基于DSP谐波测量装置的研究 三

基于DSP谐波测量装置的研究

摘  要：本文首先介绍了国内外电力系统谐波测量装置的现状，分析了数字信号处理芯片在电力系统中的应用情况。然后介绍了谐波的基本概念、衡量指标和数学分析方法，最后针对电力部门和实际应用的需要，提出了以Intel 80c196kc作为主控制器数字信号处理芯片TM320C32作为从CPU主从式硬件系统设计构想。

论文完成了基本的硬件电路设计和软件程序设计。

硬件设计方面，根据电力系统中数据采集和处理的实际特点，设计了信号的多通道的采样保持和时分转换电路。实现了多路信号的同步采样和快速转换。主从CPU之间采用双端口RAM进行数据交换。充分发挥了微控制器的控制功能和DSP芯片的数字信号处理优势。

软件算法方面，系统采用传统的快速傅立叶变化（FFT），对采集的电压和电流信号进行频谱分析。论文还详细分析信号采样问题以及数字滤波问题。初步设计对采集数据进行计算和处理的相关软件算法。实现了对谐波的测量功能。

本装置可以快速，准确地进行谐波的测量和分析。

关键词：DSP （数字信号处理器）；谐波；同步采样；数字滤波

目   录

摘  要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1问题的提出 1

1.2 国内外发展概况 2

1.3 DSP技术的发展 5

1.4 课题的研究任务 7

第2章 谐波测量原理 9

2.1 概述 9

2.2 谐波的基本概念 9

2.3谐波分析 11

2.3.1 非正弦电路的电压和电流 11

2.3.2 两个谐波源合成电流的有效值 12

2.3.3 畸变波形的时域分析 13

2.3.4 信号的采样及频谱分析 15

2.3.5 利用快速FFT算法进行频谱分析 17

2.3.6 本装置采样频率的确定 18

2.4谐波测量 19

2.4.1电压电流及其谐波分量的测量 20

2.4.2功率及其谐波分量的测量 22

2.4.3无功功率及其谐波分量的测量 23

2.4.4对电压互感器和电流互感器的要求 25

2.4.5谐波阻抗的测量 26

2.5谐波测量的发展前景 26

第3章 系统硬件设计 28

3.1硬件电路总体设计 28

3.2 MPU的选择 29

3.3数字信号处理器的应用 29

3.3.1DSP芯片的发展 30

3.3.2DSP芯片的分类 31

3.3.3流水线 32

3.3.4专用硬件乘法器 32

3.3.5特殊的DSP指令 33

3.3.6快速的DSP指令 33

3.4 DSP芯片的选择 34

3.5本装置DSP芯片的选择 37

3.5.1TMS320C32的硬件资源 37

3.5.2TMS320C32的软件资源 39

3.6 MPU与DSP的数据通信方式 41

3.7前置通道的抗混叠低通滤波电路的设计 42

3.8数据采集系统 44

3.9存储器的选择 45

第4章 系统软件设计 46

4.1系统软件的总体设计 46

4.2 DSP单元软件设计 46

4.2.1DSP系统的开发环境 46

4.2.2DSP单元中各功能模块的程序流程 48

第5章 实验结果与误差分析 53

5.1实验结果 53

5.1.1实验方案 53

5.1.2实验结果 54

5.2系统误差分析 55

5.2.1系统的理论设计精度 55

5.2.2实验结果分析 57

第6章 结论与展望 58

6.1结论 58

6.2展望 59

参考文献 60

致  谢 61

附录 程序 62