基于DSP的中頻電源測試系統設計

張麗靜，閆英敏，趙 霞

（軍械工程學院 電氣控制教研室，河北 石家莊 050003）

目前，115 V/400 Hz電源廣泛應用于航空、航天等軍用設備中，軍用設備一般對頻率精度要求較高，因此必須對其進行測試，使其滿足軍用標準。本設計利用數字信號處理器（DSP）對數字信號強大的處理能力，對交流電壓與頻率進行測試、分析與計算，以達到對中頻電源性能進行評估的目的[1]。

1 系統硬件設計

1.1 系統硬件框圖

系統的硬件框圖由4部分組成：電壓信號調理模塊、頻率信號調理模塊、DSP2407最小系統和液晶顯示模塊，系統硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統硬件框圖

被測信號（電壓信號）經信號調理模塊降壓濾波后，接至DSP的ADCIN00端進行信號采集與A/D轉換，而被測信號（頻率信號）經信號調理模塊降壓、濾波且轉化為同頻方波后，接至DSP的CAP端進行捕獲。DSP2407是整個系統的核心，其功能則是接收A/D端和捕獲CAP端的信號，對其進行分析計算，最后對數據進行存儲顯示[2]。

1.2 信號調理模塊

被測信號電壓為－115～115 V，而DSP的輸入要求則是0～3.3 V，因此需對被測電壓信號進行調理[3]。被測電壓信號經降壓、濾波等處理后，才能進入DSP進行A/D轉換。電壓信號調理電路如圖2所示。

圖2中電壓傳感器選用的是精密電壓互感器SPT204A，輸入額定電流為2 mA，額定輸出電流也為2 mA。電壓互感器的輸入端需調節R1使輸入電流為2 mA，而互感器的輸出端是電流/電壓轉換電路，調節反饋電阻R2與R3可得所需電壓。2個反接二極管起保護放大器的作用。該互感器的特點是電磁隔離、精度高、無漂移，而且對干擾具有很好的抑制作用。濾波部分為一階低通濾波器，目的是消除對系統影響較大的高頻信號。被測信號經電壓互感器調理后，轉化成－3～3 V的電壓信號，而DSP2407自帶的A/D轉換器是單極性的，因此在互感器電路后接電壓抬升電路，進一步調整電壓信號，將其轉化為0～3 V的電壓信號后，再進行A/D轉換。

圖2 電壓信號調理電路

頻率信號調理模塊的降壓濾波部分與電壓信號調理電路基本一致，只是不需再將電壓信號抬升，而是需經過電壓比較器LM311將正弦電壓信號轉化為同頻率的方波信號，最后通過分壓電路進一步調整幅值，使其適合DSP捕獲端的輸入范圍[4]。進一步調理電路如圖3所示。

圖3 進一步調理電路

1.3 液晶顯示

液晶顯示器（LCD）是提供友好人機界面實現信息人機交互的關鍵器件。由于LCD具有低功耗、體積小、質量輕等諸多其他顯示器無法比擬的優點，它成為測量結果顯示和人機對話的重要工具。本系統選用的SPRT12864M液晶顯示模塊是128×64點陣的圖形點陣式液晶顯示模塊[5]。

圖4 DSP2407與LCD的接口電路

DSP2407與LCD之間的接口電路如圖4所示。其中DSP的IOPE0～IOPE7用作數據接口，與LCD模塊的數據線DB0～DB7相連，完成與LCD間的數據傳送；IOPC0與RS（CS）相連，為指令/數據選擇位，H為數據選擇位，L為指令選擇位；IOPC1與R/W腳相連，為讀/寫選擇位，H為寫信號，L為讀信號；IOPC2與E相連，工作狀態使能；RET是液晶顯示模塊的復位端，直接連接到DSP的復位引腳RS，當系統復位時，LCD同時復位；VDD接+3.3 V輸入電源。

2 系統軟件設計

DSP是整個測試系統的核心，而軟件編程又是這一核心的靈魂。整個DSP系統在Code Composer Setup編譯環境下開發，采用匯編語言和C語言相結合的編程方式，完成對整個測試系統的軟件設計。

2.1 電壓數據采集子程序

電壓數據采集是直接通過TMS320LF2407自帶的模數轉換模塊（ADC）實現的。首先對ADC進行初始化，確定ADC通道的級聯方式，采樣時間窗口預定標，轉換時鐘預定標等。然后啟動ADC采樣，對電壓信號進行采集，采樣8次。由于得到的數據被默認存儲到ADC轉換結果寄存器（RESULT0～7）的高10位中，因此定義1個數組，將RESULT n中的值經過移位還原后存儲到相應的數組中。A/D轉換結束后，則轉入中斷服務程序，對采樣得到的數據進行分析和處理[6]。電壓信號數據采集子程序的流程圖如圖5所示。

圖5 電壓數據采集流程圖

2.2 頻率數據采集子程序

交流電壓頻率的采集是通過DSP2407的捕獲引腳，對頻率信號調理模塊輸出的方波上升沿時的時鐘進行捕獲得到的，然后在頻率采集信號數據處理部分根據相鄰時鐘差值求出其對應的頻率值。頻率信號數據采集子程序流程如圖6所示。

圖6 頻率數據采集流程

3 結束語

該系統是基于DSP的中頻電源測試系統的設計，構建了以DSP為控制核心的測試系統，并對電壓互感器SPT204A的外圍電路進行了設計和改進，對交流電壓輸出與所需輸入建立了一種平臺，提出了一種電壓信號調理的新思路，具有結構簡單，性能良好等優點，可推廣使用到其他中頻軍用設備以及民用設備的系統測試中。

[1]楊學昭，王耕.基于單片機的400 Hz軍用電源頻率和相位的測量設計[J].電子產品世界，2003，15（7）：42-43.

[2]高麗霞.先進飛機測控平臺的研究[D].西安：西北工業大學，2007.

[3]林杰，姜學東.基于DSP2407的高頻高壓電源控制系統的設計[J].機械與電子，2009，17（2）：56-58.

[4]周克東.基于DSP的50 kW/400 kHz感應加熱電源研究[J].電力電子技術，2008，43（12）：36-37.

[5]鄧國棟.基于DSP的鉛酸蓄電池智能充電系統研究[D].石家莊：軍械工程學院，2008.

[6]劉軍.基于交流采樣的電網電壓智能監測儀的設計[J].電子設計工程，2009，17（2）：59-60.