微處理器dsPIC33F在微機保護裝置中的應用

1 引言
隨著電網(wǎng)供電負荷的日趨加重，電力系統(tǒng)對微機保護裝置提出更高要求，一般低檔單片機已很難滿足設(shè)計要求。近年來，各種集成化的單片DSP的性能得到很大改善，軟件和開發(fā)工具也越來越多，使得DSP器件及技術(shù)更容易使用，價格也能夠為廣大用戶所接受 Microchip公司推出的數(shù)字信號處理器dsPIC33F集A/D轉(zhuǎn)換、通訊、看門狗、保護和數(shù)據(jù)存儲于一體，同時還支持SPI模式和I2C模式數(shù)據(jù)傳輸，便于擴展容量。因此，開發(fā)基于dsPIC33F的微機保護裝置，不僅提升保護系統(tǒng)的整體性能和硬件平臺的通用性，而且還能縮短開發(fā)時間，降低開發(fā)及硬件成本，對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行水平具有一定意義。

2 數(shù)字信號控制器dsPIC33F系列簡介
dsPIC33F系列是高性能16位數(shù)字信號控制器，具有擴展的數(shù)字信號處理器(DSP)功能和高性能16位微控制器 (MCU)的架構(gòu)。它是一種16位改進型哈佛結(jié)構(gòu)RISC器件，融合了高性能16位單片機的控制優(yōu)勢和數(shù)字信號處理器的高速運算能力，是一款高性能的數(shù)字信號控制器(DSC)。dsPIC33F系列器件具有以下性能特點：
(1)DSP內(nèi)核和指令系統(tǒng)dsPIC33F的DSP引擎具有1個高速的17位×17位的乘法器，1個40位的ALU，2個40位的飽和累加器以及1個 40位的雙向移位器，其運算速度可達40 MI／s，指令字為24位，指令系統(tǒng)包含MCU指令集和DSP指令集。此外，這些指令對C語言編譯器做了專門優(yōu)化，采用C語言編寫的程序代碼效率很高。 dsPIC33F允許工作電壓±10％的偏差，即工作電壓為3．0～3．6 V。
(2)直接存儲器訪問(DMA)和中斷能力dsPIC33F內(nèi)部集成了8通道直接存儲器訪問模塊，允許CPU執(zhí)行代碼期間在RAM和外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)，不額外占用周期。2 KB雙端口DMA緩沖區(qū)(DMA RAM)，用于存儲通過DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)?？赏ㄟ^軟件對DMA中斷源進行設(shè)定，從而達到設(shè)計要求。dsPIC33F含有最多由118個區(qū)分優(yōu)先級的中斷向量組成的異常處理結(jié)構(gòu)，中斷優(yōu)先級分為7級。最多67個中斷源，5個外部中斷和5個處理器異常。
(3)存儲空間和外圍器件程序計數(shù)器為23位寬，可尋址4 Mx24位的程序存儲空間。對于DSP指令分別對2個數(shù)據(jù)區(qū)進行尋址；而MCU指令，數(shù)據(jù)空間可以整體作為64Kx8位進行尋址。dsPIC33F內(nèi)部集成SRAM和Flash等必需的存儲器件，提供10 bit和12 bit A／D轉(zhuǎn)換模塊(可選)，8 bit看門狗，以及UART、SPI、I2C、CAN等通信模塊。
(4)開發(fā)工具Microchip高性能開發(fā)系統(tǒng)支持dsPIC33F系列控制器。該開發(fā)系統(tǒng)包括MPLAB集成開發(fā)環(huán)境(IDE)、MPLAB C30 C編譯器、MPIAB SIM 30軟件仿真器、MPIABICD 2在線調(diào)試器及MPLAB ICE 4000在線仿真器。dsPIC33F系列數(shù)字信號控制器還配備一系列的應用庫。

3 dsPIC33F在微機保護硬件系統(tǒng)中的應用
該裝置按功能分為CPU模塊、交流插件、數(shù)字量I／O微機保護、通信、人機接口單元和電源單元。通信接口直接與上位機或通信管理機連接，人機接口采用 128x64點陣式液晶顯示器和專用鍵盤，顯示信息量大，操作方便，硬件設(shè)計框圖如圖1所示。該微機保護裝置具有16路開入量，16路開出量，15路模擬量，CPU模塊原理框圖如圖2所示。由于dsPIC33F具有強大的汁算能力和完善的控制功能，可單獨完成計算、控制、通信、人機接口等功能，減少了器件數(shù)量，簡化硬件結(jié)構(gòu)。又因dsPIC33F內(nèi)部集成RAM、Flash、A／D轉(zhuǎn)換器等，使得外同擴展電路很少，進一步簡化硬件結(jié)構(gòu)，基本實現(xiàn)了總線不出芯片沒計，極大提高保護裝置的抗干擾性和可靠性。