AD7606在电力系统参数采集中应用与设计.docVIP

AD7606在电力系统参数采集中应用与设计 　　【摘要】介绍了基于TI公司TMS320F2812和16位A/D芯片AD7606在电力系统参数采集系统中二者的接口设计，并详细介绍了A/D转换的控制和实现过程的软件程序实现。该系统可通过串口总线或以太网与PC机之间实现数据交换，同时也可以在本地对数据进行处理，能适用于电力系统参数的采集。 　　【关键词】DSP；AD7606；TMS320F2812；A/D转换 　　1.引言 　　电力系统不仅对电流、电压、功率、频率等参数采集的实时性和精确性要求较高，而且对采集的主要技术指标，如采样速率、分辨率、输入电压范围、控制方式以及抗干扰能力等方面也提出了越来越高的要求[1]。电力系统参数的采集对系统的稳定运行有着至关重要的作用。因此如何快速、准确地采集各种参数就显得十分的重要[2]。本文介绍了采用高速定点DSP芯片TMS320F2812DSP和高速A/D转换芯片AD7606的方案在电力参数采集系统中的应用。重点介绍二者的接口设计、转换的控制和采集过程的软件实现。 　　2.芯片及其特点 　　2.1 A/D转换芯片AD7606 　　AD7606为16位同步采样模数数据转换芯片，每个芯片有8个采集通道。AD7606能完全满足电力系统对采样的要求。它具有灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源以及高速并行接口。它采用5V单电源供电，不再需要正负双电源并支持真正的双极性信号输入。所有的通道均能以高达200kSPS的速率进行采样，同时输入端箝位保护电路可以承受最高达±16.5V的电压[3]。相比其它的采样芯片，AD7606有以下几个显著地优点： 　　（1）系统中包含的电流/电压互感器的数量会有多个，对ADC总通道数的需求往往超过12个。以往的A/D采样芯片一般为6通道，需要采用3片才能满足要求。而AD7606是8通道采样芯片，两个AD7606完全能满足系统的需要。 　　（2）简化了前端设计，不再需要外部驱动和滤波电路[4]。传统的逐次逼近型ADC，由于其采样电容的设计，模拟输入前端一般需要运算放大器来实现内部采样电容的驱动，如图1所示。正因此电容的存在，其等效输入阻抗与采样频率相关，使得前端驱动运放的选择变得十分苛刻。 　　在AD7606内部已经包含了高输入阻抗、低噪声的信号调理电路，其等效的输入阻抗与采样率完全无关。同时输入端集成了抗混叠抑制特性的滤波器，使得前端设计中不再需要外部驱动和滤波电路，因此互感器输出的信号可以直接接入AD7606而无需再经过运放缓冲[5]。 　　（3）数字接口的电平为2.3V～5.25V，可以跟当前任何主流的CPU/DSP连接。 　　（4）提供了过采样和数字滤波功能。通过管脚OS[2：0]可以设置过采样倍数（OSR）为：×2，×4，×8，×16，×32，×64[6]。 　　（5）不需要CLK时钟输入信号。 　　（6）内部集成了2.5V带隙电压基准和基准缓冲电路，设计应用中可根据系统要求选用内置基准或外部基准。 　　2.2 TMS320F2812简介 　　TMS320F2812是面向电机控制、工业自动化的第一款带片内Flash（闪速存储器）、工作频率最大可达到150 MHz的32位DSP。它不但运行速度高，处理功能强大，并且具有丰富的片内外设，便于接口和模块化设计。它既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于有大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、智能化仪器仪表及电机伺服控制系统等[7]。 　　3.硬件总体方案设计 　　3.1 AD7606硬件配置方式 　　具体配置如下： 　　（1）设置RANGE=0，模拟输入范围是±5V。 　　（2）设置/PAR/SER/BYTE SEL为低电平，选择使用并行接口模式。 　　（3）CONVSTA与CONVSTB短接，使用同源激励。 　　（4）设置REF SELECT=0，使用外部参考电压以提高采样精度。 　　（5）为了提高采样速度，设置过采样模式引脚OS[2：0]=000。 　　（6）VDRIVE与DSP的工作电源3.3V短接。 　　3.2 TMS320F2812配置方式 　　（1）输出端口设置GPIOA4和GPIOA6为GPIO输出。GPIOA4用来控制AD7606的RESET#信号，GPIOA6用来控制启动A/D转换信号。 　　（2）输入端口设置GPIOA5为GPIO输入，接收A/D采样转换完成信号。 　　（3）使用DSP的/XZCS01和DA11～DA13经过一个74HC138，以138的输出作为AD7606的片选信号，两片AD7606的片选分别采用两个138的输出片选信号。AD7606地址映射到F2812的扩展总线存储空间XINTF Zone01上。 　　（4）DSP的数据线直接接到采样芯片数据