基于DSP芯片TMS320F240的电压无功控制器的设计

电压无功控制器通常由单片机系统构成，它集数据采集、数据处理、控制判断和控制输出于一身。这就使得单片机负担比较重，而且限于单片机自身的处理能力，无法实现复杂的数据处理和控制策略。将DSP芯片应用到电压无功控制器，可以有效地提高其性能。

TMS320F24X 系列是美国TI公司推出的高性能16位定点DSP，专门为电机控制和其它控制系统而设计。TMS320F240是其中典型的一种，片内的外设和强大的处理 能力使它很适合用于电压无功控制器。本文着重介绍其于TMS320F240的电压我功控制器的设计及其编程。

1 基于TMS320F240的电压无功控制器的设计

1.1 TMS320F240简介

TMS320F240主要由CPU、存储器和片上外设三部分组成，其主要特点如下：

·采用改进型哈佛结构，具有分离的程序总线和数据总线，使用四级流水线作业，并且允许数据在程序存储空间和数据存储空间之间传输，从而提高了运行速度和编程的灵活性。指令执行速度为20MIPS，几乎所有的指令都可以在50ns的单周期内执行完毕。

·存储器可寻址空间224K字(64K字程序空间，64K字数据空间，64K字I/O空间，32K字全局空间);片内有16K字的FLASH EEPROM。

·双10位A/D转换器，共16位输入通道，转换时间为6μs。事件管理器中有3个定时/计数器，4个捕获单元等。

1.2 控制器的硬件结构

控制器总体结构如图1所示，由CPU、开关量输入、开关量输出、模拟量输入、键盘显示和通信等模块组成。CPU模块采用主从式结构：单片机(采 用INTEL公司的80C196)为主，完成外围电路的控制，处理整个控制器的工作流程; TMS320F240为从，完成数据采集，数据计算等。单片机和TMS320F240之间采用双口RAM进行通讯。

XTAL1和XTAL2之间接10MHz的晶振，经片内PLL时钟模块后系统时钟为 20MHz。16个A/D通道分为两组:AD0～AD3和AD8～AD11为1组，采集变压器#1高压主侧电压电流及低压侧电压信号;AD4～AD7和 AD12～AD15为II组，采集变压器#2电量。高压侧每一相的电压电流同步采集，可以保证计算准确。扩展16K字外部数据存储器用来存放采集的电压、 电流。扩展2K×8位的双口RAM用来和单片机(80C196)通讯。采用双口RAM进行通讯具有程序设计简单、数据传输方便快速等优点。

2 TMS320F240的编程

TMS320F240的程序采用汇编语言编写，其流程见图3。在程序初始化部分，对芯片内部寄存器进行设置。通用定时器1设置为连续递增计数模式，代码如下：

LDP #232

SPLK #1000000101000000h,T1CON

SPLK #0000000000101010b,GPTCON

SPLK #1563,T1PR ;set sample frequency=20000/2/1563=*kHz

频率为*kHz。数据采集部分采用定时器1，数据长度为128点。这样，对于50Hz信号可保证采样为一个整周期。A/D转换设置为双A/D同步采术，如通道0与通道8采样时，设置A/D的代码为:

LDP #224

SPLK #1001100100000000b,ADCTRL1

SPLK #0000000000000101b，ADCTRL2

谐波分析采用基2的128点快速速傅立叶变换，取前30次谐波数据传递给80C196。

程序中每一相的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率使用下列各式计算(其中N=128)。

电压有效值：