基于DSP的中频电源测试系统设计

2010-08-18张丽静闫英敏

电子设计工程 2010年6期

张丽静，闫英敏，赵霞

（军械工程学院电气控制教研室，河北石家庄 050003）

目前，115 V/400 Hz电源广泛应用于航空、航天等军用设备中，军用设备一般对频率精度要求较高，因此必须对其进行测试，使其满足军用标准。本设计利用数字信号处理器（DSP）对数字信号强大的处理能力，对交流电压与频率进行测试、分析与计算，以达到对中频电源性能进行评估的目的[1]。

1 系统硬件设计

1.1 系统硬件框图

系统的硬件框图由4部分组成：电压信号调理模块、频率信号调理模块、DSP2407最小系统和液晶显示模块，系统硬件框图如图1所示。

图1 系统硬件框图

被测信号（电压信号）经信号调理模块降压滤波后，接至DSP的ADCIN00端进行信号采集与A/D转换，而被测信号（频率信号）经信号调理模块降压、滤波且转化为同频方波后，接至DSP的CAP端进行捕获。DSP2407是整个系统的核心，其功能则是接收A/D端和捕获CAP端的信号，对其进行分析计算，最后对数据进行存储显示[2]。

1.2 信号调理模块

被测信号电压为－115～115 V，而DSP的输入要求则是0～3.3 V，因此需对被测电压信号进行调理[3]。被测电压信号经降压、滤波等处理后，才能进入DSP进行A/D转换。电压信号调理电路如图2所示。

图2中电压传感器选用的是精密电压互感器SPT204A，输入额定电流为2 mA，额定输出电流也为2 mA。电压互感器的输入端需调节R1使输入电流为2 mA，而互感器的输出端是电流/电压转换电路，调节反馈电阻R2与R3可得所需电压。2个反接二极管起保护放大器的作用。该互感器的特点是电磁隔离、精度高、无漂移，而且对干扰具有很好的抑制作用。滤波部分为一阶低通滤波器，目的是消除对系统影响较大的高频信号。被测信号经电压互感器调理后，转化成－3～3 V的电压信号，而DSP2407自带的A/D转换器是单极性的，因此在互感器电路后接电压抬升电路，进一步调整电压信号，将其转化为0～3 V的电压信号后，再进行A/D转换。

图2 电压信号调理电路

频率信号调理模块的降压滤波部分与电压信号调理电路基本一致，只是不需再将电压信号抬升，而是需经过电压比较器LM311将正弦电压信号转化为同频率的方波信号，最后通过分压电路进一步调整幅值，使其适合DSP捕获端的输入范围[4]。进一步调理电路如图3所示。

图3 进一步调理电路

1.3 液晶显示

液晶显示器（LCD）是提供友好人机界面实现信息人机交互的关键器件。由于LCD具有低功耗、体积小、质量轻等诸多其他显示器无法比拟的优点，它成为测量结果显示和人机对话的重要工具。本系统选用的SPRT12864M液晶显示模块是128×64点阵的图形点阵式液晶显示模块[5]。

图4 DSP2407与LCD的接口电路

DSP2407与LCD之间的接口电路如图4所示。其中DSP的IOPE0～IOPE7用作数据接口，与LCD模块的数据线DB0～DB7相连，完成与LCD间的数据传送；IOPC0与RS（CS）相连，为指令/数据选择位，H为数据选择位，L为指令选择位；IOPC1与R/W脚相连，为读/写选择位，H为写信号，L为读信号；IOPC2与E相连，工作状态使能；RET是液晶显示模块的复位端，直接连接到DSP的复位引脚RS，当系统复位时，LCD同时复位；VDD接+3.3 V输入电源。

2 系统软件设计

DSP是整个测试系统的核心，而软件编程又是这一核心的灵魂。整个DSP系统在Code Composer Setup编译环境下开发，采用汇编语言和C语言相结合的编程方式，完成对整个测试系统的软件设计。

2.1 电压数据采集子程序

电压数据采集是直接通过TMS320LF2407自带的模数转换模块（ADC）实现的。首先对ADC进行初始化，确定ADC通道的级联方式，采样时间窗口预定标，转换时钟预定标等。然后启动ADC采样，对电压信号进行采集，采样8次。由于得到的数据被默认存储到ADC转换结果寄存器（RESULT0～7）的高10位中，因此定义1个数组，将RESULT n中的值经过移位还原后存储到相应的数组中。A/D转换结束后，则转入中断服务程序，对采样得到的数据进行分析和处理[6]。电压信号数据采集子程序的流程图如图5所示。