MSP430F149在電力測控保護產(chǎn)品中的應用介紹

4 快速開(kāi)平方算法

計算有效值離不開(kāi)開(kāi)平方運算，開(kāi)平方運算是非常耗時(shí)的算法。常見(jiàn)的定點(diǎn)數開(kāi)平方運算有牛頓選代法、快速查表法、直流逼近法和試根法等。對于查表法，當被開(kāi)方數變化范圍較大時(shí)，提高運算精度和減少內存占用量是相矛盾的；直線(xiàn)逼近法需要存貯各段線(xiàn)性逼近函數的斜率和截距值，當要求的運算精度增加時(shí)，線(xiàn)性段的劃分越密，運算處理時(shí)間隨著(zhù)增加；試根法的缺點(diǎn)是運算時(shí)間與被開(kāi)放數的大小有關(guān)，并被開(kāi)方數據很大時(shí)，試根次數增加，運算執行時(shí)間將變長(cháng)；牛頓迭代法是一種一致收斂的開(kāi)平方算法，若初始值選取得當，只需很少次甚至是一次迭代算法，即可得到滿(mǎn)足給定精度要求的運算結果，但如果初值選擇不當，將須多次迭代，在微機測量保護中電流、電壓的動(dòng)態(tài)變化范圍很大，從而增加了選擇初值的難度。

開(kāi)平方函數f(x)=x2-c=0的根的牛頓迭代公式為：

可證明上述迭代算法是收斂的，收斂的速度完全取決于X0的選擇,x0越接近真值根號c，收斂速度越快。

為選擇適當的初值x0，可使用查表法。根據開(kāi)方函數f(x)=x2-c=0的特點(diǎn)（當待開(kāi)方數較小時(shí)，曲率大，插值誤差也就較大，故要保證誤差一致，則應取不待步長(cháng)，低端步長(cháng)小，高端時(shí)步長(cháng)大），用不等步長(cháng)存儲表格可減少表格的存儲量，提高查表時(shí)間。實(shí)際應用中，將不等步長(cháng)查表法與牛頓迭代法相結合，形成一種混合開(kāi)平方算法，查表用于給出牛頓迭代初值，經(jīng)3次的迭代運算即可達到精度要求。

5 工頻頻率測量

工頻頻率是電力系統中基本的參數之一，利用F149內部的硬件資源可方便的實(shí)現頻率測量。取一路電壓信號，如A相電壓信號+1.25V的直流電平信號進(jìn)行比較，比較器輸出的方波信號送至工作于捕獲模式的定時(shí)器。定時(shí)器的時(shí)鐘源泉為8MHz主頻經(jīng)8分頻的1MHz信號。定時(shí)器在方波的上升沿開(kāi)始計數，在下一上升沿到來(lái)時(shí)將計數值鎖存，該計數值對應于工頻的周期，經(jīng)轉換后即可得到工頻頻率。

在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題是，雖然在F149內部可實(shí)現比較器與定時(shí)器的連接，但因該比較器無(wú)遲滯比較的功能，當比較器兩輸入端的電平接近時(shí)，比較器的輸出端會(huì )產(chǎn)生振蕩，因此必須將比較器的輸出信號加以整形，方能輸入到定時(shí)器上。F149內部比較器模塊的內部濾波單元濾波效果不理想，故將比較器的輸出引出，經(jīng)RC濾波后再送到定時(shí)器上，其結構如圖3所示。

以下給出定時(shí)器捕獲中斷的處理程序，由于工頻頻率的變化范圍小，采樣這種方式不需處理計數溢出中斷，結構較為簡(jiǎn)單。

interrupt[TIMERA1_VECTOR]void Timer_A1(void){switch(TAIV){

case 2:

{First_Cnt=CCR1;

if(First_Cnt>Last_Cnt)

Period=First_Cnt-Last_Cnt;

//計數無(wú)溢出

else

Period=65535-Last_Cnt+First_Cnt;

//計數溢出

Last_Cnt=First_Cnt;

Break;}

}

}

6 系統可靠性措施

微機系統抗干擾方面的文獻已有許多，在這里對實(shí)際使用F149應注意的問(wèn)題及處理方法進(jìn)行論述。

①確保輸入信號的幅值不超過(guò)規定范圍。過(guò)大的輸入或沖擊可能導致程序運行不正常。在惡劣的電磁干擾干擾下工作時(shí)，應采用吸收、濾波和隔離等技術(shù)對輸入的信號進(jìn)行處理，對于難于確定輸入范圍的模擬信號也應有相應的限幅措施。

②F149的輸出功率較小，在有較多信號需要驅動(dòng)時(shí)，應考慮在其外圍增加驅動(dòng)芯片，以減小F149的輸出電流，這對于F149的穩定運算是很有意義的。同時(shí)，對于與外部有較長(cháng)引線(xiàn)的接口（如鍵盤(pán)、LCD），驅動(dòng)（緩沖）芯片，此時(shí)還能起到隔離電磁輻射干擾的作用。

③F149未使用的引腳，應將其設置為輸入模式，并將該引腳做接地處理，這些措施有利于抗電磁輻射和靜電干擾。

④使用復位芯片來(lái)控制F149的復位；在成本允許的條件下，可外置-“看門(mén)狗”，構成雙“看門(mén)狗”結構，提高系統運行的可靠性。

⑤如能使用商業(yè)化的交流電源濾波器、LDO電源芯片、直流扼流圈等措施，將使系統的電源抗瞬態(tài)干擾能力大幅增強。

MSP430F149是一款性?xún)r(jià)比極高的工業(yè)級芯片，適當的電路設計，可使其可靠地工作在惡劣的電磁干擾環(huán)境下。筆者使用F149設計的系統已通過(guò)國家相關(guān)標準EMCIII級測試。