1 引言
在同步輻射應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，加速器具有特殊的運(yùn)行方式，它要求給磁鐵系統(tǒng)供電的穩(wěn)流電源動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性必須優(yōu)于1′10-4，輸出電流紋波要小于5′10-4。所以現(xiàn)針對磁鐵電源，研制開發(fā)一套基于DSP技術(shù)的多路電源動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，可對電源進(jìn)行遙控操作和實(shí)時(shí)顯示其狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電源紋波、電網(wǎng)電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄，并對紋波、電網(wǎng)電壓進(jìn)行頻譜分析。
2 系統(tǒng)組成框圖
本系統(tǒng)主要由單片機(jī)80C196、可編程單片機(jī)外圍芯片PSD4235和DSP芯片TMS320VC5402構(gòu)成。它們之間的通信通過16位的雙口RAM(IDT公司的ID7133)來實(shí)現(xiàn)。
80C196和PSD4235主要完成人機(jī)接口的功能，包括液晶顯示、電源狀態(tài)開關(guān)量輸入、輸出電源控制操作、CAN總線通信及系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。TMS320VC5402則主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，對電源紋波和電網(wǎng)電壓進(jìn)行頻譜分析;其主要資源有8路A/D、SRAM、FLASH、總線驅(qū)動(dòng)和鎖存等。
雙口RAM在系統(tǒng)中的功能是將80C196接收到的外界數(shù)據(jù)交給TMS320VC5402，同時(shí)TMS320VC5402需要顯示或通信的數(shù)據(jù)也通過它送給80C196。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
3 系統(tǒng)的主要硬件
3.1 PSD4235G2芯片
WSI公司的PSD4235G2將存儲器、I/O端口、PLD等單片機(jī)集成于一個(gè)芯片中。能與多路復(fù)用16位總線的Intel 80C196直接接口，大大簡化了硬件電路，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、完善變得十分方便.
PSD4235G2內(nèi)部集成了4Mbit閃速存儲器，64Kbit SRAM，具有16個(gè)輸出微單元和24個(gè)輸入微單元的CPLD，譯碼PLD，52個(gè)單獨(dú)可配置I/O端口引腳，內(nèi)置符合JTAG的串行接口。在系統(tǒng)中，它與80C196的硬件連接如圖2所示。
3.2 CAN通信電路
CAN總線具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。CAN接口由獨(dú)立控制器SJA1000和CAN控制器接口82C250組成，在這兩者之間接6N137高速光耦，用DC-DC變換器隔離電源，提高抗干擾能力。
3.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路
系統(tǒng)選用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887，它是目前主流芯片。
3.4 雙口RAM器件
系統(tǒng)選用了IDT公司的高速2K×16 位的雙口RAM產(chǎn)品 IDT7133，其最高速度可以達(dá)到20ns?？刂凭€和I/O線是完全獨(dú)立的兩個(gè)接口，可以對兩個(gè)端口進(jìn)行完全異步的讀寫操作。當(dāng)兩個(gè)接口同時(shí)對存儲器的同一單元進(jìn)行操作時(shí)，IDT7133的忙邏輯BUSY將會有硬件指示。
3.5 DSP處理器
DSP是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心器件。我們采用了TI公司的TMS320VC5402。它工作速率可達(dá)100MIPS，具有先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)(1條程序總線、3條數(shù)據(jù)總線、4條地址總線)，內(nèi)置4K×16bitROM和16K×16bitRAM。C5402具有高性能、低功耗和低價(jià)格等特點(diǎn)。圖3 所示為DSP的地址總線與數(shù)據(jù)總線布局。
C5402采用3.3V和1.8V電源供電，其中I/O采用3.3V供電，芯片的核采用1.8V供電。而實(shí)際常用的只有5V電源，所以選用了TPS767D301電源轉(zhuǎn)換芯片，可由5V轉(zhuǎn)化為3.3V和1.8V。
外部存儲器是DSP系統(tǒng)中最主要的部件之一。系統(tǒng)選用AM29LV400B(256K×16bit)作為 FLASH MEMORY，它存取速度快，最高可達(dá)到55ns;讀寫壽命長，可重復(fù)10萬次。同時(shí)選用CY7C1021(64K×16bit)作SRAM，它是采用CMOS工藝制成，訪問速度可達(dá)12ns。
同時(shí)，由于DSP的地址總線與數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力是有限的，當(dāng)負(fù)載比較大時(shí)，需要對它的負(fù)載能力進(jìn)行擴(kuò)展，以保證系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。并且DSP的輸入、輸出口也有限，往往需要進(jìn)行擴(kuò)展。所以，我們選用SN74LVTH16244和SN74LVTH16245作總線驅(qū)動(dòng)和隔離。
電源的模擬信號經(jīng)過A/D芯片MAX125(8通道14位帶并行輸出)轉(zhuǎn)換后，變成數(shù)字信號送入C5402內(nèi)進(jìn)行傅里葉變換，計(jì)算信號的頻譜。
4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件主要包含單片機(jī)80C196和DSP兩大部分，采用C語言和匯編語言混合編程。單片機(jī)MCU與DSP之間通過雙口RAM交換數(shù)據(jù)。MCU軟件主要是系統(tǒng)I/O、與DSP通信、LCD顯示驅(qū)動(dòng)、鍵盤掃描、時(shí)鐘日歷等程序。
圖3 DSP的地址總線與數(shù)據(jù)總線布局圖
DSP軟件主要包含科學(xué)計(jì)算程序、數(shù)據(jù)采集程序、FLASH管理、與MCU通信等。
5 結(jié)論
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明,根據(jù)本文內(nèi)容設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的電源動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)用中是可行有效的。
參考文獻(xiàn)
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