基于鎖相環(huán)與雙AD7865的交流采樣技術(shù)及其應(yīng)用

3 電壓電流調(diào)理電路設(shè)計
根據(jù)原理設(shè)計的電壓調(diào)理電路如圖3所示。
設(shè)計中采用2 mA／2 mA電流型互感器TV1013-1，采樣電阻為220 kΩ，最大可測電壓有效值為440 V；調(diào)節(jié)滑動變阻器大小，通過信號濾波、電壓抬升、功率放大將待測信號轉(zhuǎn)化為0～5 V的電壓信號Uout，作為A／D芯片的輸入信號；同時采用過零比較法使Uout與抬升零點比較產(chǎn)生工頻方波信號，作為鎖相環(huán)電路的輸入信號。
電流采集電路與電壓采集電路相似，只是電流信號衰減部分使用了sensor系列精密電流互感器CHG-200E與TA1905-4組成的兩級電流互感器，轉(zhuǎn)化比例為20 A／1．25 mA，并且去掉了采樣電阻。具體電路如圖4所示，電壓抬升電路省略；Iout為0～5 V的電壓信號，輸入A／D芯片。

4 TMS320LF2407與雙AD7865的接口設(shè)計
4．1 接口電路設(shè)計
在交流采樣系統(tǒng)設(shè)計中，要求精度為0．2％～0．5％，但TMS320LF2407的10位A／D轉(zhuǎn)換芯片的采樣精度為1／1 024，近乎0．1％，但考慮到電路中的其他環(huán)節(jié)的誤差，已很難做到0．2％。為了適應(yīng)采樣法電力參數(shù)測量中同時采樣多路輸入信號及對電壓需較寬的測量范圍的要求，為此，本系統(tǒng)采用外接A／D的方法，通過TMS320LF2407控制外部AD7865轉(zhuǎn)換器對三相交流電壓、電流等電力參數(shù)進行交流采樣。
TMS320LF2407是TI公司推出的一種面向數(shù)字控制系統(tǒng)開發(fā)的新型可編程DSP控制器。它將一個高性能的16位、定點、低功耗DSP核和許多功能外設(shè)集成在單芯片上，提供了較高的集成度和較強的運算能力，采用先進的哈佛結(jié)構(gòu)和多總線形式，外加4級流水線操作，使大多數(shù)匯編指令能在一個機器周期內(nèi)完成。AD7865是美國AD公司推出的14位4通道高速A／D轉(zhuǎn)換器。其最快采樣速度為每通道2．4 μs；具有4路同步采樣輸入及4個跟隨／保持放大器；可單電源(+5 V)工作；具有寬輸入范圍(最大為±10 V)，低功耗和輸入過壓保護等功能。根據(jù)調(diào)理電路設(shè)計的具體要求，這里選擇AD7865-2型A／D芯片，其輸入的模擬電壓范圍為0～5 V。
對于功率的計算，由式(5)可知，im和um必須為同一時刻的電流、電壓采樣值。為了簡化軟件算法，消除電壓、電流依次采樣的時間差，采用適當?shù)挠布B接，用一條操作指令同時啟動兩片AD7865，同時采樣對應(yīng)的三相電壓和電流，使得im，um為同一時刻的采樣值。
如圖5所示為TMS320LF2407與雙AD7865的接口電路原理圖，沒有涉及到的管腳未畫出。

兩片AD7865的14位數(shù)據(jù)總線D0～D13均可直接連接到DSP的數(shù)據(jù)總線上；由鎖相環(huán)電路產(chǎn)生的采樣脈沖連接兩個AD7865的引腳，采樣脈沖的上升沿將啟動A／D轉(zhuǎn)換；兩片AD7865的寫控制線直接連接到DSP的線上；而DSP的與D15相或連接到AD7865(1)的、與相或連接到AD7865(2)的。為了方便讀出A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，兩片ADC的片選套用常規(guī)方法，由連續(xù)地址線譯碼所得，若在地址0xA 000H～0xA007H范圍內(nèi)AD7865(1)有效，而AD7865(2)的片選則在0xA008H～0xA00FH地址范圍內(nèi)有效。兩片AD7865的BUSY信號相或后連接到DSP的端，XINT1為低電平時，表明兩片AD7865的A／D轉(zhuǎn)換都已完成，輸出數(shù)據(jù)已準備好，系統(tǒng)可采用查詢方式依次讀取兩片AD7865中的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。