSP芯片功耗也比较低,其3.3 VI/O电压和1.2 V内核电压。TMS320C6713芯片有156引脚的PQFP和256引脚的BGA两种封装。TMS320C6713设备是德州仪器基于高性能、先进的VelociTITM超长指令字架构开发的,使该DSP为多渠道和多功能的应用有一个很好的选择。C6713运行在225 MHz,提供每秒高达13.5亿次浮点运算,每秒执行18.00亿指令,并具有双路固定的/浮点型乘数高达4.5亿乘法累积操作。TMS320C67x处理器主要由三部分组成:即CPU内核、外设和存储器。CPU中8个功能单元可以并行操作。CPU具有两组寄存器,每组寄存器由16个32位寄存器组成。TMS320C67x芯片包括片内数据存储器和程序存储器;外设包括直接存储器访问(DMA)、外部存储器接口(EMI)、低功耗逻辑、扩展总线、串口、主机口和定时器。