IPC内嵌TMS320F206电表校验的接口实现

在进行常规电量测量装置的校验中，作为校验装置，一定要对电压、电流的幅值、频率、相位等进行高精度测量，在校验装置中采用TI公司DSP器件TMS320F206控制A/D转换、数据采集和数字滤波处理，并把滤波处理后的数据传送给微机进行数据的进一步处理，实现了高精度电表校验的要求。 [b]测量单元的组成及其功能 [/b]测量单元是作为系统的高精度"标准表"，要完成对交/直流电压、电流的多个电量测量，测量的精度小于0.05级，测量单元采取插卡式设计，直接插入IPC（工业控制微机）的ISA总线中使用。本单元结构框图如图1所示。 其中：A/D转换器采用BB公司的ADS7805，这是16-Bit，转换频率可达100KHz，的高精度转换器，芯片有28脚双排直插式或贴片式封装，转换结果16位并行输出，启动转换和读取上次转换的结果可以同时进行，用它完成变换后的电压、电流信号的A/D转换；双口RAM采用CY7133-25，它是一个双边均16位数据位的2KBRAM，两边可以分别对片内的存储单元进行存取，在电路中分别受DSP和IPC的控制，以实现IPC和TMS320F206之间的数据交换；过零比较用LM339，实现对交流v、I的过零检测，用于获取计算频率、相位差等数据的信号。 DSP采用的是TI公司的16-bit定点DSP TMS320F206，运算速度40MIPS，是一种低功耗器件，采用了改进的哈佛结构，有1条程序总线和3条数据总线，流水线操作，有高度并行32-bit算术逻辑单元、16*16-bit并行硬件乘法器、片内存储器、片内外设和高度专业化的指令集，从而使该芯片速度高、操作灵活。片内资源还有：内部时钟发生器，可以对外接时钟源进行*1、*2、*4和/2来产生CPU时钟；片内有RAM4.5K,Flash32K，能够适合于许多工程应用,特别是32K Flash作为程序存储器，给系统的设计和程序的调试带来很大方便；3个外部中断INT1、INT2、INT；1个同步串口和一个异步串口；1个软件可编程定时器；JTAG扫描仿真接口(IEEE标准),用来实现在线仿真测试；具有4个独立可编程I/O脚（I/O0、I/O1、I/O2、I/O3），1个输出脚XF和1个输入脚/BIO。 由于DSP的取指和执行能完全重叠运行,再加上多级流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令和快速的指令周期等结构特点，使得其数字处理速度大大提高，这也为DSP和外部电路和器件的接口提出了一些新的要求和问题，在设计DSP应用系统时必须要认真考虑。 [b]TMS320F206和ISA总线的接口 [/b]考虑到系统数据处理的适时性和相对独立性，TMS320F206和IPC交换数据是通过双口SRAM实现，接口电路如图2所示。 这部分电路接口，主要需要考虑解决以下问题： [b]（1） DSP对双口SRAM的读/写控制 [/b] TMS320F206的地址线A0-A10分别和CY7133的A0L-A10L直接相连，F206的16位数据线分别和CY7133的IO L0-10直接相连。由于采用了快速双口SRAM，无需考虑为DSP加入等待状态，R//WE直接接RAM的R/W LU和R/W LL进行数据读写控制，CY7133的片选信号/CEL由/DS和A15组合产生，由图可见TMS320F206对CY7133的寻址范围为8000H-87FFH。测量单元用了3片TMS320F206组成3路相同的测量电路对三相电路分别测量（图2中只画出1路）。 （2） IPC对双口SRAM的读/写控制 IPC通过ISA总线对双口SRAM的读/写控制，直接用存储器寻址的方法进行读写。 ISA总线有A0-A19根地址线，可以直接寻址00000-FFFFFH，其中C8000-EFFFFH保留给用户，可以作为存储器的扩充设计使用。本电路IPC对双口SRAM的读/写控制中，地址线、数据线、存储器读（/OE）和写（/MEMW）控制线的连接如图2中所示，其译码电路译码得到的3组地址选择信号，D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH分别用来作为3路双口RAM的片选信号。 [b] （3） 避免两边对同一单元同时进行读/写操作[/b] 因为DSP和IPC对双口SRAM的读/写是随机的，在使用中有可能两边同时对SRAM的同一单元进行读写操作，从而引起读写数据的错误。CY7133两边有/BUSY信号，当两边器件同时访问同一存储单元时，信号/BUSY有效，表示有一个访问冲突发生。为了能够处理好访问冲突，如图3，/BUSYL信号接TMS320F206的READY引脚，当READY为低，表示IPC已经在对CY7133的同一单元读或写，TMS320F206应稍作延时再对该单元操作；三路CY7133的/BUSYR信号经过一个与门接到ISA总线的10号中断IR10，任一路/BUSYR有效，即向IPC发出中断，表示DSP已经在对SRAM的同一单元读或写，IPC应稍作延时再对该单元操作，这样就实现了TMS320F206和IPC进行正常的双口存储空间访问。需要注意，/BUSY引脚必须接上拉电阻才能正常工作（图中从略）。 [b]DSP和被测量信号的连接 [/b]系统的被测量信号主要是电压、电流的幅值、频率和相位。频率和相位测量通过比较器接入TMS320F206的中断引脚，再配合内部的定时器即可以测量和处理，这里不再多述。幅值的测量就是要对已经按精度要求和按比例变换减小后的电压电流信号进行精确测量。为了发挥DSP的特点，对被测信号进行高速采样和滤波处理，用2片ADS7805同时分别对变换后的电压电流信号采样和A/D转换，然后读取并进行数字滤波处理，A/D转换及测量电路如图3所示。ADS7805转换结果以补码表示，最高位为符号，15位数据，对数据的实际分辨率可达到1/32767。由于对A/D转换进行控制和读取是属于I/O操作,所以用TMS320F206的I/O控制信号/IS和地址线组合译码,电路中，当TMS320F206对地址7XXX进行操作时，会同时启动2路ADS7805进行A/D转换；当对地址2XXX进行输入，将读入被测电 压v的转换结果；当对地址4XXX进行输入，将读入被测电流i的转换结果。 [b]结束语 [/b]本文接口电路已成功用于高精度电表校验系统,完全改变了传统的微机-单片机的上、下位机进行串行通信的校验系统方式，充分利用了微机原有的软、硬件资源，发挥了DSP在数字信号快速处理上的特点和优势，成为生产厂家生产与推广新一代产品。