微處理器dsPIC33F在微機保護裝置中的應用

3．1 存儲器擴展及實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口
dsPIC33Fj256GP710內部集成30 KB的SRAM用作數據存儲空間，256 KB的增強型Flash作為程序或數據存儲區。由于微機保護，存儲保護定值、事件記錄和故障錄波數據都需較大存儲空間，因此該裝置擴展1 MB的外部存儲空間，將串行閃速存儲器AT45DB081通過(guò)SPI總線(xiàn)同dsPIC33FJ256GP71O相連。AT45DB081的工作電壓為2． 7～3．6 V，在系統重復擦寫(xiě)并兼容SPI的Flash存儲器。內部有4 096頁(yè)，每頁(yè)264個(gè)字節，共計8MB的主存儲器容量以及2個(gè)264字節的SRAM數據緩存器。AT45DB081與dsPIC33FJ256GP710的接口設計電路如圖3所示。圖3中dsPIC33Fj256GP710的SDO1、SOI1、SCK1分別與 AT45DB081的串行輸入(SI)、串行輸出(SO)和時(shí)鐘(SCK)引腳相連，RE4，RE2，RE5，RE6分別與AT45DB081的片選 (CS)、復位(RESET)、忙閑狀態(tài)(RDY／BUSY)和寫(xiě)保護(WP)引腳相連。dsPIC33F通過(guò)RE5讀取AT45DB081的忙閑狀態(tài)引腳判斷存儲器是否空閑，若RE5為“1”表示存儲器空閑，否則表示存儲器忙。當存儲器空閑時(shí)，通過(guò)RE4引腳輸出“0”作為存儲器的片選信號，選中存儲器后通過(guò)SPI發(fā)送命令字完成對AT45DB081的相應讀寫(xiě)操作。微機保護需配置3個(gè)定值，且存儲在不同的3個(gè)區間，運行時(shí)校驗其定值是否正確。為此，對 AT45DB081的空間分配如下：定值、控制字、工廠(chǎng)設置和調節系數共分為4個(gè)區，存儲在A(yíng)T45DB081的第0～9頁(yè)，即第一區為 AT45DB081的第0，1，2頁(yè)，分別存儲保護裝置的第1，2，3個(gè)定值；第二區為AT45DB081的第3，4，5頁(yè)，分別存儲保護裝置的第1， 2，3個(gè)定值；第三區為AT45DB081的第6，7，8頁(yè)，分別存儲保護裝置的第1．2．3個(gè)定值；第4區為AT45DB081的第9頁(yè)，存儲調節系數。事件記錄存儲在A(yíng)T45DB081的第10～1 000頁(yè)。故障錄波數據存儲在A(yíng)T45DB081的第1 001～4 000頁(yè)。

PCF8583是串行總線(xiàn)擴展方式，通過(guò)DSP的I2C時(shí)鐘線(xiàn)SCL和數據線(xiàn)SDA完成對PCF8583的參數設置、日期和時(shí)間讀取等操作，同時(shí) PCF8583具有接口簡(jiǎn)單、占用DSP資源少和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并在掉電時(shí)仍能進(jìn)行時(shí)間計數。擴展的時(shí)鐘器件用來(lái)記錄系統的工作時(shí)間。除此之外，為避免裝置頻繁讀寫(xiě)EEPROM，對于保護裝置頻繁讀寫(xiě)的信號如事故、預告、脈沖量、重啟次數、裝置故障信號及出口標志都存放在RAM寄存器，時(shí)鐘器件在讀取當前時(shí)間的同時(shí)也調用這些內容，在裝置斷電又重新上電時(shí)能夠獲得這些信息。
3．2 基于DMA的A／D轉換
dsPIC33FJ256GP710集成32路12 bit高精度的A／D轉換模塊，其轉換速度可達1 Ms／s，可靈活設定采樣通道。采樣模式可選用手動(dòng)和自動(dòng)兩種，通道停止采樣并開(kāi)始轉換的方式也有多種，如手動(dòng)清除SAMP開(kāi)始采樣、內部計數器計數觸發(fā)采樣、定時(shí)器Timer3溢出觸發(fā)采樣、中斷引腳INTO觸發(fā)等。其中定時(shí)器Timer3溢出觸發(fā)采樣適合保護裝置的定點(diǎn)采樣。A／D轉換采用直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)方式。采樣結束后直接將數據存放于DMA RAM(有2 KB空間)，不占用CPU周期。A／D轉換結束并且數據已經(jīng)存儲于DMA RAM后會(huì )產(chǎn)生DMA中斷，寄存器AD1CON2可用于選擇多路采樣結束后將產(chǎn)生中斷。本裝置共采集15路模擬量，采用自動(dòng)采樣和Timer3觸發(fā)轉換的模式，在每個(gè)采樣周期內觸發(fā)轉換一次，全部15路采樣結束后產(chǎn)生中斷并一次從DMA RAM區讀取所有15路數據。在這種工作模式下，CPU只需啟動(dòng)一次A/D轉換，在不占用CPU指令周期的情況下，通過(guò)DMA方式將采樣數據從外設轉存于 RAM中，采樣處理效率大大提高。給CPU空出了足夠的時(shí)間來(lái)計算和故障判斷。
3．3 以太網(wǎng)接口的擴展
以太網(wǎng)接口擴展電路如圖4所示。本裝置采用I／O口模擬SPI實(shí)現主控制器和 ENC28J60的連接，ENC28J60收滿(mǎn)一幀后，通過(guò)INT引腳發(fā)中斷信號通知dsPIC33F。SO為主機讀命令引腳，SI為主機寫(xiě)命令引腳。 Microchip公司提供了一組專(zhuān)門(mén)針對dsPIC33F系列數字信號控制器的嵌入式TCP／IP協(xié)議棧CMX-MicroNet，該協(xié)議棧針對 dsPIC33F系列器件的Flash和RAM資源進(jìn)行優(yōu)化，為以太網(wǎng)功能的實(shí)現提供軟件支持。該協(xié)議棧既可以單獨運行也可以嵌入實(shí)時(shí)操作系統 (RTOS)中使用。Microchip CMX-MicroNet協(xié)議棧采用分層結構，用戶(hù)可以在不十分熟悉TCP／IP的情況下實(shí)現網(wǎng)絡(luò )應用。

在主程序中，對dsPIC33F自帶看門(mén)狗時(shí)間初始化，即需設置：2個(gè)8位的計數器WDT Prescaler A、WDT Prescaler B，溢出時(shí)間可在2 ms～16 s之間調整。在對dsPIC33F的定時(shí)器初始化中，需考慮dsPIC33FJ256GP710具有9個(gè)16位定時(shí)器。本裝置軟件使用3個(gè)定時(shí)器：T1、 T3和T5。其中定時(shí)器T1的中斷時(shí)間為1 ms，完成時(shí)鐘的讀寫(xiě)、開(kāi)入量采集、開(kāi)出量輸出、開(kāi)關(guān)變位事件記錄等功能。