1 引言

　　在同步輻射應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，加速器具有特殊的運行方式，它要求給磁鐵系統(tǒng)供電的穩(wěn)流電源動態(tài)穩(wěn)定性必須優(yōu)于1′10-4，輸出電流紋波要小于5′10-4。所以現(xiàn)針對磁鐵電源，研制開發(fā)一套基于DSP技術(shù)的多路電源動態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，可對電源進行遙控操作和實時顯示其狀態(tài)，同時實現(xiàn)對整個電源紋波、電網(wǎng)電壓的實時監(jiān)控、記錄，并對紋波、電網(wǎng)電壓進行頻譜分析。

　　2 系統(tǒng)組成框圖

　　本系統(tǒng)主要由單片機80C196、可編程單片機外圍芯片PSD4235和DSP芯片TMS320VC5402構(gòu)成。它們之間的通信通過16位的雙口RAM(IDT公司的ID7133)來實現(xiàn)。

　　80C196和PSD4235主要完成人機接口的功能，包括液晶顯示、電源狀態(tài)開關(guān)量輸入、輸出電源控制操作、CAN總線通信及系統(tǒng)實時時鐘。TMS320VC5402則主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，對電源紋波和電網(wǎng)電壓進行頻譜分析;其主要資源有8路A/D、SRAM、FLASH、總線驅(qū)動和鎖存等。

　　雙口RAM在系統(tǒng)中的功能是將80C196接收到的外界數(shù)據(jù)交給TMS320VC5402，同時TMS320VC5402需要顯示或通信的數(shù)據(jù)也通過它送給80C196。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　3 系統(tǒng)的主要硬件

　　3.1 PSD4235G2芯片

　　WSI公司的PSD4235G2將存儲器、I/O端口、PLD等單片機集成于一個芯片中。能與多路復(fù)用16位總線的Intel 80C196直接接口，大大簡化了硬件電路，使系統(tǒng)的設(shè)計、完善變得十分方便.

　　PSD4235G2內(nèi)部集成了4Mbit閃速存儲器，64Kbit SRAM，具有16個輸出微單元和24個輸入微單元的CPLD，譯碼PLD，52個單獨可配置I/O端口引腳，內(nèi)置符合JTAG的串行接口。在系統(tǒng)中，它與80C196的硬件連接如圖2所示。

　　3.2　CAN通信電路

　　CAN總線具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價格比高等優(yōu)點。CAN接口由獨立控制器SJA1000和CAN控制器接口82C250組成，在這兩者之間接6N137高速光耦，用DC-DC變換器隔離電源，提高抗干擾能力。

　　3.3　實時時鐘電路

　　系統(tǒng)選用實時時鐘芯片DS12887，它是目前主流芯片。

　　3.4　雙口RAM器件

　　系統(tǒng)選用了IDT公司的高速2K×16 位的雙口RAM產(chǎn)品 IDT7133，其最高速度可以達到20ns。控制線和I/O線是完全獨立的兩個接口，可以對兩個端口進行完全異步的讀寫操作。當(dāng)兩個接口同時對存儲器的同一單元進行操作時，IDT7133的忙邏輯BUSY將會有硬件指示。

　　3.5 DSP處理器

　　DSP是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心器件。我們采用了TI公司的TMS320VC5402。它工作速率可達100MIPS，具有先進的多總線結(jié)構(gòu)(1條程序總線、3條數(shù)據(jù)總線、4條地址總線)，內(nèi)置4K×16bitROM和16K×16bitRAM。C5402具有高性能、低功耗和低價格等特點。圖3 所示為DSP的地址總線與數(shù)據(jù)總線布局。

　　C5402采用3.3V和1.8V電源供電，其中I/O采用3.3V供電，芯片的核采用1.8V供電。而實際常用的只有5V電源，所以選用了TPS767D301電源轉(zhuǎn)換芯片，可由5V轉(zhuǎn)化為3.3V和1.8V。

　　外部存儲器是DSP系統(tǒng)中最主要的部件之一。系統(tǒng)選用AM29LV400B(256K×16bit)作為 FLASH　MEMORY，它存取速度快，最高可達到55ns;讀寫壽命長，可重復(fù)10萬次。同時選用CY7C1021(64K×16bit)作SRAM，它是采用CMOS工藝制成，訪問速度可達12ns。

　　同時，由于DSP的地址總線與數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動能力是有限的，當(dāng)負(fù)載比較大時，需要對它的負(fù)載能力進行擴展，以保證系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。并且DSP的輸入、輸出口也有限，往往需要進行擴展。所以，我們選用SN74LVTH16244和SN74LVTH16245作總線驅(qū)動和隔離。

　　電源的模擬信號經(jīng)過A/D芯片MAX125(8通道14位帶并行輸出)轉(zhuǎn)換后，變成數(shù)字信號送入C5402內(nèi)進行傅里葉變換，計算信號的頻譜。

　　4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)的軟件主要包含單片機80C196和DSP兩大部分，采用C語言和匯編語言混合編程。單片機MCU與DSP之間通過雙口RAM交換數(shù)據(jù)。MCU軟件主要是系統(tǒng)I/O、與DSP通信、LCD顯示驅(qū)動、鍵盤掃描、時鐘日歷等程序。

　　圖3　DSP的地址總線與數(shù)據(jù)總線布局圖

　　DSP軟件主要包含科學(xué)計算程序、數(shù)據(jù)采集程序、FLASH管理、與MCU通信等。

　　5　結(jié)論

　　經(jīng)過實驗證明,根據(jù)本文內(nèi)容設(shè)計并實現(xiàn)的電源動態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，在實際運用中是可行有效的。

　　參考文獻

　　[1] 王念旭等.　DSP基礎(chǔ)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.8.

　　[2] 戴逸民等.　基于DSP的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.5.

　　[3]　TMS320C5X User’s Guide. Texas instruments，1990.

（轉(zhuǎn)載）