隨著我國電網的逐步發展，如何保證優良的電能質量成為一項重要的工作。電能質量監控系統可以實時跟蹤電網參數的變化，故可為改善電網電能質量提供實際依據。

傳統的監控裝置對目前一些高頻的復雜暫態量的采集與處理還相對困難，所以研制一種高速的、處理能力強大的監控系統有著重要的意義。為此，本文以TMS320F2812型DSP為控制核心設計了一種電能質量監控系統。

TMS320F2812是TI公司生產的32位定點DSP，它采用1.8 V的內核電壓，具有3.3 V的外圍接口電壓，最高頻率150 MHz，片內有18K字的RAM。由于在通常情況下，采集系統中轉換器件的性能決定著系統性能的優劣。所以本設計選用TI公司的ADS8364作為AD轉換模塊。ADS8364的最高頻率為5 MHz，對應采樣頻率250kHz，可以滿足本采集系統的要求。

1、ADS8364的主要特性

ADS8364是一種高速、低功耗、6通道同步采樣轉換器件，它是16位高速并行接口的模數轉換芯片。每片ADS8364由3個轉換速率為250 ksps的ADC構成，每個ADC有2個模擬輸入通道，每個通道都帶有采樣保持器，3個ADC可組成3對模擬輸入，可對其中的輸人信號同時采樣保持。另外，引腳內部還帶有2.5 V電壓接口，可用以提供基準電壓。由于6個通道可以同時采樣，因而很適合用于需同時采集多種信號的應用場合。圖1所示是ADS8364的管腳排列圖。

ADS8364的6個模擬輸入通道可分為三組，分別為A、B和C組。每組都有一個保持信號（分別為HOLDA、EF和HOLDC），以用于啟動各組的A／D轉換。6個通道可以進行同步并行采樣和轉換。當ADS8364的HOLDX保持20 ns的低電平后，開始轉換。當轉換結果被存入輸出寄存器后，引腳EF的輸出將保持半個時鐘周期的低電平，以提示數據分析處理器進行轉換結果的接收，處理器通過置RD和CS為低電平可使數據通過并行輸出總線讀出。圖2所示為ADS8364的工作時序。

2、系統硬件設計

數據采集系統硬件設計要求經濟合理、安全可靠，并具有足夠的抗干擾能力。裝置的信號采樣和模數轉換由AD模塊和DSP來完成。待測線路上的信號先分別經過變壓和信號調理，以使其變為適合采樣的信號，再進入采樣模塊。采樣模塊要對高速交變模擬信號進行采集，因此，本設計選用TI公司的高精度ADS8364為AD轉換芯片，并以TMS320F2812型DSP為控制核心，被測數據經過信號調理和同步采樣后再進人數據處理單元。其采樣原理如圖3所示。

模擬通道輸入采用差分輸入方式來減少共模干擾，并采用電壓基準芯片AD780來提供2.5 V的電壓基準。其電路圖如圖4所示。

由于電力系統中的電壓電流信號一般不能直接送到A／D器件的輸入端進行轉換，而要先經過降壓和信號調理等預處理。因此，本設計采用SCT254FK精密電流互感器來將電流信號轉化為電壓信號。其額定輸入電流為5 A，額定輸出電流為2.5 mA。信號調理電路如圖5所示。圖中，調整反饋電阻R1和R2的值可得到所需要的電壓輸出。電容C2及可調電阻R3是用來補償相移的。電容C3和C4是400～1000 pF的小電容，主要用以去耦和濾波。兩個反接的二極管D1和D2用以保護運算放大器。運算放大器視精度要求而定，本文使用精度和穩定性都比較好的OP07。

AD的啟動信號由DSP的時鐘輸出通過CPLD給出，同時，CPLD還將譯碼AD的片內寄存器地址，以將AD轉換結果直接映射到DSP的內存空間。AD轉換結束信號經過CPLD與DSP的外部中斷引腳相連，可用于通知DSP讀取AD轉換結果。

本設計中，ADS8364采用的是4 MHz時鐘。每通道的轉換速率最大可達200 ksps。將AD的地址線接到TMS320F2812的地址線，可在A0接數字地，而A2和A1接VCC時，使ADS8364進入周期模式。在這個模式中，轉換器可自動對六個通道進行采樣，并可將數據以A0、A1、B0、B1、C0、C1的順序對應傳送到輸出端。ADS8364與DSP的接口電路如圖6所示。

3、采樣系統的軟件設計

系統主程序分為兩個部分：一是系統初始化模塊，二是控制模塊。其中初始化模塊只在系統上電時執行一次，主要是對系統狀態寄存器的設置、中斷標志和允許的設置、看門狗的設置、定時器初始化、捕獲單元初始化、液晶顯示初始化、I／O口的設置和初始化、E2PROM初始化等。系統初始化程序流程圖如圖7所示。初始設置完成并得到開機信號后，系統進入循環等待狀態。當有中斷事件發生時，則進入相應的中斷服務子程序去完成測控功能。

控制系統的主要指令都可在定時器中完成。圖8所示是其定時器周期中斷服務程序流程圖。若定時器計數器的值與定時器周期寄存器的值相等，則產生周期中斷請求。中斷被響應后，系統將進入中斷服務程序。當其確認中斷源正確后，首先啟動外部A／D轉換器，以采集相應的電能質量信號，再對轉換結果進行數據處理與比較，最后開總中斷并返回。

4、結束語

本文介紹了高速AD轉換器ADS8364在以TMS320F2812型DSP為控制核心的電能質量監控系統中的應用方法。ADS8364速度快，精度高，配合DSP強大的運算功能可構建性能優異的數據采集系統。現場運行表明，基于此數據采集系統的電能質量監控裝置，其工作十分穩定可靠。

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