基于DSP的继电保护测试仪信号采集装置硬件系统设计

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OPA2277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。

2.5DSP系统的设计

DSP系统主要由DSP芯片、电源电路、时钟电路、仿真和测试电路组成。由于TMS320F2812的电源系统既有3.3 V的数字和模拟电源，又有1.8 V的数字电源，电源的安全和可靠是系统运行的根本保证，所以需要将常用的5 V电源转换成3.3 V和1.8 V电源。本设计选用TI公司的TPS767D318作为电源芯片，该芯片是专门为DSP的应用而设计的，可以提供3.3 V和1.8 V两路电压输出，其中每路输出均可提供最大为1 A的电流。TPS767D318同时具有电压监测功能。电源电路的设计如图6所示。此外，DSP的每个电源和地引脚不能悬空，数字模拟地要分离设计。

由于本系统对时序的要求比较敏感，所以本系统的时钟电路选用3.3 V工作电压的外部有源晶振。该有源晶振相对无源晶振信号质量更好，而且比较稳定，连接方式相对简单。通常的用法是：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。

在对DSP系统进行硬件仿真时，可以通过JTAG边界扫描接口对DSP内部的数据存储器、程序存储器和控制寄存器进行在线监控，并能在TMS320F2812的开发环境CCS中把程序下载到DSP芯片进行硬件仿真。JTAG接口的原理图如图7所示。

2.6通讯模块设计

目前，数据采集系统多以ISA，EISA或 PCI插卡的形式完成数据的传输，这些方式存在着开发调试比较困难、安装麻烦以及通用性和可移植性差等缺点，而且PC机上的插槽数量、地址、终端资源有限，导致这种方式的可扩展性差。目前，广泛应用的USB总线接口具有安装方便、高带宽、易于扩展等优点，已成为计算机接口的主流。本文选用专用的USB接口芯片来完成DSP与PC机的数据传输。USB 2.0芯片选用Philips公司的ISP1581。ISP1581与TMS320F2812的连接电路图如图8所示。ISP1581在上电时，通过 BUS_CONF，MODE0，MODE1对接口进行设置，本设计中BUS CONF通过电阻连接至高电平，ISP1581工作在通用处理器模式，AD[0～7]是8位地址总线，DATA[0～15]是独立的数据总线。MODE0 设为1，因此读写选通信号为8051类型。TMS320F2812的XCS0AND1作为ISP1581的片选信号。RREF引脚通过12 kΩ的精密电阻接地，提供精确的镜像电流。RPU引脚通过1.5 kΩ电阻器上拉。

3 结语

研制了一种基于DSP技术的继电保护测试仪信号采集装置，以便检定继电保护测试仪的性能指标是否满足设计要求。文中重点介绍了数据采集装置的整体架构、基于DSP的数据采集装置的硬件组成和电路设计。该数据采集装置可以精确采集继电保护测试仪的各项数据，为继电保护测试仪的检定装置奠定了技术基础。