基于DSP的继电保护测试仪信号采集装置硬件设计

2 系统硬件设计
2．1 电压、电流采样电路设计
本系统采集三相电压、三相电流以及中性线的两路电压和电流信号。电压和电流的采样电路类似，电压采用电压互感器，电流采用电流互感器，通过运放OPA2277组成电压和电流采样电路。电压采集电路如图2所示。图2中，T1为电压互感器。电压互感器出来的信号通过OPA2277处理后送入数据选择器AD7502的S1输入引脚。其他7路电压和电流信号分别送入AD7502的另外7个输入引脚。

2．2 程控滤波电路设计
系统中选用数据选择器AD7502作为四路电压和四路电流信号的模拟开关。滤波电路选用OPA2277来实现，电路原理图如图3所示。其中，AD7502的A0，A1接DSP通用I／O口的GPIOB4，GPIOB5口，EN引脚接高电平。GPIOB4，GPIOB5输出不同值来控制AD7502不同通道的接通，从而将8路信号依次送入两片A/D转换器。

2．3 A／D转换电路与DSF接口电路的设计
A／D转换器是模／数转换电路中的核心器件，在整个测量系统中占有重要地位。如果模／数转换器的位数低时，将引起较大的测量误差，本装置选用德州仪器(TI)公司的A／D芯片ADS- 8515作模／数转换器。ADS8515是采样率为250 KSPS的16位并行A／D转换器，输入电压范围能达到±10 V。ADS8515属于逐次逼近寄存器型(简称SAR型)A／D转换器，这种结构的转换器通过输入的模拟信号与比较器逐次比较来输出数字信号，是目前应用最多的转换器类型。SAR型A／D转换器的功耗比较低，体积比较小，而且A／D内部通常具有采样保持器，它可以维持采样电压直到转换结束，且其转换速率很快。ADS8515和DSP的接口电路如图4所示。

由于TMS320F2812的I／O电压是3．3 V电平，而ADC则是5 V电平，因此需要电平转换芯片74LVC245来实现隔离功能。ADS8515的控制是通过对片选信号CS、启动信号R／C以及对状态信号BUSY的查询来实现的。BUSY，CS，R／C，分别接DSP的中断信号引脚XINT1和通用I／O接口GPIOB0，GPIOB1。为了保证双DSP的同步采样，防止数据输出时两DSP数据的串扰，采用将另一个DSP的片选信号CS和启动信号R／C分别接DSP的通用I／O接口GPIOB2和GPIOB3的方法。这样可以保证双DSP同步采样，并依次读取两个A／D中的数据。
2．4 同步信号获取与识别电路设计
为了实现A／D转换器的交流同步采样，本方案的设计电路如图5所示。方案选用多个OPA22 77和比较器MAX998来组成信号的获取与识别电路，从而克服了非整周期采样带来的频率泄露误差，实现严格的同步采样和等间隔采样。图5中，K3C为继电器，用作开关使用，用来通断选择获取的一路交流电压信号和一路交流电流信号。OPA2277组成放大和滤波电路。二极管D2，D3的作用是保护比较器MAX998，防止电压过大而击穿MAX998。