萬(wàn)義星

摘要DSP芯片的價(jià)格不斷下降和其開(kāi)發(fā)工具日臻成熟,DSP處理器開(kāi)始取代單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心。設(shè)計(jì)中從系統(tǒng)本身和性價(jià)比雙重角度出發(fā),選用TMS320LF2407A和ADS7864配合來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集任務(wù)。

關(guān)鍵詞DSP;微處理器;數(shù)字電路

中圖分類號(hào)TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2009)112-0018-01

1DSP的介紹

DSP(digital signal processor)是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào),轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào),再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性,而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器,是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,是最值得稱道的兩大特色。

DSP芯片,也稱數(shù)字信號(hào)處理器,是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器,其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn):

1)在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。

2)程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi),可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。

3)片內(nèi)具有快速RAM,通常可通過(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)。

4)具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。

5)快速的中斷處理和硬件I/O支持。

6)具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。

7)可以并行執(zhí)行多個(gè)操作。

8)支持流水線操作,使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

當(dāng)然,與通用微處理器相比,DSP芯片的其他通用功能相對(duì)較弱些。

2DSP開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)

2.1DSP芯片電路組成

DSP芯片TMS320LF2407A外部硬件電路主要由輸入調(diào)節(jié)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出電路、DSP調(diào)試接口電路等部分組成。

TMS320LF2407A是由美國(guó)德州儀器公司(TI)推出的高速、高性價(jià)比、低功耗的16位定點(diǎn)DSP,它具有處理性能好、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大等優(yōu)點(diǎn),在控制領(lǐng)域使用范圍較廣。

TMS320LF2407A其片內(nèi)有高達(dá)32K字的Flash存儲(chǔ)器,為多種用途的產(chǎn)品提供了經(jīng)濟(jì)的可編程方案,同時(shí)多達(dá)40個(gè)通用、雙向的數(shù)字I/O口(GPIO)也是選用TMS320LF2407A作為CPU的一個(gè)重要原因,通過(guò)配置這些數(shù)字I/O端口輸入或輸出來(lái)直接與外部進(jìn)行信息交換,可以大大省去擴(kuò)展I/O口的元器件。以本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為例,開(kāi)入開(kāi)出量在經(jīng)過(guò)光電隔離后可直接接到DSP芯片的I/O端口,這種設(shè)計(jì)既兼顧了經(jīng)濟(jì)性又提高了裝置的可靠性。TMS320LF2407A外部硬件電路主要由輸入調(diào)節(jié)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出電路、DSP調(diào)試接口電路等部分組成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。JTAG是Joint Test Action Group的簡(jiǎn)稱,又稱JTAG接口,可通過(guò)它將程序?qū)懭隩MS320LF2407A的片內(nèi)Flash,可方便對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試和升級(jí)。JTAG接口需要在開(kāi)發(fā)板上引出雙排的14腳插針。這里需要注意的是,DSP的EMU0和EMU1腳需要用電阻上拉,其值為10kΩ。

2.2開(kāi)關(guān)量輸入電路

開(kāi)入量輸入回路包括斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)或跳合閘位置繼電器接點(diǎn)投入,外部裝置閉鎖重合閘觸點(diǎn)投入,距離保護(hù)接點(diǎn)投入,零序總投入等回路。本設(shè)計(jì)中設(shè)有18路開(kāi)入量,下面以一組開(kāi)入量X1為例,開(kāi)入量由端子排接入本裝置開(kāi)入回路中,經(jīng)由保護(hù)電路和光耦,最終把數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)緩沖器,經(jīng)由數(shù)據(jù)緩沖器與DSP相連,DSP進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和判斷。

在正常工作情況下,壓敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài),僅有微安數(shù)量級(jí)的漏電流,相當(dāng)于開(kāi)路;當(dāng)回路中出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí),壓敏電阻阻值迅速降低,電流急劇上升,相當(dāng)于過(guò)電壓部分被短路。利用壓敏電阻的上述特性來(lái)吸收各種干擾過(guò)電壓,保證整個(gè)裝置的安全。設(shè)計(jì)中的光電耦合器采用北京數(shù)字英才科技有限公司的OPTOIS01,開(kāi)入量經(jīng)OPTOIS01光電隔離后就可直接接入保護(hù)DSP相應(yīng)的通用I/O口,這樣一來(lái),帶有電磁干擾的外部接線回路與微機(jī)電路部分之間沒(méi)有直接電的聯(lián)系,因此夾雜在輸入開(kāi)關(guān)量中的各種干擾脈沖不能進(jìn)入微機(jī)電路部分,從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。同時(shí)采用OPTOIS01進(jìn)行光電隔離還有一個(gè)作用就是,OPTOIS01的輸入與輸出回路之間有很高的耐壓值,對(duì)裝置能起到很好的安全保障作用。

2.3開(kāi)關(guān)輸出電路

開(kāi)關(guān)輸出電路主要由保護(hù)的跳閘出口插件、信號(hào)插件、邏輯插件、告警插件等組成。本系統(tǒng)共設(shè)有18路開(kāi)出量,其中1路預(yù)留,用戶可根據(jù)自己的需要使用。開(kāi)出量由DSP計(jì)算和判斷后再經(jīng)74LS273數(shù)據(jù)/地址鎖存器開(kāi)出至控制門74HC11,經(jīng)由邏輯判斷之后,數(shù)據(jù)輸入達(dá)林頓管ULN2003,ULN2003是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)器件,能夠提高繼電器的勵(lì)磁電流,從而有利于提高系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)帶載能力。

3小結(jié)

本章節(jié)完成了對(duì)DSP外部主要電路的設(shè)計(jì)工作。通過(guò)ADS7864與TMS320LF2407A的配合使用,進(jìn)一步完善了110kV線路保護(hù)系統(tǒng),減小了FFT算法中數(shù)據(jù)窗較長(zhǎng)對(duì)系統(tǒng)快速性帶來(lái)的影響。同時(shí),對(duì)輸入調(diào)節(jié)電路、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出電路、DSP調(diào)試接口電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。