基于DSP的繼電保護測試儀信號采集裝置硬件設計

摘要：繼電保護測試儀檢定技術(shù)是檢定繼電保護測試設備性能指標是否滿(mǎn)足要求的技術(shù)。詳細介紹基于DSP的繼電保護測試儀數據采集系統。該系統可以精確采集繼電保護測試儀的各項參數指標，采集數據準確可靠，為繼電保護測試儀檢定裝置的研究提供了良好的基礎。重點(diǎn)描述該采集裝置的硬件組成和電路設計，并簡(jiǎn)要分析各部分的功能及主要芯片的工作方式。
關(guān)鍵詞：DSP；繼電保護；數據采集；USB

隨著(zhù)電力行業(yè)的不斷發(fā)展，目前國內使用的繼電保護測試儀種類(lèi)繁多，但是由于繼電保護測試儀自身的性能直接影響著(zhù)對繼電保護裝置的評價(jià)，因此測試儀的工作性能和穩定性尤為重要。雖然DL／T624-1997《繼電保護微機型試驗裝置技術(shù)條件》對繼電保護試驗裝置提出了明確的要求，規定了定期檢驗周期和檢驗項目，但因為沒(méi)有相關(guān)的檢測規程或規范，也沒(méi)有現成的檢測裝置，這為繼電保護測試儀的驗收和周檢帶來(lái)了一定的困難。因此，需要這樣一種數據采集裝置來(lái)精確采集繼電保護測試儀的各項數據，以便上位機對數據進(jìn)行分析，從而對繼電保護測試儀進(jìn)行檢定。

1 系統方案設計
本文設計的數據采集裝置專(zhuān)門(mén)用于繼電保護測試儀器各項數據的采集。設計選用DSP作為數據采集裝置的核心控制器。系統硬件總體結構如圖1所示。系統由電壓、電流采樣電路，信號放大，低通濾波，同步信號的獲取與識別，直流取樣，模／數轉換電路以及通訊模塊電路等組成。
本方案中，數據選擇器選用AD公司生產(chǎn)的AD7502芯片。AD7502芯片為雙四選一數據選擇器，因此需要兩片A／D轉換器進(jìn)行循環(huán)采樣。模／數轉換芯片選用的是TI公司推出的16位并行高速轉換器ADS8515。主控制芯片選用TI公司的數字信號處理器TMS320F2812。TMS320F2812是32位定點(diǎn)高速數字處理器，最高工作頻率150 MHz，該芯片采用改進(jìn)的哈佛結構，片內有六條獨立并行的數據和地址總線(xiàn)，極大地提高了系統的數據吞吐能力，32位的累加器、16位的硬件乘法器和輸入、輸出數據移位寄存器相結合，能快速地完成復雜的數值運算。因此TMS320F2812的計算速度非常高，可以滿(mǎn)足系統的在線(xiàn)實(shí)時(shí)性要求。

在與上位機通訊時(shí)，綜合各種因素，本方案選用USB總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現。USB接口芯片選用Philips公司的ISP1581。ISP1581是Philips公司推出的一款高性?xún)r(jià)比的USB 2．0接口芯片，它完全遵循USB 2．0規范，支持7個(gè)IN端點(diǎn)，7個(gè)OUT端點(diǎn)和一個(gè)固定控制IN／OUT端點(diǎn)。ISP1581支持USB 2．0的自檢工作模式和USB 1．1的返回工作模式，可以在高速或全速條件下正常運行。 ISP1581內部集成有串行接口引擎(SIE)、PIE、8 KB的FIFO存儲器、數據收發(fā)器、PLL的12 MHz晶體振蕩器和3．3 V的電壓調整器。ISP1581與外部微控制器的通信主要通過(guò)一個(gè)高速通用并行接口來(lái)實(shí)現。它與微控制器的連接有兩種模式：斷開(kāi)總線(xiàn)模式和通用處理器工作模式。在斷開(kāi)總線(xiàn)模式下，AD[7:O]為多路復用的8位地址／數據總線(xiàn)，DATA[15:0]為單獨的DMA數據總線(xiàn)；在通用處理器工作模式下，AD[7:0]為單獨的8位地址線(xiàn)，DATA[15:0]為16位控制器數據總線(xiàn)。此時(shí)，DMA將多路復用到DATA[15:O]控制器的數據總線(xiàn)上。本裝置在硬件設計中將電路設計成通用處理器模式。