TLC7225在電力電量參數(shù)測量系統(tǒng)中的應(yīng)用
TLC7225 Application in Electric Power & Quantity Measurement System
圖1 TLC7225 功能框圖
圖2 TLC7225參考電壓實現(xiàn)電路
系統(tǒng)簡介
本電力電量參數(shù)測量系統(tǒng)包括兩個獨立的硬件模塊：參數(shù)測量模塊和諧波信號源模塊。TLC7225用于產(chǎn)生諧波信號。系統(tǒng)要求產(chǎn)生3路電流信號、3路電壓信號，每一路輸出信號幅度在0~2V內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度為0.1mV。本系統(tǒng)作為單獨的諧波信號源工作時，6路信號的幅度、相位等參數(shù)通過PC機傳到諧波信號源，諧波信號源系統(tǒng)按照用戶給出的命令參數(shù)輸出標(biāo)準信號。由于系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量較大，實時性要求較高，普通的微處理器已不能滿足速度、精度等方面的要求，而DSP處理器以其ns級指令系統(tǒng)和哈佛結(jié)構(gòu)的計算能力和實時性，正逐漸應(yīng)用到電力系統(tǒng)中來。筆者選取TI公司的TMS320F206(以下簡稱F206)。F206獨有的32K片內(nèi)Flash是一種可電擦除和編程的非易失性存儲器，可用于存儲數(shù)據(jù)或程序。本系統(tǒng)中將應(yīng)用程序和一張正弦波母表燒錄在Flash中，以便實時調(diào)用，可減少由于實時計算而引起的延時。
TLC7225
TLC7225是TI公司的高性能D/A轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)包含四路8位電壓輸出數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)，每個DAC都有分離的片內(nèi)鎖存器(見圖1)，數(shù)據(jù)通過一個公共的8位TTL /CMOS兼容(5V)輸入口送入這些數(shù)據(jù)寄存器之一。由A0和A1決定/WR變低時哪個DAC被加載。在/WR的上升沿，數(shù)據(jù)被鎖存在被尋址的輸入寄存器，只有保存在DAC寄存器中的數(shù)據(jù)決定轉(zhuǎn)換器的模擬輸出。由圖1可見，/LDAC信號是所有四個DAC共有的，控制從輸入寄存器到DAC寄存器的信息傳輸。在/LDAC的上升沿，數(shù)據(jù)被同時鎖存到四個DAC寄存器。/LDAC信號是電平觸發(fā)的，因此，可將/LDAC連接到低電平而使DAC寄存器透明，本系統(tǒng)即是如此。
TLC7225包含四個相同的8位電壓型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，每個轉(zhuǎn)換器由一個單獨的基準輸入，這正好符合本系統(tǒng)中6路信號幅度單獨可控的要求。
當(dāng)TLC7225處于單極性工作時，輸入輸出有如下關(guān)系：
(1)
其中(包括)由TLC7226的輸出提供(如圖2)。
TLC7226和TLC7225唯一的區(qū)別是TLC7226片上的4路DAC共用同一個基準電壓(由系統(tǒng)中的LM399提供，為6.95V)，在基準電壓保持不變的情況下，各路的輸入值不同，輸出值也就不同。可以通過控制TLC7226的輸入值來間接控制TLC7225的輸出值，TLC7226和TLC7225單極性工作時的輸入輸出關(guān)系為：
(2)
其中為6.95V。TLC7225數(shù)字輸入是與TTL或CMOS電平兼容的，為使電源電流最小，一般數(shù)字輸入電壓的驅(qū)動應(yīng)盡可能接近電源滿度() 。
TLC7225的軟硬件設(shè)計
要正確使用TLC7225，必須同時保證硬件邏輯電路的正確連接和軟件編程的準確無誤。
硬件邏輯電路
TLC7225 參考電壓的硬件實現(xiàn)電路如圖2，其中的D0—D7直接與F206的低8位數(shù)據(jù)線相連，TLC7225的輸入數(shù)據(jù)值由F206從固化在Flash中的正弦波母表中提取，參考電壓由TLC7226提供。系統(tǒng)中筆者采用3片TLC7226。由于TLC7226的輸入為8位，在基準電壓值固定的情況下，TLC7226輸出信號的變化精度只能是的1/256， 則TLC7225的輸出變化精度也是這個基準電壓的1/256。作為一個用于測試設(shè)備性能的標(biāo)準信號源，這個變化精度是遠遠不夠的。為了解決這個問題，筆者在信號源系統(tǒng)中采用兩路8位輸入的TLC7226構(gòu)成一路16位輸入的直流模擬信號，經(jīng)過運放作為TLC7225中各通路的參考電壓(如圖2)。
此時當(dāng)TLC7226的輸入每增加1時，TLC7225的輸出增加0.106mV，達到系統(tǒng)的0.1mV可調(diào)的要求。
TLC7225輸入滿幅時的TLC7226的輸入值可以通過下式得到：
(3)
當(dāng)TLC7225輸出幅度為2v時TLC7226的16位輸入值為49F5h。
軟件設(shè)計
timer:
mar *, ar1
sst #1, *+
sst #0, *+
sar ar0,*+
sar ar5,*+ ;以上為現(xiàn)場保護
lar ar0, #240 ;每一路波形取240個點，共6路
mar *,ar5 ;設(shè)置AR5為當(dāng)前輔助寄存器
lar ar5, nextdata ;AR5存儲待發(fā)數(shù)據(jù)首地址
out *0+, 0723h ;輸出a相電流
out *0+, 0727h ;輸出b相電流
out *0+, 072bh ;輸出c相電流
out *0+, 0713h ;輸出a相電壓
out *0+, 0717h ;輸出b相電壓
out *+, 071bh ;輸出c相電壓
;注意：此處不能為*0+
sar ar5, nextdata ;保存ar5的值
lacc nextdata
sub #1200
sacl nextdata
sub endaddr ;以上判斷有沒有到表尾
bcnd again, eq ;若已到表尾則跳轉(zhuǎn)到again
clrc sxm ;禁止符號擴展
mar *, ar1 ;以下恢復(fù)現(xiàn)場
lacc *-
add *-, 16
lar ar5, *-
lar ar0, *-
lst #0, *-
lst #1, *
clrc intmnverted-space>
ret
程序中除了現(xiàn)場保護與恢復(fù)之外，最重要的語句是out *0+,0723h，此語句不但將數(shù)據(jù)輸出到TLC7225的一個引腳0723h，而且將當(dāng)前輔助寄存器中的值增加了240(存儲在AR0中)，實現(xiàn)了下一路數(shù)據(jù)的簡便輸出而無需再移動當(dāng)前輔助寄存器指針。需要注意的是輸出最后一路數(shù)據(jù)時一定不能用out *0+, 071bh，否則超出數(shù)據(jù)表范圍，得不到所需的正弦波。
結(jié)語
綜合利用TLC7225和TLC7226實現(xiàn)6路信號的單獨可調(diào)輸出，硬件上可以減少外圍電路的復(fù)雜性，軟件設(shè)計簡單方便。本系統(tǒng)在硬件上已經(jīng)實現(xiàn)，具有速度快、精度高等特點。