基于DSP的中频电源测试系统设计

目前，115V／400 Hz电源广泛应用于航空、航天等军用设备中，军用设备一般对频率精度要求较高，因此必须对其进行测试，使其满足军用标准。本设计利用数字信号处理器(DSP)对数字信号强大的处理能力，对交流电压与频率进行测试、分析与计算，以达到对中频电源性能进行评估的目的。

1 系统硬件设计
1．1 系统硬件框图
    系统的硬件框图由4部分组成：电压信号调理模块、频率信号调理模块、DSP2407最小系统和液晶显示模块，系统硬件框图如图1所示。被测信号(电压信号)经信号调理模块降压滤波后，接至DSP的ADCIN00端进行信号采集与A／D转换，而被测信号(频率信号)经信号调理模块降压、滤波且转化为同频方波后，接至DSP的CAP端进行捕获。DSP2407是整个系统的核心，其功能则是接收A／D端和捕获CAP端的信号，对其进行分析计算，最后对数据进行存储显示。

1．2 信号调理模块
    被测信号电压为-115～115V，而DSP的输入要求则是0～3．3 V，因此需对被测电压信号进行调理。被测电压信号经降压、滤波等处理后，才能进入DSP进行A／D转换。电压信号调理电路如图2所示。

    图2中电压传感器选用的是精密电压互感器SPT204A，输入额定电流为2 mA，额定输出电流也为2 mA。电压互感器的输入端需调节R1使输入电流为2 mA，而互感器的输出端是电流／电压转换电路，调节反馈电阻R2与R3可得所需电压。2个反接二极管起保护放大器的作用。该互感器的特点是电磁隔离、精度高、无漂移，而且对干扰具有很好的抑制作用。滤波部分为一阶低通滤波器，目的是消除对系统影响较大的高频信号。被测信号经电压互感器调理后，转化成-3～3 V的电压信号，而DSP2407自带的A／D转换器是单极性的，因此在互感器电路后接电压抬升电路，进一步调整电压信号，将其转化为0～3 V的电压信号后，再进行A／D转换。
    频率信号调理模块的降压滤波部分与电压信号调理电路基本一致，只是不需再将电压信号抬升，而是需经过电压比较器LM311将正弦电压信号转化为同频率的方波信号，最后通过分压电路进一步调整幅值，使其适合DSP捕获端的输入范围。进一步调理电路如图3所示。

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1．3 液晶显示
    液晶显示器(LCD)是提供友好人机界面实现信息人机交互的关键器件。由于LCD具有低功耗、体积小、质量轻等诸多其他显示器无法比拟的优点，它成为测量结果显示和人机对话的重要工具。本系统选用的SPRT12864M液晶显示模块是128×64点阵的图形点阵式液晶显示模块。
    DSP2407与LED之间的接口电路如图4所示。其中DSP的IOPE0～IOPE7用作数据接口，与LCD模块的数据线DB0～DB7相连，完成与LCD间的数据传送；IOPC0与RS(CS)相连，为指令／数据选择位，H为数据选择位，L为指令选择位；IOPC1与R／W脚相连，为读／写选择位，H为写信号，L为读信号；IOPC2与E相连，工作状态使能；RET是液晶显示模块的复位端，直接连接到DSP的复位引脚RS，当系统复位时，LCD同时复位；VDD接+3．3 V输入电源。

2 系统软件设计
    DSP是整个测试系统的核心，而软件编程又是这一核心的灵魂。整个DSP系统在Code Composer Setup编译环境下开发，采用汇编语言和C语言相结合的编程方式，完成对整个测试系统的软件设计。
2．1 电压数据采集子程序
    电压数据采集是直接通过TMS320LF2407自带的模数转换模块(ADC)实现的。首先对ADC进行初始化，确定ADC通道的级联方式，采样时间窗口预定标，转换时钟预定标等。然后启动ADC采样，对电压信号进行采集，采样8次。由于得到的数据被默认存储到ADC转换结果寄存器(RES-ULT0～7)的高10位中，因此定义1个数组，将RESULT n中的值经过移位还原后存储到相应的数组中。A／D转换结束后，则转入中断服务程序，对采样得到的数据进行分析和处理。电压信号数据采集子程序的流程图如图5所示。

2．2 频率数据采集子程序
    交流电压频率的采集是通过DSP2407的捕获引脚，对频率信号调理模块输出的方波上升沿时的时钟进行捕获得到的，然后在频率采集信号数据处理部分根据相邻时钟差值求出其对应的频率值。频率信号数据采集子程序流程如图6所示。

3 结束语
    该系统是基于DSP的中频电源测试系统的设计，构建了以DSP为控制核心的测试系统，并对电压互感器SPT204A的外围电路进行了设计和改进，对交流电压输出与所需输入建立了一种平台，提出了一种电压信号调理的新思路，具有结构简单，性能良好等优点，可推广使用到其他中频军用设备以及民用设备的系统测试中。