基于TMS320C6713的新型多功能电能质量分析仪设计

第２６卷第５期２００６年５月

电力自动化设备

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ

Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．５Ｍａｙ２００６

基于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的新型多功能

电能质量分析仪设计

熊

静，吴在军，胡敏强

（东南大学电气工程系，江苏南京２１００９６）

摘要：根据电能质量分析的实际需要，给出基于浮点数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的电能质量分析仪的硬件整体实现方案及软件设计思想。着重介绍了ＤＳＰ核心处理模块ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的功能、特点及设计开发思路。有源滤波模块滤除５０次以上的高次谐波，减少了高次谐波的影响；１６位的ＡＤ则保证了采样的高精度；以太网端口可以方便对不同区域电能质量的综合监测。此外，还介绍了数字电源及模拟电源分开的电源设计方案。最后，对如何利用ＵＳＢ２．０与ＰＣ机进行实时波形显示、设备故障录波、间谐波分析等功能拓展进行了探讨。关键词：电能质量；ＤＳＰ；以太网；ＵＳＢ２．０中图分类号：ＴＭ９３３文献标识码：Ｂ文章编号：１００６－６０４７（２００６）０５－００７９－０５

现场测量时的接线方式既有三相三线制又有三相四

线制，本分析仪数据采集部分设计为８通道输入，即可以满足Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉ０，Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕ０８路同时输入。用户可以根据需要选择所需的通道。采集的模拟信号经过有源滤波、ＡＤ转换等过程变为数字信号，然后由ＤＳＰ读取并进行快速傅里叶变换（ＦＦＴ）。

ＴＶ／ＴＡ采集８路电压、电流信号

有源滤波器

０引言

近年来，电力电子技术发展迅速，电力电子器件

及电力电子设备应用越来越广泛，大量的非线性负荷、冲击性负荷的投运，使公用电网中产生了大量的谐波干扰以及电压扰动、波动和闪变，电能质量不断恶化。同时，随着很多对电能质量要求敏感的控制设备、自动化设备越来越广泛地应用于工农业生产及人们日常生活，对电能质量也提出了越来越高的要求［１］。因此，设计一台高精度的电能质量分析装置对监测及分析电网电能质量有着十分重要的意义。

目前，国内生产的电能质量分析仪大多精度不高，很多以工控机作为主要结构的产品体积笨重，功能较单一。国外不乏优秀产品然而价格较高。随着电子技术的发展和网络通信技术的进步，以ＤＳＰ为处理器的网络化电能质量分析仪已成为发展方向［２］。

传统的电能质量分析仪大多采用定点ＤＳＰ作为处理内核，定点ＤＳＰ处理数据时需要时刻关注溢出的发生，耗费了大量的程序空间和执行时间。浮点ＤＳＰ用硬件实现浮点算法，动态范围大，计算精度高，总线宽，硬件资源也更为丰富，较定点ＤＳＰ有着十分明显的优势。未来ＤＳＰ的发展，浮点ＤＳＰ必将在很多方面取代定点ＤＳＰ，成为工程应用的主流。

本文介绍一种采用浮点ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｃ６７１３

设备（简称Ｃ６７１３）为基本结构，集电能质量分析、

负荷波动监视、实时波形显示、设备故障录波、间谐波分析等于一体的多功能网络化电能质量分析仪。

ＭＡＸ２９１

测频

ＡＤ７６６５

ＳＣＨＭＩＴＴ触发器

ＡＤ触发信号

ＦＬＡＳＨ／ＳＤＲＡＭ／

ＥＥＰＲＯＭ

ＧＰＳ中断

ＤＳＰＣ６７１３

Ｉ／Ｏ越限报警，动作

液晶／键盘１００Ｍ以太网ＵＳＢ２．０

图１系统结构框图

Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

１系统硬件设计

本系统的硬件设计整体结构如图１所示。考虑

有源滤波

根据Ｓｈａｎｎｏｎ（香农）采样定理，连续信号的最高频率必须小于采样频率的１／２，否则将引起频率混叠，使得数字信号处理不能复原连续信号［３］。因此，在进行ＡＤ转换之前，必须加模拟低通滤波器。

本装置中选用ＭＡＸＩＭ（美信）公司的ＭＡＸ２９１，它是该公司生产的８阶巴特沃斯型开关电容式有源低通滤波器，其供电方式可以选择单电压＋５Ｖ或双电压±５Ｖ２种①。为了扩大滤波器输入信号的电压允许范围，本系统采用双电源的供电方式。ＭＡＸ２９１的３ｄＢ截止频率可以在０．１～２５ｋＨｚ之间选择。系统设计分析最高达５０次谐波，因此选择截止频率为２．５ｋＨｚ。

ＭＡＸ２９１可通过选择时钟控制截止频率。时钟源有内外２种①，本系统采用内时钟方式，具体方法

１．１

：２００５－－：２００６－０２①，ＭＡＸ２９１／／ＭＡＸ２９５／ＭＡＸ２９６ｄａｔａｓｈｅｅｔ．

电力自动化设备

是在ＭＡＸ２９１的时钟输入端外接一电容，大小满足

５

（ｋＨｚ）ｆｏｓｃ＝１０

ｏｓｃ系统设定ＡＤ每周期采样１２８点，分析到５０次谐波。在２．５ｋＨｚ以下的通带内，增益基本为１，到３．２ｋＨｚ时应为０．７０７，即３ｄＢ带宽增益。因此，ＭＡＸ２９１的时钟频率应为３．２ｋＨｚ×１００＝３２０ｋＨｚ。经计算，外接电容值Ｃｏｓｃ应为１０４ｐＦ［４］。１．２准同步采样

第２６

卷

ＡＤ７６６５ＩＮＤ

ＩＮＣＣＮＶＳＴ＼

ＲＤ＼ＩＮＡ

ＣＳ＼ＲＥＦ

ＩＮＢＢＵＳＹＲＥＦＧＮＤ

ＩＮＧＮＤＲＥＳＥＴＩＮＣＩＮＡ

ＣＮＶＳＴ＼

ＲＤ＼

ＥＤ［１５～０］

ＥＤ＿ＢＵＳＧＰ９ＧＰ１０

８路模拟输入

ＥＤ＿ＢＵＳ

ＣＯＭＡ多路开关

２×４ＣＨＣＯＭＢＡ０Ａ１ＭＡＸ３５５

ＣＰＬＤ

ＥＡ［２１～１２］

ＤＳＰＣ６７１３

系统采用硬件测频方法得到输入信号频率，并根据系统实际频率调整采样频率，实现准同步采样。

选择一路电压信号，经施密特触发器输入至ＤＳＰ中断，在每次信号由负变为正时触发ＤＳＰ定时器计时，从而得到信号频率。

分析仪对工频信号进行每周期１２８点同步采样，系统利用上一周期所测频率ｆ０作为ＡＤ的触发基准，即采样频率ｆｓ＝１２８ｆ０。

ＲＥＦＣＳ＼ＩＮＢ

ＢＵＳＹ

ＲＥＦＧＮＤ

ＩＮＧＮＤＲＥＳＥＴ

图２ＡＤ模块原理框图

Ｆｉｇ．２ＴｈｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＡＤｍｏｄｕｌｅ

ＡＤ模块

ＡＤ的采样精度是整个装置精度提高的首要保证，不具备高精度的ＡＤ，高次谐波的计算将毫无意义。为此，系统选用了ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ公司的高速、低功耗１６位ＡＤ转换器ＡＤ７６６５，采样速率最高可达每秒５７００００次，且同时支持串口和并口输出（见ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ，ＡＤ７６６５１６－ｂｉｔ，５７０ｋＳＰＳＣＭＯＳＡＤＣｄａｔａｓｈｅｅｔ），其原理如图２所示。

由于高精度的ＡＤ价格比较贵，分析仪需８路采样，如果为每路信号都使用１块ＡＤ则成本将会大大增加，因此本系统采用多路开关＋ＡＤ７６６５的结构，这种选择仅使用了２块ＡＤ，大大降低了装１．３

置的造价。其缺点是：由于采样不同步，三相的相位必然存在着一定的误差。这个误差是不可避免的，但可以通过算法进行修正，并不会影响计算结果。

修正方法如下：由于ＡＤ的采样触发信号由ＤＳＰ给出，假设Ａ相与Ｂ相对应的采样触发信号相隔时间固定为ｔｓ，则必然有Ａ相超前Ｂ相（ｔｓ／０．０２）×。３６０°本文只考虑基波的情况，以Ａ相为基准，可以以此计算值对Ｂ相相位进行修正。

５０ＭＨｚ晶振开入、开出

ＭＡＸ３５５是一个２×４通道的多路开关，作用是

将电压、电流信号分时接通到ＡＤ７６６５进行采样，其转换逻辑由Ｃ６７１３的ＧＰＩＯ口ＧＰ９，ＧＰ１０直接控制。ＡＤ７６６５有４个模拟信号输入端，根据输入电压

范围的不同可以进行配置，本装置设计的输入信号电压范围为±５Ｖ，参考电源Ｕｒｅｆ＝２．５Ｖ，故此，ＩＮＡ接参考电源，ＩＮＢ接模拟地，将输入信号接ＩＮＤ和ＩＮＣ。此时，ＡＤ的输入电阻约为３．４１ｋΩ。１．４ＤＳＰ核心处理模块

本装置主控芯片选用ＴＩ公司Ｃ６７１３Ｂ，这是ＴＩ新推出的高速浮点ＤＳＰ，工作主频２００ＭＨｚ，其单指令执行周期仅５ｎｓ，具有强大的浮点运算能力［５］（见

ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３Ｂｆｌｏａｔ－ｐｏｉｎｔｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓｄａｔａｓｈｅｅｔ）。此外，这款ＤＳＰ片内采用２级存储器结构，第１级存储器包括相互独立的４Ｋ程序缓存Ｌ１Ｐ和４ＫＢｙｔｅ数据缓存Ｌ１Ｄ，第２级是一个统一的程序数据空间Ｌ２，其可部分配置为Ｌ２ｃａｃｈｅ。这种独特的２级缓存结构提高了ＣＰＵ的工作效率。本系统ＤＳＰ与周围功能模块的连接如图３所示。

Ｃ６７１３的外部存储器接口（ＥＭＩＦ）分为４个空间，即ＣＥ０～ＣＥ３，每个ＣＥ空间最大可寻址空间为

ＭＣＢＳＰ０

ＲＳ－２３２ＲＳ－４８５

打印机及面板液晶及键盘

ＥＥＰＲＯＭＪＴＡＧ

Ｉ２Ｃ

ＤＳＰ

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３

ＭＣＢＳＰ１数据总线

地址总线

以太网

ＦＬＡＳＨＳＤＲＡＭＣＰＬＤ

ＬＡＮ９１Ｃ１１１ＬＸＴ９７１光纤

ＵＳＢ２．０ＣＹ７Ｃ６８００１

ＰＣ

ＲＴＣ＆看门狗

数／模转换

ＡＤ７６６５多路开关

ＭＡＸ３５５

ＴＶ／ＴＡ

抗混叠滤波

ＲＪ４５双绞线测频中断光耦

ＧＰＳ中断

ＴＬＰ６２１

４路电压４路电流

ＭＡＸ２９１

图ｂｌｏｃｋ

第５期熊静，等：基于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的新型多功能电能质量分析仪设计

１２８ＭＢｙｔｅ①。本系统将ＡＤ配置在ＣＥ０，如图２所示，地址线ＡＤ［２１～１２］通过ＣＰＬＤ模拟的地址译码器分别产生２片ＡＤ的ＣＮＶＳＴ＼，ＣＳ＼，ＲＤ＼等控制信号。ＦＬＡＳＨ用作引导ＤＳＰ，将其配置在ＣＥ１空间。外扩ＳＤＲＡＭ在ＣＥ２，其余如实时时钟、以太网、ＵＳＢ等均配置在ＣＥ３空间。Ｃ６７１３支持１６个ＥＤＭＡ

（扩展的直接存储器访问）通道，每个通道都可以与相应的一些事件相关联，系统可以由ＤＭＡ控制器完成ＤＳＰ存储空间内的数据搬迁，其源／目的可以是片内存储器、片内外设或外部器件［６］①。利用Ｃ６７１３的这一功能，系统通过对相关寄存器的设置，由相应的同步事件、中断触发ＥＤＭＡ完成数据搬迁，大大提高了系统的工作效率。

Ｃ６７１３支持２个Ｉ２Ｃ接口，本装置将其用作外扩

络接口。一种是利用内置的物理层模块ＰＨＹ的收发口，另一种则是基ＭＩＩ（介质无关）标准，可与外部收发器连接接口③。为提高装置的通用性，本系统设计时将接口一作为双绞线端口，另一接口由收发器ＬＸＴ９７１接光纤。

１．５．３ＵＳＢ２．０

系统对外通信还配置１个ＵＳＢ２．０接口。系统选取ＣＹＰＲＥＳＳ公司的ＣＹ７Ｃ６８００１ＥＺ－ＵＳＢＳＸ２作为ＵＳＢ２．０接口芯片。ＳＸ２内置１个ＵＳＢ收发器，１个串行接口引擎（ＳＩＥ），以及１个收发数据用的命令解码器。支持８位或１６位外部主机接口，能与ＤＳＰｓ，ＡＳＩＣｓ，ＦＰＧＡｓ等绝大多数微处理器实现无缝连接，并且支持同步及异步２种接口方式④。其４个可配置端点共享一个４ＫＢｙｔｅ的ＦＩＦＯ空间［７］。ＳＸ２接口设计如图５所示。

ＤＳＰ

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３

ＣＰＬＤ

２４ＭＦＤ［０～１５］

ＣＹ７Ｃ６８００１

Ｄ＋Ｄ－

ＥＥＰＲＯＭ。

当系统发生电压异常时，分析仪需自动记录异

常电压、电流值，并为异常值打上时标。实时时钟ＲＴＣ将为系统提供时间信息，此外，系统通过ＧＰＳ中断输出整分脉冲对ＲＴＣ进行校时。

利用Ｃ６７１３丰富的ＩＯ口（ＧＰＩＯ），系统设置了多个越限报警装置，并设计可驱动４个继电器动作。１．５通信模块１．５．１串口通信

Ｃ６７１３有２个多通道缓冲串行口（ＭｃＢＳＰ）。ＭｃＢＳＰ是由标准串口发展而来，支持全双工通信，拥有双缓冲寄存器，允许连续的数据流。此外，ＭｃＢＳＰ具有独立的时钟输入和帧同步信号，使用者可以选择内部时钟或是外部时钟②。由于ＭｃＢＳＰ的强大功能，设计者可以根据不同的需求将其配置为各种串口形式，使用非常灵活。本装置将ＭｃＢＳＰ０配置为ＲＳ－２３２供面板及打印机使用，另一串口ＭｃＢＳＰ１配置为ＲＳ－４８５，与液晶及键盘模块通信。１．５．２以太网

以太网（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）是目前一种使用广泛的、采用总线拓扑的网络技术。装置配置有１００Ｍｂｉｔ／ｓ的以太网接口，当装置固定安装时，可以完成装置间以及装置与上位机之间的通信，方便上位机对电能质量进行整体监控。其硬件设计如图４所示。

ＥＡ［３～１７］ＤＳＰ控制信号

ＰＣ

ＥＥＰＲＯＭ

图５ＵＳＢ端口图

Ｆｉｇ．５ＴｈｅＵＳＢｐｏｒｔ

Ａ［１～１５］ＡＥＮ

ＲＥＳＥＴＡＲＤＹＩＮＴＲ０ｎＲＤｎＷＲＤ［０～１５］ＬＡＮ９１Ｃ１１１

ＲＪ４５双绞线ＨＦＢＲ５８０３光纤ＬＸＴ９７１

ＣＰＬＤ

ＥＤ［０～１５］ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３

系统上电过程中，ＳＸ２内部逻辑将会自动检测

串行Ｉ２Ｃ口上是否有ＥＥＰＲＯＭ存在，如果有，则自动从ＥＥＰＲＯＭ加载，否则，控制器将从主机加载。本系统设定ＣＹ７Ｃ６８００１从ＥＥＰＲＯＭ加载。ＳＸ２有３个地址线，ＦＩＦＯＡＤＲ［０～２］，可以通过这３根地址线选通ＦＩＦＯ２，４，６，８以及命令接口。实际系统中将ＤＳＰ的低３位地址线Ａ［０～２］与ＳＸ２的３位地址线相连便可完成通道选择的控制［８］④。

计算间谐波，就要相应增加分析窗的宽度［９］，如果在嵌入式系统上实现将会占用大量的存储空间和ＣＰＵ执行时间。ＤＳＰ通过ＳＸ２对ＰＣ通信最快可以达到４８０Ｍｂｉｔ／ｓ④，实时地将采样数据上传至ＰＣ机，利用ＰＣ机的强大功能和海量存储，可以轻松实现实时波形显示、记录。利用这些记录数据，使用者可以根据自己的需要编写算法实现间谐波的分析。１．６电源模块

本系统所需电压输入标准较多，如有源滤波需要±５Ｖ，运算放大以及射极跟随需要±１２Ｖ，ＡＤ需要２．５Ｖ的参考电压，ＤＳＰ需要３．３Ｖ的ＩＯ电压以及１．２Ｖ的核电压。综合考虑经济性及抗干扰性以及系统总功耗，最终决定采用如图６所示的电源方案。

①ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３Ｂｆｌｏａｔ－ｐｏｉｎｔｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓｄａｔａｓｈｅｅｔ．

②ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴＭＳ３２０Ｃ６０００ＤＳＰｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｂｕｆｆｅｒｅｄｓｅｒｉａｌｐｏｒｔ（ＭｃＢＳＰ）ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｇｕｉｄｅ．

③ＳＭＳＣ，ＬＡＮ９１Ｃ１１１１０／１００ｎｏｎ－ＰＣＩＥｔｈｅｒｎｅｔｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐＭＡＣ＋ＰＨＹＤａｔａｓｈｅｅｔ．

，７ＴＭ图４以太网端口图

Ｆｉｇ．４ＴｈｅＥｔｈｅｒｎｅｔｐｏｒｔ

以太网控制芯片用ＳＭＳＣ公司的ＬＡＮ９１Ｃ１１１，

它公嵌入式系应用的第３代２

电力自动化设备

ＭＡＸ１６４４

５Ｖ

ＴＰＳ７０３４５（ａ）供数字部分

第２６卷

３．３Ｖ５Ｖ１．２Ｖ

上电或复位

ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ

经ＥＤＭＡ从ＣＥ１读１ＫＢｙｔｅ引导程序从ＦＬＡＳＨ中装载应用程序到ＤＳＰ的ＲＡＭ中关ＤＳＰ所有中断定时ＤＳＰ寄存器、器模块初始化

模块初始化实时时钟ＤＳ１５１１

Ｗ模块初始化以太网控制器ＬＡＮ９１Ｃ１１１模块初始化

硬件全面自检自检正常？

Ｎ

Ｙ开放ＤＳＰ相应中断

ＭＡＸ１８５６

＋１２Ｖ

ＴＰＳ７６７Ｄ３０１

－１２Ｖ

－５Ｖ＋５Ｖ－１２Ｖ

ＡＤＲ４２１＋２．５Ｖ

ＤＳＰ主程序

（ｂ）供模拟部分

ＵＳＢ２．０控制器ＣＹ７Ｃ６８００１模块初始化

模件报警

图６电源设计方案

Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｄｅｓｉｇｎ

图７系统启动流程

遵循模拟电源与数字电源分离的原则，电源系统分为模拟与数字２大块。系统接入＋５Ｖ和±１２Ｖ。＋５Ｖ供数字部分，经变换，可得到数字的５Ｖ，３．３Ｖ和１．２Ｖ，供ＤＳＰ，ＳＤＲＡＭ和看门狗等数字芯片使用。±１２Ｖ供ＡＤ前的所有模拟部分使用，其中，可以通过＋１２Ｖ分别转换得到数字滤波所需的模拟电源±５Ｖ，再由＋５Ｖ变换出ＡＤ所需的的参考模拟电源＋２．５Ｖ。这一设计，不但增强了装置的抗干扰能力，而且输入电压也比较简单，易于实现。

Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｂｏｏｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｙｓｔｅｍ

２系统软件设计

一个系统是否能够高效运作，除了取决于硬件的

性能外，软件设计也起着关键的作用。系统的软件设计包括ＣＰＬＤ逻辑设计、ＤＳＰ程序设计与ＵＳＢ程序设计３大部分。

２．１ＣＰＬＤ程序设计

本系统几乎所有的逻辑均在ＣＰＬＤ内完成，因此

对ＣＰＬＤ的逻辑设计非常重要。本系统ＣＰＬＤ选用ＸＩＬＩＮＸ的ＸＣ９５１４４ＰＱ１６０，它具有１６０个ＩＯ口。将

ＤＳＰ的高位地址线ＥＡ［２１～１２］连接至ＣＰＬＤ的ＩＯ端

口，并配置这些端口为输入，通过逻辑程序设计，可以在ＣＰＬＤ内模拟一个译码器逻辑，从而产生ＡＤ，ＲＴＣ，

ＦＬＡＳＨ，ＳＤＲＡＭ，ＵＳＢ和以太网等所有与ＤＳＰ并行通

信模块的片选信号。

２．２ＤＳＰ程序

ＤＳＰ的程序设计是本装置软件设计的核心部分，Ｃ６７１３支持３种ＢＯＯＴ方式，即主机引导方式（ｈｏｓｔ

仿真引导方式（ｅｍｕｌａｔｉｏｎｂｏｏｔ）和ＥＭＩＦ引导方ｂｏｏｔ）、

式（ＥＭＩＦｂｏｏｔ）①。本系统选择第３种方式，从ＲＯＭ引导加载。将引导程序烧入ＦＬＡＳＨ（ＲＯＭ），系统上电复位后，ＤＳＰ将会通过ＥＤＭＡ将ＣＥ１的１ＫＢｙｔｅ读入地址０处，并从地址０开始执行。由于用户应用程序一般大于１ＫＢｙｔｅ，因此在引导程序中还应编写２级引导代码将ＦＬＡＳＨ中应用程序拷贝至ＲＡＭ［１０］。加载完成后，ＤＳＰ将根据用户程序对相关模块的寄存，所示。

２当没有中断时，系统运行主程序。一旦收到中断，则系统将首先保存当前处理现场，然后进入相应的中断流程。系统中断任务主要包括准同步测频、启动ＡＤ转换、ＧＰＳ校时等。为提高程序的可控性，本平台软件设计时尽量减少中断任务［３］。

装置中ＤＳＰ主程序设计主要完成以下功能：ａ．Ｃ６７１３有着强大的浮点运算能力，系统每周期采样１２８点，并对８路信号分别进行１２８点ＦＦＴ，进而计算出０～相位等；５０次谐波的幅值、

ｂ．对电能质量进行分析计算，如电压和电流有效值、峰值、相位角、频率、波峰因数、功率、功率ＴＨＤ等；

ｃ．利用计算值判断电能质量是否满足国家标准所要求的电能质量５项指标，即供电电压偏差、电压的波动和闪变、电网谐波、三相电压不平衡度、电力系统频率；

跌落、ｄ．记录电能质量的异常值，如瞬态尖峰、

浪涌大小及时间等，并与ＰＣ机配合，完成故障时录波；

ｅ．通过ＤＳＰ强大的ＧＰＩＯ（通用ＩＯ口），完成很多控制功能，如多路开关的转换、设定值越限报警、继电器动作等；

ｆ．完成ＤＳＰ与所有外围模块的通信。２．３ＵＳＢ２．０程序开发

ＵＳＢ的程序设计包括２大部分。一是Ｃ６７１３与ＳＸ２之间的命令及数据的传输部分。Ｃ６７１３通过命令口访问ＳＸ２的寄存器，完成ＵＳＢ的相关设置，进而编程实现４ＫＢｙｔｅＦＩＦＯ内数据的读写。另一部分则是上位机的驱动程序，其完全在ＰＣ机上实现，主要包括数据通信、电源管理、出错恢复等。

３结语

本文给出了基于ＴＩ的新型浮点ＤＳＰ处理器ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的电能质量分析仪系统设计。同时根据实际应用的需要，对仪器的功能进行了很多实用性的拓展。以太网的使用，使得装置实现了网络化在线监测。本分析仪还配置有ＵＳＢ２．０口，ＤＳＰ将数据实时传送给ＰＣ机，利用ＰＣ机强大硬件资源，可

，３２０ＴＭＳ

第５期熊静，等

：基于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的新型多功能电能质量分析仪设计

的实现［Ｊ］．吉林大学学报：工学版，２００５，３５（２）：１７０－１７３．

以对采集所得的数据进行故障录波、间谐波分析等更多更为复杂的分析。本装置较目前国内大部分产品在功能上更为完善，精度也较高。开发成本比购买国外同类产品低很多，有着很高的性价比。

本文介绍的电能质量分析仪的硬件系统已全部调试通过且运行稳定。经初步测试，Ｃ６７１３的运算速度和Ａ／Ｄ的采样精度能够满足高精度测量分析的需要。参考文献：

［１］肖湘宁．电能质量分析与控制［Ｍ］．北京：中国电力出版

社，２００４．

［２］邓少军，张振川．电能质量监测设备的发展［Ｊ］．电测与

仪表，２００５，４２（５）：７－９．

ＫＵＹｉ－ｎａｎ，ＹＡＮＧＹｕ－ｓｅｎ，ＨＡＮＹａｎｇ．ＤｅｖｉｃｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｔｏｃｏｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＵＳＢ２．０［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ，２００５，３５（２）：１７０－１７３．［９］祁才君，王小海．基于插值ＦＦＴ算法的间谐波参数估计

［Ｊ］．电工技术学报，２００３，１８（１）：９２－９５．

ＱＩＣａｉ－ｊｕｎ，ＷＡＮＧＸｉａｏ－ｈａｉ．ＩｎｔｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＦＦＴａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００３，１８（１）：９２－９５．

［１０］李鹏，郑喜凤，丁铁夫．ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰｓ外接

ＦＬＡＳＨ引导方式的实现［Ｊ］．长春理工大学学报，２００４，２７（４）：５２－５４．

ＬＩＰｅｎｇ，ＺＨＥＮＧＸｉ－ｆｅｎｇ，ＤＩＮＧＴｉｅ－ｆｕ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆｌａｓｈｂｏｏｔｌｏａｄｉｎｇｏｎＴＭＳ３２０Ｃ６０００ｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，２７（４）：５２－５４．

［１１］邹祖冰，蔡丽娟，甘辉霞．便携式钳形电流谐波分析仪

的研制［Ｊ］．电力自动化设备，２００４，２４（５）：７２－７４．

［３］

［４］

［５］［６］［７］

［８］

ＤＥＮＧＳｈａｏ－ｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｅｎ－ｃｈｕａｎ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＭｅａｓｕｒｅ－ｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，２００５，４２（５）：７－９．

唐建辉．基于ＤＳＰ和网络通信技术的数字继电保护平台研制［Ｄ］．南京：东南大学，２００２．

ＴＡＮＧＪｉａｎ－ｈｕｉ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｄｉｇｉｔａｌｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ＆ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｎｅｔｗｏｒｋ［Ｄ］．Ｎａｎｊｉｎｇ：ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２．

高翠云，江朝晖．利用ＭＡＸ２９１实现抗混叠滤波［Ｊ］．现代电子技术，２００４（１０）：１－５．

ＧＡＯＣｕｉ－ｙｕｎ，ＪＩＡＮＧＺｈａｏ－ｈｕｉ．Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｔｉ－ｆｏｌｄｆｉｌｔｅｒｕｓｅｆｏｒＭＡＸ２９１［Ｊ］．ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｉ－ｑｕｅ，２００４（１０）：１－５．

江思敏，刘畅．ＴＭＳ３２０Ｃ６０００ＤＳＰ应用开发教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５．

李方慧，王飞，何佩琨．ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰｓ的原理与应用［Ｍ］．２版．北京：电子工业出版社，２００３．

扈啸，张玘，张连超．ＵＳＢ２．０控制器ＣＹ７Ｃ６８０１３特点与应用［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２００２（１０）：４８－５４．ＨＵＸｉａｏ，ＺＨＡＮＧＱｉ，ＺＨＡＮＧＬｉａｎ－ｃｈａｏ．ＦｅａｔｕｒｅｓａｎｄｕｓｅｏｆＵＳＢ２．０ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＣＹ７Ｃ６８０１３［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ，２００２（１０）：４８－５４．

库依楠，杨玉森，韩洋．基于ＤＳＰ的ＵＳＢ２．０设备接口协议

ＺＯＵＺｕ－ｂｉｎｇ，ＣＡＩＬｉ－ｊｕａｎ，ＧＡＮＨｕｉ－ｘｉａ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｏｒｔａｂｌｅｃｌａｍｐｃｕｒｒｅｎｔｈａｒｍｏｎｉｃａｎａｌｙｚｅｒ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００４，２４（５）：７２－７４．

［１２］莫昕，童陆园．电能质量在线分析仪的研制［Ｊ］．电力

自动化设备，２００３，２３（１）：５８－６０．

ＭＯＸｉｎ，ＴＯＮＧＬｕ－ｙｕａｎ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｎｌｉｎｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｚｅｒ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐ－ｍｅｎｔ，２００３，２３（１）：５８－６０．

（责任编辑：李育燕）

作者简介：

熊

静（１９７９－），男，江苏靖江人，硕士研究生，从事新型电

能质量分析仪开发研究（Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｏｎｇ＿ｊｉｎｇ９８＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ）；

吴在军（１９７５－），男，江苏南京人，讲师，博士，主要从事变电站自动化、实时系统等方面研究工作（Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｚａｉｊｕｎ＠

ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ）；

胡敏强（１９６１－），男，江苏丹阳人，教授，博士研究生导

师，主要从事工程电磁场计算、电机及其控制技术、电气主设备状态监测与故障诊断等方面的研究工作。

Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｚｅｒｂａｓｅｄｏｎＤＳＰＴＭＳ３２０Ｃ６７１３

ＸＩＯＮＧＪｉｎｇ，ＷＵＺａｉ－ｊｕｎ，ＨＵＭｉｎ－ｑｉａｎｇ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｈａｒｄｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｉｄｅａｏｆａｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈａｒｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｌｏａｔｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒＴＭＳ３２０Ｃ６７１３．ＴｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤＳＰ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｃｔｉｖｅｆｉｌｔｅｒｆｉｌｔｅｒｓ５０ｔｈａｎｄａｂｏｖｅｈａｒｍｏｎｉｃｓｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ；１６－ｂｉｔＡＤｇｕａｒａｎｔｅｅｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ａｎｄｔｈｅＥｔｈｅｒｎｅｔｐｏｒｔｓｆａｃｉｌｉｔａｔｅｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄｔｅｓｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｗｈｉｃｈｓｅｐａｒａｔｅｓｄｉｇｉｔａｌｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｆｒｏｍａｎａｌｏｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｓａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｅｘｔｅｎｓｉｏｎｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｗａｖｅｆｏｒｍｄｉｓｐｌａｙ，ｆａｕｌｔｗａｖｅ，－ｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｓｏｏｎｗｉｔｈｐｏｒｔａｎｄＰＣ．；；；

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