微處理器dsPIC33F在微機保護裝置中的應用

1 引言
隨著(zhù)電網(wǎng)供電負荷的日趨加重，電力系統對微機保護裝置提出更高要求，一般低檔單片機已很難滿(mǎn)足設計要求。近年來(lái)，各種集成化的單片DSP的性能得到很大改善，軟件和開(kāi)發(fā)工具也越來(lái)越多，使得DSP器件及技術(shù)更容易使用，價(jià)格也能夠為廣大用戶(hù)所接受 Microchip公司推出的數字信號處理器dsPIC33F集A/D轉換、通訊、看門(mén)狗、保護和數據存儲于一體，同時(shí)還支持SPI模式和I2C模式數據傳輸，便于擴展容量。因此，開(kāi)發(fā)基于dsPIC33F的微機保護裝置，不僅提升保護系統的整體性能和硬件平臺的通用性，而且還能縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)及硬件成本，對提高電力系統的穩定運行水平具有一定意義。

2 數字信號控制器dsPIC33F系列簡(jiǎn)介
dsPIC33F系列是高性能16位數字信號控制器，具有擴展的數字信號處理器(DSP)功能和高性能16位微控制器 (MCU)的架構。它是一種16位改進(jìn)型哈佛結構RISC器件，融合了高性能16位單片機的控制優(yōu)勢和數字信號處理器的高速運算能力，是一款高性能的數字信號控制器(DSC)。dsPIC33F系列器件具有以下性能特點(diǎn)：
(1)DSP內核和指令系統dsPIC33F的DSP引擎具有1個(gè)高速的17位×17位的乘法器，1個(gè)40位的ALU，2個(gè)40位的飽和累加器以及1個(gè) 40位的雙向移位器，其運算速度可達40 MI／s，指令字為24位，指令系統包含MCU指令集和DSP指令集。此外，這些指令對C語(yǔ)言編譯器做了專(zhuān)門(mén)優(yōu)化，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序代碼效率很高。 dsPIC33F允許工作電壓±10％的偏差，即工作電壓為3．0～3．6 V。
(2)直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)和中斷能力dsPIC33F內部集成了8通道直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)模塊，允許CPU執行代碼期間在RAM和外設間傳輸數據，不額外占用周期。2 KB雙端口DMA緩沖區(DMA RAM)，用于存儲通過(guò)DMA傳輸的數據?？赏ㄟ^(guò)軟件對DMA中斷源進(jìn)行設定，從而達到設計要求。dsPIC33F含有最多由118個(gè)區分優(yōu)先級的中斷向量組成的異常處理結構，中斷優(yōu)先級分為7級。最多67個(gè)中斷源，5個(gè)外部中斷和5個(gè)處理器異常。
(3)存儲空間和外圍器件程序計數器為23位寬，可尋址4 Mx24位的程序存儲空間。對于DSP指令分別對2個(gè)數據區進(jìn)行尋址；而MCU指令，數據空間可以整體作為64Kx8位進(jìn)行尋址。dsPIC33F內部集成SRAM和Flash等必需的存儲器件，提供10 bit和12 bit A／D轉換模塊(可選)，8 bit看門(mén)狗，以及UART、SPI、I2C、CAN等通信模塊。
(4)開(kāi)發(fā)工具M(jìn)icrochip高性能開(kāi)發(fā)系統支持dsPIC33F系列控制器。該開(kāi)發(fā)系統包括MPLAB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)、MPLAB C30 C編譯器、MPIAB SIM 30軟件仿真器、MPIABICD 2在線(xiàn)調試器及MPLAB ICE 4000在線(xiàn)仿真器。dsPIC33F系列數字信號控制器還配備一系列的應用庫。

3 dsPIC33F在微機保護硬件系統中的應用
該裝置按功能分為CPU模塊、交流插件、數字量I／O微機保護、通信、人機接口單元和電源單元。通信接口直接與上位機或通信管理機連接，人機接口采用 128x64點(diǎn)陣式液晶顯示器和專(zhuān)用鍵盤(pán)，顯示信息量大，操作方便，硬件設計框圖如圖1所示。該微機保護裝置具有16路開(kāi)入量，16路開(kāi)出量，15路模擬量，CPU模塊原理框圖如圖2所示。由于dsPIC33F具有強大的汁算能力和完善的控制功能，可單獨完成計算、控制、通信、人機接口等功能，減少了器件數量，簡(jiǎn)化硬件結構。又因dsPIC33F內部集成RAM、Flash、A／D轉換器等，使得外同擴展電路很少，進(jìn)一步簡(jiǎn)化硬件結構，基本實(shí)現了總線(xiàn)不出芯片沒(méi)計，極大提高保護裝置的抗干擾性和可靠性。