微处理器dsPIC33F在微机保护装置中的应用

3．1 存储器扩展及实时时钟接口
dsPIC33Fj256GP710内部集成30 KB的SRAM用作数据存储空间，256 KB的增强型Flash作为程序或数据存储区。由于微机保护，存储保护定值、事件记录和故障录波数据都需较大存储空间，因此该装置扩展1 MB的外部存储空间，将串行闪速存储器AT45DB081通过SPI总线同dsPIC33FJ256GP71O相连。AT45DB081的工作电压为2． 7～3．6 V，在系统重复擦写并兼容SPI的Flash存储器。内部有4 096页，每页264个字节，共计8MB的主存储器容量以及2个264字节的SRAM数据缓存器。AT45DB081与dsPIC33FJ256GP710的接口设计电路如图3所示。图3中dsPIC33Fj256GP710的SDO1、SOI1、SCK1分别与 AT45DB081的串行输入(SI)、串行输出(SO)和时钟(SCK)引脚相连，RE4，RE2，RE5，RE6分别与AT45DB081的片选 (CS)、复位(RESET)、忙闲状态(RDY／BUSY)和写保护(WP)引脚相连。dsPIC33F通过RE5读取AT45DB081的忙闲状态引脚判断存储器是否空闲，若RE5为“1”表示存储器空闲，否则表示存储器忙。当存储器空闲时，通过RE4引脚输出“0”作为存储器的片选信号，选中存储器后通过SPI发送命令字完成对AT45DB081的相应读写操作。微机保护需配置3个定值，且存储在不同的3个区间，运行时校验其定值是否正确。为此，对 AT45DB081的空间分配如下：定值、控制字、工厂设置和调节系数共分为4个区，存储在AT45DB081的第0～9页，即第一区为 AT45DB081的第0，1，2页，分别存储保护装置的第1，2，3个定值；第二区为AT45DB081的第3，4，5页，分别存储保护装置的第1， 2，3个定值；第三区为AT45DB081的第6，7，8页，分别存储保护装置的第1．2．3个定值；第4区为AT45DB081的第9页，存储调节系数。事件记录存储在AT45DB081的第10～1 000页。故障录波数据存储在AT45DB081的第1 001～4 000页。

PCF8583是串行总线扩展方式，通过DSP的I2C时钟线SCL和数据线SDA完成对PCF8583的参数设置、日期和时间读取等操作，同时 PCF8583具有接口简单、占用DSP资源少和可靠性高等优点，并在掉电时仍能进行时间计数。扩展的时钟器件用来记录系统的工作时间。除此之外，为避免装置频繁读写EEPROM，对于保护装置频繁读写的信号如事故、预告、脉冲量、重启次数、装置故障信号及出口标志都存放在RAM寄存器，时钟器件在读取当前时间的同时也调用这些内容，在装置断电又重新上电时能够获得这些信息。
3．2 基于DMA的A／D转换
dsPIC33FJ256GP710集成32路12 bit高精度的A／D转换模块，其转换速度可达1 Ms／s，可灵活设定采样通道。采样模式可选用手动和自动两种，通道停止采样并开始转换的方式也有多种，如手动清除SAMP开始采样、内部计数器计数触发采样、定时器Timer3溢出触发采样、中断引脚INTO触发等。其中定时器Timer3溢出触发采样适合保护装置的定点采样。A／D转换采用直接存储器访问(DMA)方式。采样结束后直接将数据存放于DMA RAM(有2 KB空间)，不占用CPU周期。A／D转换结束并且数据已经存储于DMA RAM后会产生DMA中断，寄存器AD1CON2可用于选择多路采样结束后将产生中断。本装置共采集15路模拟量，采用自动采样和Timer3触发转换的模式，在每个采样周期内触发转换一次，全部15路采样结束后产生中断并一次从DMA RAM区读取所有15路数据。在这种工作模式下，CPU只需启动一次A/D转换，在不占用CPU指令周期的情况下，通过DMA方式将采样数据从外设转存于 RAM中，采样处理效率大大提高。给CPU空出了足够的时间来计算和故障判断。
3．3 以太网接口的扩展
以太网接口扩展电路如图4所示。本装置采用I／O口模拟SPI实现主控制器和 ENC28J60的连接，ENC28J60收满一帧后，通过INT引脚发中断信号通知dsPIC33F。SO为主机读命令引脚，SI为主机写命令引脚。 Microchip公司提供了一组专门针对dsPIC33F系列数字信号控制器的嵌入式TCP／IP协议栈CMX-MicroNet，该协议栈针对 dsPIC33F系列器件的Flash和RAM资源进行优化，为以太网功能的实现提供软件支持。该协议栈既可以单独运行也可以嵌入实时操作系统 (RTOS)中使用。Microchip CMX-MicroNet协议栈采用分层结构，用户可以在不十分熟悉TCP／IP的情况下实现网络应用。

在主程序中，对dsPIC33F自带看门狗时间初始化，即需设置：2个8位的计数器WDT Prescaler A、WDT Prescaler B，溢出时间可在2 ms～16 s之间调整。在对dsPIC33F的定时器初始化中，需考虑dsPIC33FJ256GP710具有9个16位定时器。本装置软件使用3个定时器：T1、 T3和T5。其中定时器T1的中断时间为1 ms，完成时钟的读写、开入量采集、开出量输出、开关变位事件记录等功能。