基于DSP的过采样技术

论文题目: 基于DSP的交流采样系统专业:学生: （签名）______________指导教师: （签名）______________摘要交流采样是电网进行微机保护的重要一步，交流采样方法的优劣直接影响到微机保护的效果。

本系统应用DSP制作交流采样电路，使其实现高速、准确的交流采样，通过软件控制实现模拟微机保护跳闸功能。

本文介绍了应用DSP实现对交流信号的采样硬件电路设计，论文总共分为四个部分。

（1）介绍交流采样的基本结构，设计思路，并分析目前交流采样的几种方式；（2）通过对交流采样对象的分析，确定采样的参数大小并设计基于F2812的采样电路；（3）运用CCS3.1利用设计的程序对采样电路进行试验，得出电路的误差并进行分析；（4）通过上述设计，能够完成对交流信号的采集、处理并将所需数值显示出来。

满足设计要求。

由于时间、水平有限，本系统没有实现与计算机的数据通信，将在日后工作与学习中进一步完善。

关键词：交流采样，DSP,微机保护Thesis topic:Professional:Undergraduate Students: (Signed )_____________Instructor: (Signed )______________ABSTRACTThe exchange sampling is the electrical network carries on the microcomputer to protect importantly one step, the exchange sampling method's protects fit and unfit quality immediate influence the effect which to the microcomputer. This system applies the DSP manufacture exchange sampling circuit, causes it to realize high speed, the accurate exchange sampling, realizes the simulation microcomputer protective trip function through the software control.This article introduced realizes using DSP to exchanges the signal sampling hardware circuit design, the paper altogether divides into four parts. (1) introduced that the exchange sampling the basic structure, the design mentality, and analyzes the present exchange sampling several ways; (2) through to exchanges the sampling object analysis, the definite sampling's parameter size and designs based on the F2812 sampling circuit; (3) carries on the experiment using CCS3.1 using the design procedure to the sampling circuit, obtains electric circuit's error and carries on the analysis; (4) through the above design, can complete to exchanges signal gathering, processing and will need the value to demonstrate, satisfies the design requirements.Because the time, the level are limited, this system has not realized with computer's data communication, will be working in the future and in the study further consummates.KEY WORDS: Exchange sampling, DSP, microcomputer protection目录第一章绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2研究现状 (1)1.3课题的总体设计思路 (2)第二章交流采样系统的器件介绍 (3)2.1 DSP芯片介绍 (3)2.1.1 DSP的特点 (3)2.1.2 DSP TMS320 F2812芯片的技术指标 (4)2.1.3 DSP F2812开发板的管脚功能说明 (4)2.2 运算放大器LM324介绍 (6)2.2.1 LM324工作原理 (6)2.2.2 LM324的引脚、结构及其典型运用 (8)2.3开关式稳压电源芯片LM2596介绍 (12)2.3.1 LM2596的特点 (12)2.3.2 LM2596的引脚及主要性能参数 (13)2.4 稳压芯片TL431介绍 (14)2.4.1 TL431工作原理 (14)2.4.2 TL431的引脚和其主要性能参数 (15)2.5 LED八段数码管显示器 (15)2.5.1 LED数码管的分类 (15)2.5.2数码管驱动方式 (16)2.5.3数码管的显示段码 (17)2.6 74LS164移位寄存器介绍 (18)2.6.1 74LS164工作原理 (18)2.6.2 74LS164的引脚及级联 (18)第三章基于DSP的交流采样系统硬件的总体设计方案 (20)3.1 硬件电路设计思路 (20)3.2 总体电路的布局 (20)3.3 电流互感器、电压互感器电路的设计 (21)3.4运放电路的设计 (21)3.4.1 跟随电路 (22)3.4.2 二阶低通有源滤波电路 (22)3.4.3 偏置电路 (24)3.4.4 反相电路 (25)3.5 TL431 5V偏置电压产生电路的设计 (25)3.6 LM2596 5V电源的设计 (26)3.7 继电保护电路的设计 (27)3.8 合闸电路的设计 (27)3.9 数码管显示电路的设计 (28)3.10 系统软件的设计 (28)第四章系统的硬件调试和系统测试 (30)4.1 系统硬件的调试 (30)4.1.1 采样电路的调试 (30)4.1.2显示电路的调试 (30)4.1.3 继电保护电路的调试 (30)4.2系统误差分析 (31)4.3调试过程中存在的问题及解决方法 (39)结束语 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)第一章绪论1.1研究背景与意义电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。

基于DSP的高速数据采集与处理系统摘要：提出了一种基于DSP的高速数据采集系统的设计方案，对其中高速A/D、高速缓存、DSP控制以及数据通讯接口等内容进行了讨论，提出了更为有效的同步控制方式。

该设计方案电路简单、可进行多通道扩展、具有一定的通用性。

关键词：DSP 高速A/D FIFO 异步串行通讯在电子测量中，常常需要对高速信号进行采集与处理。

例如，在光传感技术中，对光脉冲散射信号的测量；在雷达工程中，对电磁脉冲信号的测量等，就需要对高速信号进行采集与算是，而且对此类高速信号的测量，往往对数据采集与处理系统提出严格的要求。

本文设计并实现了一种基于DSP的高速数据采集与处理。

该设计方案电路简单、可靠性好、具有一定的通用性、可以进行多通道扩展。

系统主要包括高速A/D、高速缓存、DSP处理器、通讯接口四个部分，其结构示意图如图1所示。

1 同步与过程控制在通常的数据采集系统中，测量过程是通过对A/D变换器的控制来实现的。

但对于一个伉速采集系统而言，这种方法有局限性。

因为高速A/D建立稳定的工作状态需要相当长时间，频繁的改变A/D的工作状态会影响测量的精度，严重时会造成信号的失真。

在本设计方案中，同步命令并不直接作用于高速A/D。

自通电时起，A/D和时钟电路始终处于工作状态，同步命令通过对高速FIFO的写入端的控制，即允许或禁止对FIFO写入，实现对采样数据的取舍。

与A/D相比，高速FIFO的写有效时间为 3ns，对同步和过程控制更为有利。

一次完整的测量过程是从DSP发出同步命令开始的。

同步命令一方面触发发射机工作，另一方面允许对FIFO写入，对采样的数据进行存储。

当存储的数据到达预定的数量时，FIFO的特定状态位置位，引发DSP外部中断。

在中断服务程序中，DSP 禁止对FIFO写入、中断数据的存储，同时复位该状态位。

然后读取数据，待完成数据处理过程之后，DSP对FIFO复位清零。

此即完成一次测量。

2 高速A/D转换器高速A/D转换器选用AD9432，采样位数12位，最高采样速率105MHz，模拟带宽500MHz，差分信号输入，差分外部时钟，片内带有输入缓存和采样/保持器，12位并行数据输出，52引脚LQFP封装。

基于DSP控制的PFC变换器的新颖采样算法摘要：为DSP控制的功率因数校正（PFC）变换器提出了一种新颖的采样算法，它能够很好地消除PFC电路中高频开关动作产生的振荡对数字采样的影响。

尤其是当开关频率高于30kHz时，所提出的新颖采样算法能够更好地提高开关抗噪声性能。

最后将此算法运用到一台2kW的PFC变换器中，实验结果证明了该算法对于分析、设计和调试所有含开关的数字采样电路均有实用参考价值。

关键词：数字信号处理；功率因数校正；采样算法引言数字信号处理器(D 摘要：为DSP控制的功率因数校正（PFC）变换器提出了一种新颖的采样算法，它能够很好地消除PFC电路中高频开关动作产生的振荡对数字采样的影响。

尤其是当开关频率高于30kHz时，所提出的新颖采样算法能够更好地提高开关抗噪声性能。

最后将此算法运用到一台2kW的PFC变换器中，实验结果证明了该算法对于分析、设计和调试所有含开关的数字采样电路均有实用参考价值。

关键词：数字信号处理；功率因数校正；采样算法引言数字信号处理器(DSP)已经被广泛应用于通信，智能控制，运动控制等许多领域中。

由于具有处理速度快、灵活、精确、可靠等特点，DSP已逐渐取代了传统的模拟控制，例如开关电源中的DC/DC变换器，PFC变换器，以及高频脉宽调制(PWM)逆变器等[1][2]。

而在这些应用中，为了消除高频噪声的影响，也同时为了增加功率密度，通常要求开关频率保持在20kHz以上。

如不考虑采样保持时间和模/数转换，一般的DSP芯片都能够在此频率以上工作。

但这些应用场合又必须对模拟电压和电流进行采样，才能保证反馈控制的有效性。

本文在传统PFC变换器控制电路的基础上，提出了一种采用DSP作为PFC的控制电路的方法，并详细分析了在平均电流模式控制下传统的单周期单采样（SSOP）的方法，最后提出了能够大大改善开关抗噪声性能的新颖采样算法。

图11 基于DSP的PFC控制策略原理图1所示为PFC变换器的系统框图和DSP控制。

收稿日期:2003-08-21 收修改稿日期:2004-01-21一种基于DSP 的高速数据采集系统汪小澄,宋香丽(武汉大学自动化系,湖北武汉　430072) 摘要:设计并实现了一种基于DSP 芯片的高速数据采集与处理系统。

它能够以80MS/s 的采样速度完成大容量数据获取,能够实现各种灵活多样的数据处理算法,并且采用即插即用的US B 通讯方式,快速传递数据。

该设计方案电路简单、可靠性好、具有一定的通用性。

系统主要包括模数(A/D )转换电路、DSP 处理器和US B 通讯接口部分。

实验证明:所设计的基于DSP 的硬件和软件系统能够应用于便携式虚拟示波器。

关键词:DSP ;US B ;数据采集中图分类号:TP274 文献标识码:B 文章编号:1002-1841(2004)06-0037-02H igh 2speed Data Acquisition System B ased on DSPWANG Xiao 2cheng ,SONG Xiang 2li(Dept.of Automatization ,Wuhan University ,Wuhan 430072,China )Abstract :Introduced the design of high 2speed data acquisition and processing system based on DSP.I t can do acquisition at 80MS/s and is flexible to im plement different kinds of DSP alg orithms.The design is sim ple ,reliable and universal.The system includes A/D converter ,the digital signal process or DSP and the communication port based on US B.I t has been proved that the virtual oscillograp based on this system is of wide use value.K ey Words :DSP ;US B ;Data Acquisition1　引言数字信号处理器是利用专门或通用的数字信号处理芯片,以数字计算的方法对信号进行处理,具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性高等优点,满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。

基于DSP和ADS8364的高速数据采集处理系统随着现代科学技术的发展和计算机技术的普及，高速数据采集系统已应用于越来越多的场合，如通信、雷达、生物医学、机器人、语音和图像处理等领域。

本文介绍的数据采集处理系统采用CPLD控制ADS8364完成数据的A/D转换，转换后的数据预先存储到FIFO中，再经DSP进行前端的数字信号处理后，通过USB总线传给上位机，并在上位机上进行存储、显示和分析等。

该系统完全可以满足信号采集处理对高精度及实时性的要求。

1 系统原理数据采集处理系统主要由前端信号调理电路、ADC芯片ADS8364、CPLD 芯片EPM3128A、DSP芯片TMS320F2812、USB芯片CY7C68013及其外围电路组成。

系统原理框图如图l所示。

系统主要完成的任务为：DSP接收上位机通过USB总线发送的命令，完成系统工作参数的设置，并通过模拟地址／数据总线与CPLD进行通信，向CPLD发送控制命令；对外部的多路模拟量输入进行信号调理，在CPLD控制下进行单通道或多通道A/D转换，将采集到的数据存储在一片FIFO芯片中；当FIFO中存储的数据半满时，对DSP产生一个中断信号，DSP收到此中断信号后，取出FIFO中的部分数据，进行前端数字信号处理，将处理完毕的数据通过USB总线传给上位机；上位机实现各种图形界面操作和后端信号处理，对所采集的信号进行分析。

系统可对输入的多路模拟信号进行同步采样，这就使得采集到的数据不仅含有模拟信号的幅度特性，同时还保持不同模拟信号之间的相位差异；采样频率可以预置，以适应不同速率的采样要求。

2 系统硬件系统硬件包括信号调理模块、A／D转换模块、DSP处理器模块、CPLD 逻辑控制模块以及USB通信模块。

2．1 信号调理模块的设计外部的多路模拟量输入信号往往是微弱的传感器信号，信号的幅值较小，为了方便且不失一般性，假定其幅值范围为O~25mV。

ADS8364待转换的模拟输入电压范围应保持在AGND-0．3V和AVDD+O．3V之间。

西安科技大学综合实验报告学院: 电气与控制工程学院专业名称: 测控技术与仪器设计题目: DSP交流采集电路设计组员：侯春慧张娜张珍珍张小红姓名：张珍珍学号: 0706070111指导教师: 高瑜目录1.实验目的2.实验内容3.实验原理4.实验步骤5.实验原理图6.实验程序7.实验结果8.问题解决9.心得体会基于DSP的交流采样电路设计一、实验目的1、通过此次试验，让同学们能够好好复习以前学过的知识，主要是如何采集交流电量并处理得到我们需要的实测数据，一边与后面的分析预测等内容；2、通过此次试验，能够让同学们更加熟悉继电保护的原理以及实际中的应用方法和实现手段，更便于大家理解；3、通过此次试验，让同学们对于DSP了解更加深刻，不知是要在原理上懂得，更要学会应用它，能够利用DSP进行一些简单的编程；4、通过此次试验，培养大家的实际动手能力以及小组合作能力，为今后的职业发展做一个小小的实践；二、实验内容通过电网采集电压信号，根据电压信号变化，控制灯泡的跳闸控制。

三、实验原理交流采样技术是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量的测量方法。

该方法的理论基础是采样定理，即要求采样频率为被测信号频谱中最高频率的2倍以上，这就要求硬件处理电路能提供高的采样速度和数据处理速度。

目前，高速单片机、DSP及高速A/D转换器的大量涌现，为交流采样技术提供了强有力的硬件支持。

交流采样法包括同步采样法、准同步采样法、非同步采样法等几种。

此次试验是通过互感器来对电压数据进行采集，再进过偏置等的处理，处理到数值范围为0~3V，再输入到DSP通过其内部所含的DA装换，将采样数据进行处理、数值分析、比较，如果处理后的数值大于给定的整定值则通过对GPIO端口的控制实现输出跳闸信号，作用于继电器。

四、实验步骤1、按要求设计交流采集电路原理图；2、根据原理图焊接板子；3、验证硬件的采样输出波形是否满足0~3V要求，跳闸回路是否准确；4、经老师检查认可后，通电进行系统调试。