中級(jí)通信設(shè)備環(huán)境輔導(dǎo)資料之AD73360應(yīng)用介紹

       下面是由希賽小編整理的中級(jí)通信設(shè)備環(huán)境輔導(dǎo)資料之AD73360應(yīng)用介紹，希望能幫助學(xué)友們。具體內(nèi)容如下：

       引言

       電力負(fù)荷控制終端是安裝于用戶(hù)端的監(jiān)控設(shè)備，擔(dān)負(fù)著電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、用戶(hù)控制、信息交流等重要任務(wù)，是電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它不僅可以接受負(fù)荷管理中心的遙控命令，按照中心發(fā)來(lái)的購(gòu)電量或計(jì)劃用電指標(biāo)實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)毓β屎碗娏靠刂?，而且也可將用?hù)的用電情況返回給中心。

       在電力負(fù)荷控制終端中，數(shù)據(jù)采集精度直接影響著系統(tǒng)的工作性能。而在周期性電參量的測(cè)量中，進(jìn)行同步采樣是準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)時(shí)信號(hào)的關(guān)鍵。除了要檢測(cè)每相電壓和電流值，它還要檢測(cè)彼此之間的相位，因此會(huì)要求對(duì)幾路信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采樣。本文在電力負(fù)荷控制終端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，選用數(shù)字信號(hào)處理器ADSP-BF531作為系統(tǒng)的技術(shù)核心，同時(shí)選用16位A／D轉(zhuǎn)換器AD73360作為系統(tǒng)的前向通道的核心器件。實(shí)踐表明，AD73360適用于作為電力參數(shù)測(cè)量的模擬前端器件，對(duì)電力參數(shù)的測(cè)量具有很好的精度和穩(wěn)定性。

       1、AD73360簡(jiǎn)介

       AD73360是ADl公司推出的可編程通用6通道16位精度串行模擬輸入前端處理器，是應(yīng)用于工業(yè)電表或多路輸入系統(tǒng)的三相電量測(cè)試IC器件。它的每個(gè)通道均由信號(hào)調(diào)理器、PGA(可編程增益放大器)、模擬∑-△調(diào)制器、抽樣器及串行端口等組成。由于其具有內(nèi)部PGA和獨(dú)立模擬前端，故可直接對(duì)微小的傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理采集；∑-△型ADC一般不要求高精度的模擬電路。但需要將普通的信號(hào)轉(zhuǎn)化為差動(dòng)信號(hào)后才可接入采集。而AD73360在前端設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理模塊，它允許用戶(hù)的輸入信號(hào)為單端或差動(dòng)形式。因而可以有效減小外圍電路的數(shù)目和復(fù)雜程度。

       AD73360特別適合于要求同時(shí)采樣的工業(yè)控制應(yīng)用，它不僅適合于大信號(hào)應(yīng)用，也適合于小信號(hào)應(yīng)用。AD73360具有六個(gè)可同時(shí)采樣的模擬量輸入信道，這六個(gè)信道可同時(shí)采樣，并且無(wú)須CPU干預(yù)．從而可有效地減少由于采樣時(shí)間不同而產(chǎn)生的相位誤差。各個(gè)信道的采樣速率可以方便地利用控制字在8 kHz、16 kHz、32 kHz和64kHz中進(jìn)行設(shè)定．所以特別適合于三相制電力運(yùn)行參數(shù)測(cè)控類(lèi)應(yīng)用(三個(gè)相電壓和三個(gè)相電流同時(shí)采樣)系統(tǒng)。

       此外，與并行接口相比，AD73360使用六線(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步串行接口與CPU連接，因而其硬件連接線(xiàn)可以大為減少，這不僅可以減少印制電路板的面積，還可以減少電磁干擾，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

       2、采樣電路設(shè)計(jì)

       交流電壓、電流的采集是整個(gè)采樣裝置的核心之一。它的采樣精度將直接影響到電能計(jì)算的精度。由于負(fù)荷管理終端要經(jīng)常工作在惡劣的環(huán)境下，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮EMC電磁兼容性設(shè)計(jì)和去干擾尖脈沖，以利于FFT算法操作，并減少誤差。

       本設(shè)計(jì)由互相隔離的5 V模擬電源和3．3 V的數(shù)字電源分別為芯片供電。由于芯片的參考電壓的穩(wěn)定程度直接影響到采樣的精度，所以電路外接了TI公司的電壓基準(zhǔn)源REF3040來(lái)為芯片AD73360提供參考電壓基準(zhǔn)，并在基準(zhǔn)電路中添加了電容對(duì)地濾波以消除干擾。由于是直接對(duì)電網(wǎng)的信號(hào)進(jìn)行采集。電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的浪涌電壓或電流會(huì)對(duì)采集電路造成很大的沖擊，所以，在互感器前端添加了扼流圈和壓敏電阻以增強(qiáng)其抗浪涌干擾的能力。

       由于AD73360使用的是過(guò)采樣技術(shù)(oversam-piing)，其前端信號(hào)通道只需要用簡(jiǎn)單的一階低通濾波器即可消除混疊效應(yīng)。在圖1所示的電壓采樣電路中。UAl和UN是電壓互感器的輸入信號(hào)，是工網(wǎng)的電壓信號(hào)。其中的SMBJ5．OCA可起到穩(wěn)壓和去尖脈沖的作用。三個(gè)電容起濾波和平滑作用。該電壓互感器的精度為0．1級(jí)。而在圖2所示的電流采樣電路中。IAl和INl是電流互感器二次側(cè)的電流信號(hào)，它可由26Ω(1％)的高精度電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)．并送入AD73360進(jìn)行采樣。電容的作用也是起濾波和平滑的作用。電流互感器的精度也是0．1級(jí)。

       由于電力負(fù)荷控制終端常常要工作于惡劣的環(huán)境中．因而必須正確處理“模擬地”和“數(shù)字地”。由于數(shù)字電路是非線(xiàn)性的，其邏輯門(mén)的開(kāi)關(guān)都會(huì)產(chǎn)生電流沖擊，因而在數(shù)字地上的高頻會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，因此，數(shù)字地和模擬地不能有共同路徑或者環(huán)路，只應(yīng)單點(diǎn)連接。為了盡量減小A／D模擬部分和數(shù)字部分間的干擾，可采取數(shù)字和模擬部分單獨(dú)供電的方式。其中，數(shù)字電源和模擬電源與地線(xiàn)之間都應(yīng)用0．01μF的陶瓷電容和4．7μF的鉭電容并聯(lián)去耦。圖3所示是模擬地和數(shù)字地之間的連接電路。

       3、接口設(shè)計(jì)

       這樣合適的處理器芯片是諧波電能計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性的重要保證。三相多功能諧波電能表要求能準(zhǔn)確計(jì)量基波和2～21次諧波的各次電能，其要求的采樣頻率為fs≥2fmax=2x21x50 Hz=2 100 Hz。FFT算法通常取采樣點(diǎn)數(shù)為2N。根據(jù)AD73360的轉(zhuǎn)換速度以及ADSP-BF53l的數(shù)據(jù)處理速度。本設(shè)計(jì)取N=9，即采樣點(diǎn)數(shù)為29=512。ADSPBF531在主頻300 MHz時(shí)可實(shí)現(xiàn)每秒6億次乘加，完全可以滿(mǎn)足對(duì)AD73360的各種控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、讀取和保存等各項(xiàng)操作指令的時(shí)間要求。

       ADSP-BF53l處理器有2個(gè)SPI兼容端口，能夠使控制器與多個(gè)SPI兼容的設(shè)備通信。SPI端口提供有全雙工的同步串行接口，可支持主從模式和多主環(huán)境。另外，SPI的波特率和時(shí)鐘相位／極性都是可編程的，而且都集成有一個(gè)DMA控制器，可配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)流。而SPI的DMA控制器在任意給定時(shí)間，只能進(jìn)行單向訪(fǎng)問(wèn)。故在傳輸過(guò)程中，SPI端口在2個(gè)串行數(shù)據(jù)線(xiàn)上可以通過(guò)移入和移出數(shù)據(jù)．來(lái)同時(shí)完成發(fā)送和接收工作。它的串行時(shí)鐘線(xiàn)可以保持2條串行數(shù)據(jù)線(xiàn)上的數(shù)據(jù)移位和采樣同步。

       AD73360和ADSP-BF53l的接口電路如圖4所示。由于AD73360和ADSP-BF531都支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的六線(xiàn)同步串行口。因而兩者之間的接口電路非常簡(jiǎn)單。圖4中的四個(gè)幀同步信號(hào)連接成幀同步返回環(huán)方式，即讓AD73360的輸出幀同步信號(hào)SDOFS輸出到AD73360的輸入幀同步信號(hào)SDIFS，而讓BF531的發(fā)送幀同步信號(hào)TFS輸出到接收幀同步信號(hào)RFS。這樣，無(wú)論是發(fā)送幀同步信號(hào)還是接收幀同步信號(hào)，都會(huì)被強(qiáng)迫與SDOFS保持同步。AD3360的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)SDI和數(shù)據(jù)輸出信號(hào)SDO分別與BF531的數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)DX和數(shù)據(jù)接收信號(hào)DR相連。BF53l的標(biāo)志輸出信號(hào)XF連接到AD73360的使能信號(hào)SE和復(fù)位信號(hào)。

       4、軟件設(shè)計(jì)

       本系統(tǒng)的軟件流程如圖5所示。AD73360有編程模式、數(shù)據(jù)模式和混合模式3種工作模式。在編程模式，它只接收控制字，輸出無(wú)效的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)模式下，輸入的控制字被忽略，可輸出有效的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；混合模式下，允許在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中接收控制字。AD73360的串行接口可連接到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ADSP-BF531設(shè)備上，串口的連接速率可由DSP芯片接口編程設(shè)定。

       AD73360在程序數(shù)據(jù)模式下工作時(shí)，將首先進(jìn)入程序方式并向AD73360寫(xiě)控制字，然后再切換成數(shù)據(jù)方式，但在從AD73360讀數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將不再切換回程序方式。而在混合模式下，系統(tǒng)總是在程序方式和數(shù)據(jù)方式之間不斷的切換工作，以在AD73360讀數(shù)據(jù)期間改變其配置。

       AD73360的同步串行接口能夠識(shí)別長(zhǎng)度為16位且來(lái)自DSP的控制字。由于AD73360的控制字和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)都是16 bit，因此，BF531傳送的每個(gè)字的寬度也應(yīng)設(shè)置為16 bit。AD73360內(nèi)部共有八個(gè)控制寄存器，分別是CRA～CRH，其占用的地址分別為0～7，每個(gè)長(zhǎng)度為8位。BF53l的一個(gè)重要功能是可支持DMA傳輸。而且此時(shí)可以不需要CPU的干預(yù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存貯和訪(fǎng)問(wèn)。在傳輸過(guò)程中。每幀數(shù)據(jù)包括6通道采樣值。并采用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，同時(shí)在其六個(gè)通道接收完成后產(chǎn)生一個(gè)中斷。

       5、結(jié)束語(yǔ)

       本文對(duì)芯片AD73360在電力負(fù)荷控制終端中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究，并已將研究方案應(yīng)用于實(shí)際的產(chǎn)品之中，從而實(shí)現(xiàn)了電力負(fù)荷控制終端中數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集，而且效果良好。

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