PDF《种基于MSP4 3》

第 5期 ( 总第

1 4

1 期)2007年

1 O月山西电力SHANXI ELECTRI C POW ER NO.

5 ( Se t .1

41 ) OC t .

2 00

7 一 种基于 MS P

4 3 0单片机技术 的新 型 电压监测仪 王文珍 ,高宏,张 萍. (

1 .山西 省电建四公 司,山西 太原030024;

2 .山西电力 科学研究院,山西太原

0 3

0 0

0 1 ;

3 .上海电力 设计院有限公 司 ,上 海200025)摘要:针 对现有 电压监 测仪存 在的问题 ,介绍 了1种新型 电压监 测仪 ,分析 了该装 置 的设 计原理 及 软件流 程图,该装 置采 用Flash型

1 6位单片机 ( MS P

4 3

0 F

1 4

9 )作 为微 处理器,能方便地 进行 在 系统编程 ;

嵌入 类属 软件模 块 ,可通过 短信传 送数 据 ;

增 加 的通 用 串行 总 线接 口,方便 了装 置与个人 电脑的数据交互 . 关键 词:电压监 测仪 ;

微处 理器 ;

通用 串行 总线 中图分类 号:TM9

3 3 、

2 文献 标识 码:B 文章 编号 :1

6 7

1 ―

0 3

2 0 (

2 0

0 7 )

0 5 ―

0 0

5 8 ―

0 4

0 引言电力 系统走 向市场化 的今 天 ,电能质量 作为衡 量 电网传输 电能 优劣 的一个 标准变得 越来越重要 . 为 了保 证电能质量,国家 要求对电压、谐 波 、频 率 、不平衡 度 、闪变等 5大 电能质量 指标进 行实 时 监测统 计 .对 电压来 说 ,国家 电网公 司要求 统计每 月各级电网运 行电压的总运行时间、合格运行 时间、合 格率 、超上限时间、超 上限率、超下限时间、超 下限 率 、停 电时 间 、停 电次 数 、最 高 电压 、 最高电压 出现 时间、最 低电压、最 低电压出现 时间、平 均电压等.因 此,电压 监测仪已经 成为电厂、变 电站 和一些对 电压质 量要求 较高 的用户 必备 的重要 仪表 .

1 现有 电压监测仪存在 的问题 a )时间精 度及事件顺 序 的正 确性 不高.系 统停电时 ,仪器时钟 芯 片大都选 择后备 电池供 电.在 电网频繁 停电、闪变 、打雷、闪 电等 恶劣条件 下,时钟容易出错,导致统计结果出错. b )通 讯方 式和接口落 后 .仪 器大多采用RS -

2 3 2串行通讯 接口,速 率低,误 码率高,接 口已经 收稿日期 :2

0 0

7 ―

0 4 一l0.修 回 日期 :2

0 0

7 ―

0 8 ―

0 7 作者简介:王文珍 (

1 9

7 0 一),女,山西 清徐 人,1

9 9 1年 毕业 于太 原工业大学电力分院电力系统及 自动化专业,工程师 ;

高宏(1969一),女,山 西太 原人 ,i

9 9 i年毕 业 于太 原工业大学电力分 院电力 系统及 自动化 专业 ,高级工 程师;

张萍(i962一),女 ,山西太 原人 ,1

9 8 5年 毕业 于太 原工业大学电力系统及其 自动化专业 ,高级工程师. ・

58 ・ 很难适 用信 息技 术迅速 发展 的今天 ,并且 ,新型 的 笔记本 电脑 已经 不配备 这种接 口,从 而影 响装置 与 电脑 的匹配;

还 有采用定时打印电压 数据或IC(IntegratedCircuit)卡 读取电压数据,安 装调试方便 ,但 是需 要人 工抄 录统计数 据 ;

也 有利 用无线 通信 系统或电话Mo d e m 传输方式,虽 然使用方便,但 需要 自己对 通信网络 进行维护或租用公共网,费 用高 . c )仪 器规 格多且大多属单 相 电压 测量,应 用范围窄 .由于 电网电压 有1OkV,3

5 k V,1

1 0 k V,

2 2

0 k V… … 等多种规格,以往 电压 监测仪一般1台仪 器 只能适 用1种电网电压规 格 ,造 成仪器规 格 种类 多.d)版 本升级困难 、功耗 大 、精 度低.大 多数装置 不能 实现 在线写入 程序 ;

工作电压为

5 V,损耗较大;

模 数转换器ADC(An a l o g t o D i g i t a l C o n v e r t e r )转换 精度 往往 是 8位 或10位 ,误差相对较 大 ,难 以满 足统计 和控制 的精度 要求 . 针对 上述问题 ,研制了基 于MS P

4 3 0芯片的新型电压监测仪 .

2 新型电压监 测仪 的设计及主要特征 新型 电压监 测仪 电路原理 框 图如图

1 所示.2.1CPU的选择 设计 采用德 州仪器公司生产 的16位 F l a s h型MS P

4 3

0 F I

4 9芯片.MS P

4 3

0 F I

4 9可 以实现 在线 写入,MS P

4 3

0 F l a s h擦写次数高达10万 次,其JTAG在线 仿 真调试 省去 了传 统的、昂贵的仿 真器 维普资讯 http://www.cqvip.com

2 0

0 7 年1

0 R 王文珍 ,等:一种基 于MS P

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0 单 片机技术 的新 型电压监测仪 O ―l o o V

0 -2

2 0V M L AX9

0 8 T 变送器P T Ⅱ 滤波 电路 .

7 P6 .

0 - P6 .

2 电源模块 + 5V 一5V GND +l

2 V +

3 0 V

7 4 HC2

4 5 P

4 ・ O ― P4 ・

7 l DCM P

5 . 一P

5 .

6 1

0 2

5 6 图1电压 监测仪硬件原理框图与编程器 ,节省了用 户开发 时间.MS P

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0 F

1 4 9有 丰富 的 内部 资源,包 括60kb的Flash只读 存贮器R0M ( Re a d On l y Me mo r y ) 和2kb的随机存储器RAM ( R a n d o m Ac c e s s Me mo r y ) ,2个带看门狗功能的16位 定时器,1个内部 比较 器和2个 通用 同步/ 异步发射接收器 、

4 8个I/O(Input/Ou t p u t ) 口(均可独 立控 制);

1 个硬件乘法器 ,从而提高了单片机的性能并使单片 机 在编码 和硬件 上可兼 容 ;

内部集 成的A/ D ( An ― a l o g / D i g i t a

1 )转 换器 有12位分 辨率,高 2位 由电 阻 网络获得 ,低10位 由 电容 网络获 得,AD C

1 2有 内置 的采 样保持 电路 ,有 8个 内 部模 拟输入通道 , 每个通 道 可独立选 择 内外正 负参考 电 压源 ,片 内有

1 6 组 采样 寄存 器 ,其 中 1个

1 6位寄 存 器存 放 转换 结果 ,1个 8位寄存 器存 放采 样通道号 、参考电压 选择及序列标志;

MS P

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0 F

1 4 9不仅运行速度快 , 而且 芯片 内部配有 看 门狗 电路 ,可靠性 要 高得 多.2.2RAM 的选择 u 采用了高速数据不挥发静态NV― S R AM― D C M0

2 5

6 ―

7 L U.该 芯片写 入 的数据 可 保存

1 0 a以上(在外电路 失电的情 况下),同 时具 有可靠的上 电 、掉 电 、强 电磁冲击等数据保护功能.以DCM2

5 6 B型(32x8位 容量)存储 器为例,连 续 上电、掉电等冲击达

1 万次时 ,全部

3 2 K字节数 据无一 丢失 ,而其 它 同类 存储 器有 的仅几 次 到几 十 次就开始丢失数据了;

读/ 写使用次数无限,读/ 写 速度快 ( 小于100ns、可达

5 0 n s ) ,读/写方式简LCM

1 2

2 3

2 ZK PDl US BDl

2 单(和常规 S R AM 一样 ) .

2 .

3 时钟 电路 ] 采用 S D

2 0

0 0 B型 高精 度实时时钟.S D2

0 0

0 B 是一种具有内置晶振、支持 I . C总线接 口的高精度 实时时钟芯片.该 系列芯片可保证时钟精度为±4 x

1 0 ~ , 即年误差小于2rai n ;

可 内置 电池 、 串行 NV S RAM ,其 中内置一 次性电池 可 保证 在外 部掉 电情 况下 时钟 使用 寿命超过

5 a ,内置 充电电池在一 次充满情 况下可保 证 内部 时钟 走时超过

1 a 以上 ( 可满 充200次 ) ;

内置 串行 NVS R AM 为非 易失性 S R AM ,擦写 次数 可达

1 0 0亿次 . S D2

0 0

0 B实时 时钟部 分是通 过基 于IC总线 的 串行 接 口方 式去接收各种命令并读写数据的,所 以 ,硬件 接线很简单 ,除 电源 和接地外,只 采........