基于DSP的中頻電源測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，115V／400 Hz電源廣泛應(yīng)用于航空、航天等軍用設(shè)備中，軍用設(shè)備一般對(duì)頻率精度要求較高，因此必須對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，使其滿足軍用標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)數(shù)字信號(hào)強(qiáng)大的處理能力，對(duì)交流電壓與頻率進(jìn)行測(cè)試、分析與計(jì)算，以達(dá)到對(duì)中頻電源性能進(jìn)行評(píng)估的目的。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1．1 系統(tǒng)硬件框圖

　　系統(tǒng)的硬件框圖由4部分組成：電壓信號(hào)調(diào)理模塊、頻率信號(hào)調(diào)理模塊、DSP2407最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊，系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。被測(cè)信號(hào)(電壓信號(hào))經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊降壓濾波后，接至DSP的ADCIN00端進(jìn)行信號(hào)采集與A／D轉(zhuǎn)換，而被測(cè)信號(hào)(頻率信號(hào))經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊降壓、濾波且轉(zhuǎn)化為同頻方波后，接至DSP的CAP端進(jìn)行捕獲。DSP2407是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其功能則是接收A／D端和捕獲CAP端的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)顯示。

　　1．2 信號(hào)調(diào)理模塊

　　被測(cè)信號(hào)電壓為-115～115V，而DSP的輸入要求則是0～3．3 V，因此需對(duì)被測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。被測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)降壓、濾波等處理后，才能進(jìn)入DSP進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。電壓信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示。

　　圖2中電壓傳感器選用的是精密電壓互感器SPT204A，輸入額定電流為2 mA，額定輸出電流也為2 mA。電壓互感器的輸入端需調(diào)節(jié)R1使輸入電流為2 mA，而互感器的輸出端是電流／電壓轉(zhuǎn)換電路，調(diào)節(jié)反饋電阻R2與R3可得所需電壓。2個(gè)反接二極管起保護(hù)放大器的作用。該互感器的特點(diǎn)是電磁隔離、精度高、無(wú)漂移，而且對(duì)干擾具有很好的抑制作用。濾波部分為一階低通濾波器，目的是消除對(duì)系統(tǒng)影響較大的高頻信號(hào)。被測(cè)信號(hào)經(jīng)電壓互感器調(diào)理后，轉(zhuǎn)化成-3～3 V的電壓信號(hào)，而DSP2407自帶的A／D轉(zhuǎn)換器是單極性的，因此在互感器電路后接電壓抬升電路，進(jìn)一步調(diào)整電壓信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為0～3 V的電壓信號(hào)后，再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。

　　頻率信號(hào)調(diào)理模塊的降壓濾波部分與電壓信號(hào)調(diào)理電路基本一致，只是不需再將電壓信號(hào)抬升，而是需經(jīng)過(guò)電壓比較器LM311將正弦電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號(hào)，最后通過(guò)分壓電路進(jìn)一步調(diào)整幅值，使其適合DSP捕獲端的輸入范圍。進(jìn)一步調(diào)理電路如圖3所示。

　　1．3 液晶顯示

　　液晶顯示器(LCD)是提供友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)信息人機(jī)交互的關(guān)鍵器件。由于LCD具有低功耗、體積小、質(zhì)量輕等諸多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它成為測(cè)量結(jié)果顯示和人機(jī)對(duì)話的重要工具。本系統(tǒng)選用的SPRT12864M液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣的圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。

　　DSP2407與LED之間的接口電路如圖4所示。其中DSP的IOPE0～I(xiàn)OPE7用作數(shù)據(jù)接口，與LCD模塊的數(shù)據(jù)線DB0～DB7相連，完成與LCD間的數(shù)據(jù)傳送；IOPC0與RS(CS)相連，為指令／數(shù)據(jù)選擇位，H為數(shù)據(jù)選擇位，L為指令選擇位；IOPC1與R／W腳相連，為讀／寫(xiě)選擇位，H為寫(xiě)信號(hào)，L為讀信號(hào)；IOPC2與E相連，工作狀態(tài)使能；RET是液晶顯示模塊的復(fù)位端，直接連接到DSP的復(fù)位引腳RS，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，LCD同時(shí)復(fù)位；VDD接+3．3 V輸入電源。

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　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　DSP是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心，而軟件編程又是這一核心的靈魂。整個(gè)DSP系統(tǒng)在Code Composer Setup編譯環(huán)境下開(kāi)發(fā)，采用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言相結(jié)合的編程方式，完成對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。

　　2．1 電壓數(shù)據(jù)采集子程序

　　電壓數(shù)據(jù)采集是直接通過(guò)TMS320LF2407自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)實(shí)現(xiàn)的。首先對(duì)ADC進(jìn)行初始化，確定ADC通道的級(jí)聯(lián)方式，采樣時(shí)間窗口預(yù)定標(biāo)，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)等。然后啟動(dòng)ADC采樣，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，采樣8次。由于得到的數(shù)據(jù)被默認(rèn)存儲(chǔ)到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(RES-ULT0～7)的高10位中，因此定義1個(gè)數(shù)組，將RESULT n中的值經(jīng)過(guò)移位還原后存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)組中。A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，則轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。電壓信號(hào)數(shù)據(jù)采集子程序的流程圖如圖5所示。

　　2．2 頻率數(shù)據(jù)采集子程序

　　交流電壓頻率的采集是通過(guò)DSP2407的捕獲引腳，對(duì)頻率信號(hào)調(diào)理模塊輸出的方波上升沿時(shí)的時(shí)鐘進(jìn)行捕獲得到的，然后在頻率采集信號(hào)數(shù)據(jù)處理部分根據(jù)相鄰時(shí)鐘差值求出其對(duì)應(yīng)的頻率值。頻率信號(hào)數(shù)據(jù)采集子程序流程如圖6所示。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　該系統(tǒng)是基于DSP的中頻電源測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，構(gòu)建了以DSP為控制核心的測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)電壓互感器SPT204A的外圍電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，對(duì)交流電壓輸出與所需輸入建立了一種平臺(tái)，提出了一種電壓信號(hào)調(diào)理的新思路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能良好等優(yōu)點(diǎn)，可推廣使用到其他中頻軍用設(shè)備以及民用設(shè)備的系統(tǒng)測(cè)試中。