張麗靜，閆英敏，趙 霞

（軍械工程學(xué)院 電氣控制教研室，河北 石家莊 050003）

目前，115 V/400 Hz電源廣泛應(yīng)用于航空、航天等軍用設(shè)備中，軍用設(shè)備一般對頻率精度要求較高，因此必須對其進(jìn)行測試，使其滿足軍用標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計利用數(shù)字信號處理器（DSP）對數(shù)字信號強(qiáng)大的處理能力，對交流電壓與頻率進(jìn)行測試、分析與計算，以達(dá)到對中頻電源性能進(jìn)行評估的目的[1]。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件框圖

系統(tǒng)的硬件框圖由4部分組成：電壓信號調(diào)理模塊、頻率信號調(diào)理模塊、DSP2407最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊，系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

被測信號（電壓信號）經(jīng)信號調(diào)理模塊降壓濾波后，接至DSP的ADCIN00端進(jìn)行信號采集與A/D轉(zhuǎn)換，而被測信號（頻率信號）經(jīng)信號調(diào)理模塊降壓、濾波且轉(zhuǎn)化為同頻方波后，接至DSP的CAP端進(jìn)行捕獲。DSP2407是整個系統(tǒng)的核心，其功能則是接收A/D端和捕獲CAP端的信號，對其進(jìn)行分析計算，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲顯示[2]。

1.2 信號調(diào)理模塊

被測信號電壓為－115～115 V，而DSP的輸入要求則是0～3.3 V，因此需對被測電壓信號進(jìn)行調(diào)理[3]。被測電壓信號經(jīng)降壓、濾波等處理后，才能進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。電壓信號調(diào)理電路如圖2所示。

圖2中電壓傳感器選用的是精密電壓互感器SPT204A，輸入額定電流為2 mA，額定輸出電流也為2 mA。電壓互感器的輸入端需調(diào)節(jié)R1使輸入電流為2 mA，而互感器的輸出端是電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，調(diào)節(jié)反饋電阻R2與R3可得所需電壓。2個反接二極管起保護(hù)放大器的作用。該互感器的特點是電磁隔離、精度高、無漂移，而且對干擾具有很好的抑制作用。濾波部分為一階低通濾波器，目的是消除對系統(tǒng)影響較大的高頻信號。被測信號經(jīng)電壓互感器調(diào)理后，轉(zhuǎn)化成－3～3 V的電壓信號，而DSP2407自帶的A/D轉(zhuǎn)換器是單極性的，因此在互感器電路后接電壓抬升電路，進(jìn)一步調(diào)整電壓信號，將其轉(zhuǎn)化為0～3 V的電壓信號后，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

圖2 電壓信號調(diào)理電路

頻率信號調(diào)理模塊的降壓濾波部分與電壓信號調(diào)理電路基本一致，只是不需再將電壓信號抬升，而是需經(jīng)過電壓比較器LM311將正弦電壓信號轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號，最后通過分壓電路進(jìn)一步調(diào)整幅值，使其適合DSP捕獲端的輸入范圍[4]。進(jìn)一步調(diào)理電路如圖3所示。

圖3 進(jìn)一步調(diào)理電路

1.3 液晶顯示

液晶顯示器（LCD）是提供友好人機(jī)界面實現(xiàn)信息人機(jī)交互的關(guān)鍵器件。由于LCD具有低功耗、體積小、質(zhì)量輕等諸多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點，它成為測量結(jié)果顯示和人機(jī)對話的重要工具。本系統(tǒng)選用的SPRT12864M液晶顯示模塊是128×64點陣的圖形點陣式液晶顯示模塊[5]。

圖4 DSP2407與LCD的接口電路

DSP2407與LCD之間的接口電路如圖4所示。其中DSP的IOPE0～I(xiàn)OPE7用作數(shù)據(jù)接口，與LCD模塊的數(shù)據(jù)線DB0～DB7相連，完成與LCD間的數(shù)據(jù)傳送；IOPC0與RS（CS）相連，為指令/數(shù)據(jù)選擇位，H為數(shù)據(jù)選擇位，L為指令選擇位；IOPC1與R/W腳相連，為讀/寫選擇位，H為寫信號，L為讀信號；IOPC2與E相連，工作狀態(tài)使能；RET是液晶顯示模塊的復(fù)位端，直接連接到DSP的復(fù)位引腳RS，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時，LCD同時復(fù)位；VDD接+3.3 V輸入電源。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

DSP是整個測試系統(tǒng)的核心，而軟件編程又是這一核心的靈魂。整個DSP系統(tǒng)在Code Composer Setup編譯環(huán)境下開發(fā)，采用匯編語言和C語言相結(jié)合的編程方式，完成對整個測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

2.1 電壓數(shù)據(jù)采集子程序

電壓數(shù)據(jù)采集是直接通過TMS320LF2407自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）實現(xiàn)的。首先對ADC進(jìn)行初始化，確定ADC通道的級聯(lián)方式，采樣時間窗口預(yù)定標(biāo)，轉(zhuǎn)換時鐘預(yù)定標(biāo)等。然后啟動ADC采樣，對電壓信號進(jìn)行采集，采樣8次。由于得到的數(shù)據(jù)被默認(rèn)存儲到ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（RESULT0～7）的高10位中，因此定義1個數(shù)組，將RESULT n中的值經(jīng)過移位還原后存儲到相應(yīng)的數(shù)組中。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，則轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，對采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理[6]。電壓信號數(shù)據(jù)采集子程序的流程圖如圖5所示。

圖5 電壓數(shù)據(jù)采集流程圖

2.2 頻率數(shù)據(jù)采集子程序

交流電壓頻率的采集是通過DSP2407的捕獲引腳，對頻率信號調(diào)理模塊輸出的方波上升沿時的時鐘進(jìn)行捕獲得到的，然后在頻率采集信號數(shù)據(jù)處理部分根據(jù)相鄰時鐘差值求出其對應(yīng)的頻率值。頻率信號數(shù)據(jù)采集子程序流程如圖6所示。

圖6 頻率數(shù)據(jù)采集流程

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)是基于DSP的中頻電源測試系統(tǒng)的設(shè)計，構(gòu)建了以DSP為控制核心的測試系統(tǒng)，并對電壓互感器SPT204A的外圍電路進(jìn)行了設(shè)計和改進(jìn)，對交流電壓輸出與所需輸入建立了一種平臺，提出了一種電壓信號調(diào)理的新思路，具有結(jié)構(gòu)簡單，性能良好等優(yōu)點，可推廣使用到其他中頻軍用設(shè)備以及民用設(shè)備的系統(tǒng)測試中。

[1]楊學(xué)昭，王耕.基于單片機(jī)的400 Hz軍用電源頻率和相位的測量設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界，2003，15（7）：42-43.

[2]高麗霞.先進(jìn)飛機(jī)測控平臺的研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2007.

[3]林杰，姜學(xué)東.基于DSP2407的高頻高壓電源控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].機(jī)械與電子，2009，17（2）：56-58.

[4]周克東.基于DSP的50 kW/400 kHz感應(yīng)加熱電源研究[J].電力電子技術(shù)，2008，43（12）：36-37.

[5]鄧國棟.基于DSP的鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)研究[D].石家莊：軍械工程學(xué)院，2008.

[6]劉軍.基于交流采樣的電網(wǎng)電壓智能監(jiān)測儀的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2009，17（2）：59-60.