如何實(shí)現IPC內嵌TMS320F206電表校驗的接口？

在進(jìn)行常規電量測量裝置的校驗中，作為校驗裝置，一定要對電壓、電流的幅值、頻率、相位等進(jìn)行高精度測量，在校驗裝置中采用TI公司DSP器件TMS320F206控制A/D轉換、數據采集和數字濾波處理，并把濾波處理后的數據傳送給微機進(jìn)行數據的進(jìn)一步處理，實(shí)現了高精度電表校驗的要求。

測量單元的組成及其功能

測量單元是作為系統的高精度標準表，要完成對交/直流電壓、電流的多個(gè)電量測量，測量的精度小于0.05級，測量單元采取插卡式設計，直接插入IPC(工業(yè)控制微機)的ISA總線(xiàn)中使用。本單元結構框圖如圖1所示。

其中：A/D轉換器采用BB公司的ADS7805，這是16-Bit，轉換頻率可達100KHz，的高精度轉換器，芯片有28腳雙排直插式或貼片式封裝，轉換結果16位并行輸出，啟動(dòng)轉換和讀取上次轉換的結果可以同時(shí)進(jìn)行，用它完成變換后的電壓、電流信號的A/D轉換;雙口RAM采用CY7133-25，它是一個(gè)雙邊均16位數據位的2KBRAM，兩邊可以分別對片內的存儲單元進(jìn)行存取，在電路中分別受DSP和IPC的控制，以實(shí)現IPC和TMS320F206之間的數據交換;過(guò)零比較用LM339，實(shí)現對交流v、I的過(guò)零檢測，用于獲取計算頻率、相位差等數據的信號。

DSP采用的是TI公司的16-bit定點(diǎn)DSP TMS320F206，運算速度40MIPS，是一種低功耗器件，采用了改進(jìn)的哈佛結構，有1條程序總線(xiàn)和3條數據總線(xiàn)，流水線(xiàn)操作，有高度并行32-bit算術(shù)邏輯單元、16*16-bit并行硬件乘法器、片內存儲器、片內外設和高度專(zhuān)業(yè)化的指令集，從而使該芯片速度高、操作靈活。片內資源還有：內部時(shí)鐘發(fā)生器，可以對外接時(shí)鐘源進(jìn)行*1、*2、*4和/2來(lái)產(chǎn)生CPU時(shí)鐘;片內有RAM4.5K,Flash32K，能夠適合于許多工程應用,特別是32K Flash作為程序存儲器，給系統的設計和程序的調試帶來(lái)很大方便;3個(gè)外部中斷INT1、INT2、INT;1個(gè)同步串口和一個(gè)異步串口;1個(gè)軟件可編程定時(shí)器;JTAG掃描仿真接口(IEEE標準),用來(lái)實(shí)現在線(xiàn)仿真測試;具有4個(gè)獨立可編程I/O腳(I/O0、I/O1、I/O2、I/O3)，1個(gè)輸出腳XF和1個(gè)輸入腳/BIO。

由于DSP的取指和執行能完全重疊運行,再加上多級流水線(xiàn)操作、專(zhuān)用的硬件乘法器、特殊的DSP指令和快速的指令周期等結構特點(diǎn)，使得其數字處理速度大大提高，這也為DSP和外部電路和器件的接口提出了一些新的要求和問(wèn)題，在設計DSP應用系統時(shí)必須要認真考慮。

TMS320F206和ISA總線(xiàn)的接口

考慮到系統數據處理的適時(shí)性和相對獨立性，TMS320F206和IPC交換數據是通過(guò)雙口SRAM實(shí)現，接口電路如圖2所示。

這部分電路接口，主要需要考慮解決以下問(wèn)題：

(1) DSP對雙口SRAM的讀/寫(xiě)控制

TMS320F206的地址線(xiàn)A0-A10分別和CY7133的A0L-A10L直接相連，F206的16位數據線(xiàn)分別和CY7133的IO L0-10直接相連。由于采用了快速雙口SRAM，無(wú)需考慮為DSP加入等待狀態(tài)，R//WE直接接RAM的R/W LU和R/W LL進(jìn)行數據讀寫(xiě)控制，CY7133的片選信號/CEL由/DS和A15組合產(chǎn)生，由圖可見(jiàn)TMS320F206對CY7133的尋址范圍為8000H-87FFH。測量單元用了3片TMS320F206組成3路相同的測量電路對三相電路分別測量(圖2中只畫(huà)出1路)。

(2) IPC對雙口SRAM的讀/寫(xiě)控制

IPC通過(guò)ISA總線(xiàn)對雙口SRAM的讀/寫(xiě)控制，直接用存儲器尋址的方法進(jìn)行讀寫(xiě)。 ISA總線(xiàn)有A0-A19根地址線(xiàn)，可以直接尋址00000-FFFFFH，其中C8000-EFFFFH保留給用戶(hù)，可以作為存儲器的擴充設計使用。本電路IPC對雙口SRAM的讀/寫(xiě)控制中，地址線(xiàn)、數據線(xiàn)、存儲器讀(/OE)和寫(xiě)(/MEMW)控制線(xiàn)的連接如圖2中所示，其譯碼電路譯碼得到的3組地址選擇信號，D8000-D87FFH、D88000-D8FFFH、D9000-D97FFH分別用來(lái)作為3路雙口RAM的片選信號。

(3) 避免兩邊對同一單元同時(shí)進(jìn)行讀/寫(xiě)操作

因為DSP和IPC對雙口SRAM的讀/寫(xiě)是隨機的，在使用中有可能兩邊同時(shí)對SRAM的同一單元進(jìn)行讀寫(xiě)操作，從而引起讀寫(xiě)數據的錯誤。CY7133兩邊有/BUSY信號，當兩邊器件同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同一存儲單元時(shí)，信號/BUSY有效，表示有一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)沖突發(fā)生。為了能夠處理好訪(fǎng)問(wèn)沖突，如圖3，/BUSYL信號接TMS320F206的READY引腳，當READY為低，表示IPC已經(jīng)在對CY7133的同一單元讀或寫(xiě)，TMS320F206應稍作延時(shí)再對該單元操作;三路CY7133的/BUSYR信號經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)接到ISA總線(xiàn)的10號中斷IR10，任一路/BUSYR有效，即向IPC發(fā)出中斷，表示DSP已經(jīng)在對SRAM的同一單元讀或寫(xiě)，IPC應稍作延時(shí)再對該單元操作，這樣就實(shí)現了TMS320F206和IPC進(jìn)行正常的雙口存儲空間訪(fǎng)問(wèn)。需要注意，/BUSY引腳必須接上拉電阻才能正常工作(圖中從略)。

DSP和被測量信號的連接

系統的被測量信號主要是電壓、電流的幅值、頻率和相位。頻率和相位測量通過(guò)比較器接入TMS320F206的中斷引腳，再配合內部的定時(shí)器即可以測量和處理，這里不再多述。幅值的測量就是要對已經(jīng)按精度要求和按比例變換減小后的電壓電流信號進(jìn)行精確測量。為了發(fā)揮DSP的特點(diǎn)，對被測信號進(jìn)行高速采樣和濾波處理，用2片ADS7805同時(shí)分別對變換后的電壓電流信號采樣和A/D轉換，然后讀取并進(jìn)行數字濾波處理，A/D轉換及測量電路如圖3所示。ADS7805轉換結果以補碼表示，最高位為符號，15位數據，對數據的實(shí)際分辨率可達到1/32767。由于對A/D轉換進(jìn)行控制和讀取是屬于I/O操作,所以用TMS320F206的I/O控制信號/IS和地址線(xiàn)組合譯碼,電路中，當TMS320F206對地址7XXX進(jìn)行操作時(shí)，會(huì )同時(shí)啟動(dòng)2路ADS7805進(jìn)行A/D轉換;當對地址2XXX進(jìn)行輸入，將讀入被測電 壓v的轉換結果;當對地址4XXX進(jìn)行輸入，將讀入被測電流i的轉換結果。

結束語(yǔ)

本文接口電路已成功用于高精度電表校驗系統,完全改變了傳統的微機-單片機的上、下位機進(jìn)行串行通信的校驗系統方式，充分利用了微機原有的軟、硬件資源，發(fā)揮了DSP在數字信號快速處理上的特點(diǎn)和優(yōu)勢，成為生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)與推廣新一代產(chǎn)品。