2.3 A／D轉換電路與DSP接口電路的設計

A／D轉換器是模／數轉換電路中的核心器件，在整個測量系統(tǒng)中占有重要地位。如果模／數轉換器的位數低時，將引起較大的測量誤差，本裝置選用德州儀器(TI)公司的A／D芯片ADS8515作模／數轉換器。ADS8515是采樣率為250 KSPS的16位并行A／D轉換器，輸入電壓范圍能達到±10 V。ADS8515屬于逐次逼近寄存器型(簡稱SAR型)A／D轉換器，這種結構的轉換器通過輸入的模擬信號與比較器逐次比較來輸出數字信號，是目前應用最多的轉換器類型。SAR型A／D轉換器的功耗比較低，體積比較小，而且A／D內部通常具有采樣保持器，它可以維持采樣電壓直到轉換結束，且其轉換速率很快。ADS8515和DSP的接口電路如圖4所示。

由于TMS320F2812的I／O電壓是3.3 V電平，而ADC則是5 V電平，因此需要電平轉換芯片74LVC245來實現隔離功能。ADS8515的控制是通過對片選信號CS、啟動信號R／C以及對狀態(tài)信號BUSY的查詢來實現的。BUSY，CS，R／C，分別接DSP的中斷信號引腳XINT1和通用I／O接口GPIOB0，GPIOB1。為了保證雙DSP的同步采樣，防止數據輸出時兩DSP數據的串擾，采用將另一個DSP的片選信號CS和啟動信號R／C分別接DSP的通用I／O接口GPIOB2和GPIOB3的方法。這樣可以保證雙DSP同步采樣，并依次讀取兩個A／D中的數據。

2.4 同步信號獲取與識別電路設計

為了實現A／D轉換器的交流同步采樣，本方案的設計電路如圖5所示。方案選用多個OPA2277和比較器MAX998來組成信號的獲取與識別電路，從而克服了非整周期采樣帶來的頻率泄露誤差，實現嚴格的同步采樣和等間隔采樣。圖5中，K3C為繼電器，用作開關使用，用來通斷選擇獲取的一路交流電壓信號和一路交流電流信號。OPA2277組成放大和濾波電路。二極管D2，D3的作用是保護比較器MAX998，防止電壓過大而擊穿MAX998。

2.5 DSP系統(tǒng)的設計

DSP系統(tǒng)主要由DSP芯片、電源電路、時鐘電路、仿真和測試電路組成。由于TMS320F2812的電源系統(tǒng)既有3.3 V的數字和模擬電源，又有1.8 V的數字電源，電源的安全和可靠是系統(tǒng)運行的根本保證，所以需要將常用的5 V電源轉換成3.3 V和1.8 V電源。本設計選用TI公司的TPS767D318作為電源芯片，該芯片是專門為DSP的應用而設計的，可以提供3.3 V和1.8 V兩路電壓輸出，其中每路輸出均可提供最大為1 A的電流。TPS767D318同時具有電壓監(jiān)測功能。電源電路的設計如圖6所示。此外，DSP的每個電源和地引腳不能懸空，數字模擬地要分離設計。

由于本系統(tǒng)對時序的要求比較敏感，所以本系統(tǒng)的時鐘電路選用3.3 V工作電壓的外部有源晶振。該有源晶振相對無源晶振信號質量更好，而且比較穩(wěn)定，連接方式相對簡單。通常的用法是：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。

在對DSP系統(tǒng)進行硬件仿真時，可以通過JTAG邊界掃描接口對DSP內部的數據存儲器、程序存儲器和控制寄存器進行在線監(jiān)控，并能在TMS320F2812的開發(fā)環(huán)境CCS中把程序下載到DSP芯片進行硬件仿真。JTAG接口的原理圖如圖7所示。

2.6通訊模塊設計

目前，數據采集系統(tǒng)多以ISA，EISA或PCI插卡的形式完成數據的傳輸，這些方式存在著開發(fā)調試比較困難、安裝麻煩以及通用性和可移植性差等缺點，而且PC機上的插槽數量、地址、終端資源有限，導致這種方式的可擴展性差。目前，廣泛應用的USB總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點，已成為計算機接口的主流。本文選用專用的USB接口芯片來完成DSP與PC機的數據傳輸。USB 2.0芯片選用Philips公司的ISP1581。ISP1581與TMS320F2812的連接電路圖如圖8所示。ISP1581在上電時，通過BUS_CONF，MODE0，MODE1對接口進行設置，本設計中BUS CONF通過電阻連接至高電平，ISP1581工作在通用處理器模式，AD[0～7]是8位地址總線，DATA[0～15]是獨立的數據總線。MODE0設為1，因此讀寫選通信號為8051類型。TMS320F2812的XCS0AND1作為ISP1581的片選信號。RREF引腳通過12 kΩ的精密電阻接地，提供精確的鏡像電流。RPU引腳通過1.5 kΩ電阻器上拉。

3結語

研制了一種基于DSP技術的繼電保護測試儀信號采集裝置，以便檢定繼電保護測試儀的性能指標是否滿足設計要求。文中重點介紹了數據采集裝置的整體架構、基于DSP的數據采集裝置的硬件組成和電路設計。該數據采集裝置可以精確采集繼電保護測試儀的各項數據，為繼電保護測試儀的檢定裝置奠定了技術基礎。