首先三相电压/电流经过精密电压电流互感器转换后滤除高次谐波,再经过信号调理电路变换为适合AD73360采样的信号进行采样。AD73360将采样完的数字信号送入DSP。
由DSP对采样数据作进一步抗混叠处理后,计算出各电力参数并通过快速傅里叶算法进行谐波分析,并将需要的参数进行存储[2]。
经过DSP处理后的各实时电参量经通信单元送给以MSP430F149为核心的上位机进行显示。系统设计包括键盘输入控制电路以及LCD液晶显示电路,实现友好、直观的人机接口。
2 系统硬件设计
2.1 TMS320VC5402与AD73360接口电路
AD73360是ADI公司推出的6通道模拟输入的16位串行可编程A/D转换器。它采用∑-△ A/D转换原理,具有良好的内置抗混叠性能,所以对模拟前端滤波器的要求不高,用一阶RC低通滤波器就能满足要求。其采样率和输入信号增益都是可编程的,采样率可分别设置为64 kS/s、32 kS/s、16 kS/s和8 kS/s(输入时钟为16.384 MHz时),增益可在0 dB~38 dB之间选择。AD73360能保证6路模拟信号同时采样,且在变换过程中延迟很小。本系统中AD73360采用交流耦合的差分输入,通过McBSP接口与TMS320VC5402相连,接口信号线的数目只有6条,简捷高效。图2是具体连接方法。
AD73360的串口时钟SCLK信号作为McBSP的发送时钟信号(CLKX0)和接收时钟信号(CLKR0);McBSP的发送引脚(FSX0)、接收帧同步引脚(FSR0)与AD73360的输入引脚(SDIFS)、输出帧同步(SDOFS)连接到一起,使McBSP的发送信号(FSX0)和接收帧同步时钟信号(FSR0)与AD73360的输出帧同步信号(SDOFS)保持同步。AD73360的数据输出引脚(SDO)和输入引脚(SDI)分别与McBSP的数据接收引脚(DR0)和数据发送引脚(DX0)相连。AD73360的激活信号SE由锁相倍频电路的输出倍频信号AD_SE触发,实现同步锁相采集。AD73360的驱动时钟信号MCLK可以由DSP分频得到,也可以由晶振直接产生,AD73360的最高输入时钟为16.384 MHz。
2.2 锁相倍频电路及频率测量
傅里叶变换要求每周期采样点数等间隔,且采样时间要涵盖整周期。因此对采样点数的要求非常严格。实现同步采样的方式有软件同步和硬件同步两种,硬件同步采样比软件同步采样响应迅速,能实时追踪频率变化。本装置中采样脉冲产生电路由过零比较器、锁相器以及分频电路组成。锁相电路选择了一种性能优良的CMOS锁相环路CD4046,同时CD4046提供给计数器74LS393来产生所需的分频信号。