基于DSP和CAN总线的RTU的设计

　　由于LF2407A 内部集成CAN总线控制器， 因此不必外加CAN控制器来实现CAN总线的底层协议， 只需在CAN 输出端子和物理通道之间加上抗干扰的光隔和CAN总线收发器即可。光隔采用TI 的8 脚双通道高速光隔HCPL2631 ，CAN 收发器选用PHILIPS 公司的具有多种保护和抗干扰能力的PCA82C250 差动驱动器作为总线接口， 为了更好的解决射频干扰问题， 通信介质采用屏蔽电缆， 为了克服长线效应， 减小通信介质中信号的反射， 在传输线两端并联2 个120 Ω 的匹配电阻。

　　该通信主控模块系统有多个串行口与外界进行数据通信， 通信实时性要求也较高， 利用通用的I/O 口线来构成串口在这里不适用， 选用具有四个异步通信单元的TL16C554A 芯片实现并-串转换。由于PC、远方通信端口都是RS232 端口， 同时为了能够与传统的485 设备兼容， 因此采用MAX232 芯片，MAX 1482 芯片将TL16C554A 串口输出信号的TTL 电平转化成RS232、RS485 电平。

　　为了保持通信主控模块在功能上具有一定的独立性， 选择自带T6963C 控制器汉字液晶显示器模块和4个按键一起构成人机接口界面。显示器对系统的通信状态进行显示，4 个按键完成用户功能的设定， 包括模块的地址、各种通信端口的波特率等。X5045 是为了在系统掉电时将一些系统参数保存起来， 当系统再次起动时就可以重新调入这些数据。扩展的高速静态RAM 作为外部数据存储空间和调试程序存储空间。

　　3 信号测控模块的电路设计

　　信号测控模块的主要采集对象有： 经过外部电压和电流互感器转化后的0~100 V 标准三相交流电压和0~5 A 三相相电流； 反映变电站线路状态及保护运行的开关量； 功率表脉冲量。按照信号的分类， 分别对应于模拟量、开关量和脉冲量。信号测控模块的结构原理如图3所示。

图3 信号测控模块的结构原理图

　　为了保证模拟量测量的精度和实时性， 对于模拟量的测量采用交流采样和硬件电路同步的方法。硬件同步和频率采样电路主要由迟滞电压比较电路、高速光藕、锁相倍频电路和脉冲整形电路组成。迟滞比较电路将交流正弦波输入信号变为0 ~5 V 的同频率方波信号， 高速光耦6N137 将模拟部分和数字部分电路隔离开，锁相倍频电路由锁相环电路CD4046 和三片可编程计数器芯片MC14522 构成128 倍频器，使输出信号频率为正弦输入信号频率的128 倍，并且跟随输入同步变化。MC14522 输出的同步信号经分压后， 被送入TMS320LF2407A 的捕获模块CAP1、CAP2 用于频率的测量。CD4046 输出的同步倍频信号经脉宽整形后得到合适的脉冲信号，接A/D转换器ADS7864 的/HOLDA、/HOLDB、/HOLDC, 选择输入的多路开关并且启动A/D 转换。ADS7864 是一块高速（2 μs）、低功耗（50 mW）、单电源（+5 V）工作的双12 位A/D转换器。它能以500 kHz 的采样速率同时进行6 通道信号采样， 特别适用于电力监控系统。ADS7864 的6 路输入通道可分成3 对， 测量电力监控应用的三相， 并将模拟信号转换成LF2407A 所需的数字信号， 存放在片内6 个FIFO 寄存器中。为了提高系统的效率， 将ADS7864 的//BUSY信号接至CPLD， 由其判断ADS7864 产生三个/BUSY 信号后产生一个中断， 通知LF2407A 一次性读走ADS7864 的FIFO 中6个转换好的数据进行处理。另外，ADS7864采用双极性（±5 V） 的输入， 由于输入的交流电压信号为0~100 V， 电流信号为0~5 A， 因而需要加上信号调理和电平转换电路。