基于双DSP的高压无功补偿装置设计与实现

ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０７－ ２－ ０１７６－ ０３
中文核心期刊 《微计算机信息》（嵌入式与 Ｓ ＯＣ ）２００６ 年第 ２２ 卷第 ７－２ 期
基于双 ＤＳ Ｐ 的高压无功补偿装置设计与实现
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ａ ｌｉｚａ ｔｉｏ ｎ ｏ ｆ Ｈｉｇ ｈ Ｖｏ ｌｔａ ｇ ｅ Ｓ ＶＣ Ｃｏ ｎ ｔｒｏ ｌｌｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｄ ｕ ａ ｌ ＤＳ Ｐｓ （１． 西安交通大学 ２．西安电子科技大学）司 栋 森 １， ２ 李 增 智 １ 牛 胜 芬 １ 贾 运 红 ２
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＳＶＣ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｕａｌ ＤＳＰｓ． Ｉｔ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｈｅ ｄｕａｌ ＤＳＰ ｐａｒａｌｌｅｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｏｎｅ ＤＳＰ ｉｓ ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｓｉｇｎａｌ ｓａｍｐｌｅ ，ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ＦＦＴ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｕｎｔ． Ｔｈｅ ａｎｏｔｈｅｒ ＤＳＰ ｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ－
ＳＶＣ 调节器输入电 压范围是单 极性＋１０Ｖ 交 流 信 号， 必须在前端用运放电路实现信号转换， 我们采用
《Ｐ ＬＣ ２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － １７７ －
ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
中文核心期刊 《微计算机信息》（嵌入式与 Ｓ ＯＣ ）２００６ 年第 ２２ 卷第 ７－２ 期
ＡＤＳ８３６４ 的模拟输入可以是双极或 全差分的， 可 接成单端输入或差分输入。在采用单端输入时， － ＩＮ 端 输入的是共模 电压 （ＣＶ）， 而＋ＩＮ 的输 入范 围 为 ： ＣＶ－ ＶＲＥＦ￣ＣＶ＋ＶＲＥＦ。在选用差分方式输入时，每 个输入 端的幅值分别是 ＣＶ＋１／２ＶＲＥＦ 和 ＣＶ－ １／２ＶＲＥＦ， 差分 输入电压的峰－ 峰值为＋ＶＲＥＦ 和－ ＶＲＥＦ。
算， 对计算结果查表， 得到相关控制输出的参数， 根据
该参数控制启动输出操作，达到无功补偿的目的。
在 以 上 整 个 事 件 的 处 理 中 ， 数 据 采 集 、运 算 与 控
制在时间上， 控制过程可能出现在两个连续的采样点
间的任何时刻， 因此采集与控制过程产生时间冲突，
因此必须采用多 ＤＳＰ 的并行结构， 使两者能够并行执
为了使 ＤＳＰ－ Ｂ 能及时响应 ＤＳＰ－ Ａ 的请求 ， ＤＳＰ－ Ｂ 的数据接收采用非屏蔽中断方式， 即在 ＤＳＰ－ Ａ 发送 完 数 据 后 ， 向 ＤＳＰ － Ｂ 发 送 一 个 非 屏 蔽 请 求 信 号 （ ＸＩＮＴ） ， 这样 保证 ＤＳＰ－ Ｂ 能够及 时处理 ＤＳＰ－ Ａ 发 来 的请求信号， 保证了系统控制的及时性。
采 样数据读取 是采用 ＦＩＦＯ 方式 ， 即当 ＡＤ 转换 完 成
技 时， ＥＯＣ 产生 一个外部中断信号， 由 ＤＳＰ 通过数据线依次读出
六个通道的
术
创
新
图 １ ＭｃＢＳＰ 端口实现互连
两个 ＤＳＰ 采用流水线工作方式， 由信号采集 ＤＳＰ （ ＤＳＰ－ Ａ） 采集数据、滤波计算， 当算出一个有效的结果 后，及时地将结果送给控制 ＤＳＰ（ ＤＳＰ－ Ｂ） ，由 ＤＳＰ－ Ｂ 根 据计算结果产生相应的控制输出。
行．
司栋森：高级工程师 博士
３ ＳＶＣ 控 制 器 设 计 与 实 现
３．１ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ 的特点 ＤＳＰ 是 ２０ 世 纪 ９０ 年 代 兴 起 的 高 速 数 据 处 理 芯 片 ， 由 于 其 具 有 速 度 快 、集 成 度 高 、接 口 简 单 、编 程 方 便等 突出的优点，已经在通信 、语音、图像 、雷 达 、生 物 医 学 、工 业 控 制 、仪 器 仪 表 等 许 多 领 域 得 到 越 来 越 广 泛的应用． ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ 数 字 信 号 处 理 器 是 德 州 仪 器 公 司 专门针对工业控制最新推出的低功耗、高 性能 ３２ 位 定点数字信号处理器，它采用 ６ 级流水线结构， 运行速 度达 到了 １５０ＭＨＺ， 片内有 １８ＫＲＡＭ，１２８ＫＦｌａｓｈ 存储 器；内 部 集 成 有 定 时 器 、事 件 管 理 器 、ＳＰＩ、ＳＣＩ、ＣＡＮ、ＡＤ 等 丰 富 的 片 内 外 设 ， 特 别 适 合 于 工 业 自 动 化 、嵌 入 式 系 统 、智 能 仪 器 仪 表 等 需 要 高 速 数 据 处 理 的 系 统 中 。 ３．２ 多 ＤＳＰ 互连方法分析与对比 在许多应用系统的中， 采用并行处理方法是扩充 单机处理能力所必须采用的方法， 它可以提高系统的 运算速度， 提高系统综合处理能力， 满足系统对响应 及时性的要求。 根据实际应用要求的不同， 可以采用多种并行处 理的互联方案； 对于交换的数据量大， 时间要求紧的 系统， 可采用 ＤＭＡ 通道控制方式或共享存储器互连 方式， 如通过 ＦＩＦＯ， 双端口存储器等互联； 对时间要求 不太紧迫的系统， 可采用共享总线互连方式； 如果通 讯时间许可的话， 也可以采用串行口方式实现多机互 联。 各种互连方法各有利弊，选择那种互联方案， 主要 取决于系统性能的需求， 在 ＤＭＡ 或共享存储器的互
样 １６ 位模数转换器， 采用＋５Ｖ 工作电压， 并带有 ８０ｄＢ
共 模 抑 制 的 全 差 分 输 入 通 道 以 及 六 个 ４μｓ 连 续 近 似
的模数转换器、六个差分采样放大器； 片上还带有＋
２．５Ｖ 参考电压以及高速并行数据接口。
当 ＡＤＳ８３６４ 采 用 ５ＭＨｚ 的 外 部 时 钟 来 控 制 转 换
由于 ＤＳＰ－ Ａ 仅仅接收一些控制参数， 对接收时间 要求较低， 因此， ＤＳＰ－ Ａ 的接收采用查询方式。
３．４ 高速信号采集部分的设计
图 ２ ＡＤＳ８３６４ 与 ＤＳＰ 的接口
ＡＤ 数据。ＡＤ 的转换时钟接到 ＤＳＰ 的 ＰＷＭ１ 脚， 由 ＤＳＰ 的脉宽调制输出信号作为 ＡＤ 的转换时 钟， 这 样 ， ＡＤ 的 转 换 时 钟 可 根 据 需 要 采 用 自 适 应 调 整 方 式 来 变 化 ； 启 动 采 样 信 号 ＨＯＬＤ 由 ＤＳＰ 的 Ｔ１ＰＷＭ 控 制， 用 ＤＳＰ 内 部 的 定 时 器 控 制 启 动 ， 它 可 根 据 模 拟 信 号周期 Ｔ 的变化， 自适应的调节采样频率。
在高速信号采集电路中， 必须保证： （ １） 模拟信号
采集的及时性， 必需 在 ５－ １０ｕｓ 采集一组 点， 采样间隔
可调。（ ２） 保证各路信号同步采样， 这样才能保证电
压、电流同步， 保证计算的准确。
我 们 选 择 ＴＩ 公 司 的 ＡＤＳ８３６４ 作 为 ＡＤ 转 换 芯
片， 它是 ＴＩ 公司新推出的高速、低功耗， 六通道同步采
术
１ 引言
创
随 着 ＤＳＰ 技 术 的 快 速 发 展 ， 人 们 对 测 量 、控 制 的
精确性， 实时性的要求也不断提高， 要求对原始信号
新 进行高速采集， 完成对大量数据的复杂运算； 对于复
杂 的 应 用 系 统 来 说 ， 单 个 ＤＳＰ 的 运 算 能 力 总 是 有 限
的， 往往 达 不 到 系 统 的 要 求 ， 采 用 多 ＤＳＰ 并 行 计 算 结
－ １７６ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００ 例》
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ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
连方法中 ， 数 据 存 取 速 度 较 快 ， 能 够 实 现 ＤＳＰ 之 间 的 快速通信任务， 满足了快速和大量数据的要求， 但是 它需要增加大量硬件接口的支持， 增加了系统的成 本。在通过接口互连方案中， 通讯速度慢了一些， 但基 本不需要增加硬件设备， 不增加任何附加成本， 系统 互联的灵活性也会好一些。在选择方案时， 通常根据 系统的具体要求， 选择满足性能要求的最优方案。
３．３ 基于 ＭｃＢＳＰ 的双 ＤＳＰ 互连方案的设计 ＭｃＢＳＰ 端口是 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ 提供的 多通 道 缓 冲 串行通讯接口， 有一个发送端口和一个接收端口，可实 现 ８、１６ 位 或 ３２ 位 数 据 通 讯 ， ＭｃＢＳＰ 接 口 有 两 个 １６ 级 ３２ 位 ＦＩＦＯ， 有 １２８ 个通道分别用于发送和接收， 它 可允许和中止每一个通道的通讯， 允许采用查询或中 断方式发送或接收， 实现全双工的数据通讯， 通讯速 度可达 ４Ｍｂｉｔ／ｓ。 可 利 用 ＭｃＢＳＰ 接 口 实 现 双 ＤＳＰ 或 多 个 ＤＳＰ 的 互 联 ， 多个 ＤＳＰ 互连时， 可以通过 ＭｃＢＳＰ 连接到 一个串行 时隙交换芯片， 采用时隙交换的方式进行数据交换； 数据收发以帧为单位进行， 每个发送帧分成 ｎ 个发送 时隙，不同的发送时隙对应不同的接收 ＤＳＰ。 采 用 这 种 方 法 实 现 多 个 ＤＳＰ 的 互 联 接 口 电 路 非 常简单， 可以实现多个 ＤＳＰ 的全互连方式并行处理。 我们利用 ＭｃＢＳＰ 口实 现双 ＤＳＰ 互连， 两 个 ＤＳＰ 的通过 ＭｃＢＳＰ 通道直接互连的方式实现双机通讯， 不 用外接任何外围芯片， 接口简洁、方便。系统互连如下 图 １ 所示：
ＯＰＡ２２２７ 来实现转换。 原理图如图 ３ 所示
时操作， 保证前一条指令执行完后才做下一条指令； 也应尽量少用 ＦＯＲ 循环， ＦＯＲ 循环 回打断流水 线， 消 耗大量执行时间。
ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｍｏｔｅ ＳＶＣ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
技 Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＤＳＰ ， ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ， ＳＶＣ ，ｒ ｅａｌｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒ ｏｌ
时， 它的采样率是 ２５０ｋＨｚ， ＡＤＳ８３６４ 的转换时间是