基于TMS320VC5416的多路电量采集系统设计
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第２３卷第５期 ２００８年１０月 电 力 学 报 ｊｏＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．５ ０ｃｔ．２００８
文章编号：ｌＯＯ５ ６５４８（２Ｏ０８）０５—０４１２—０３
基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１ ６的多路电量采集系统设计
张 鹏
（临汾临能电力工程勘察设计有限公司，山西临汾Ｏ４１０Ｏ０）
摘 要：为实现高速、高性能的前端实时数据采集，设计了一种基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６的多路 电量采集与处理系统。详述了其硬件电路组成和软件设计方法，并对设计中遇到的关键技术问题进 行了说明。该系统采用ＡＤ７３３６０作为数据采集前端，通过ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ和ＡＤ７３３６０级联，可实 现多路电量信息的实时采集和处理，为供电公司购电关口、供电关口和考核关口核算用户电量、负 荷管理、配电监测，实现线损分析提供前端数据采集。运行表明，该系统能满足现场应用的－Ｐｃ求。 关键词：电量采集；数据处理；ＴＭ￥３２０ＶＣ５４１６；ＡＤ７３３６０ 中图分类号：ＴＰ２７４ ．２ 文献标识码：Ｂ
多路电量采集系统在电力系统运行中起着至关
重要的作用。变电站、开闭站数据采集系统是利用计
算机网络通信、控制技术、软件技术，实现输、配电网
以及用电网电能量的自动采集、分析与统计功能的
分布式集中管理系统。系统可通过ＰＳＴＮ、ＤＤＮ、光
纤、数据网、微波、电力线载波等多种通讯方式实现
数据通信；系统支持１０２规约及多种地方规约，可以
为供电公司购电关口、供电关口和考核关口核算提
供电量及负荷数据；与用户电量、负荷管理、配电监
测等系统结合，实现线损分析；表计运行状况监测；
对三级营销管理模式的实施提供必要的数据支持。
实现上述一系列功能的关键是前端数据采集系统，
现阶段前端数据采集系统大部份产品的控制和处理
核心都采用冯・诺衣曼总线结构的微处理器，由于
其指令执行速度较慢，实时响应较差，约束了系统运
行速度的进一步提高，无法同时支持多后台应用的
要求，因此设计一个高速、高性能的前端实时数据采
集与处理系统显得非常必要。本文介绍了一种采用
ＴＭＳ３２ＯＶｃ５４１６（ＤＳＰ）作为处理器，用十六位高精
度ＡＤ７３３６０作为ＡＤＣ的高速高精度多路电量采集
系统设计方法ｌ１］。
１ 系统硬件设计
系统由电量信号预处理电路、Ａ／Ｄ转换电路、
ＤＳＰ及其外围电路和通信接口电路组成，如图１。 图１ 系统硬件原理图 １．１ 电量信号预处理电路设计 电量信号预处理电路主要对输入的多路电量信
号进行取样、直流偏置和抗混叠滤波处理，具体电路 如图２所示。
图２电量信号预处理电路 在直流偏置之前，首先采用精密电阻网络Ｒ 和
Ｒｚ对电量信号进行取样。为了尽可能提高Ａ／Ｄ转
收稿日期：２００８ ０５—２１ 作者简介：张鹏（１ ９８３一），男，山西洪洞人，助理工程师，主要从事送变电工程设计方面的工作，（Ｅ ｍａｉｌ）ｄｉ
ｃｋｙ１００２＠１２６．ｃ。ｍ 第５期 张 鹏：基于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６的多路电量采集系统设计 ４１３
换精度，减小电路板的体积，系统使用ＡＤ７３３６０片
内参考电压ＲＥＦＯＵＴ作直流偏置。在送到运算放 大器ＯＰ２进行直流偏置之前，采用运算放大器ＯＰ１
进行隔离，以确保ＡＤＣ的ＲＥＦＯＵＴ端子没有输 入、输出电流，从而保证ＡＤＣ片内精密电压源电压
恒定和较高的Ａ／Ｄ转换精度。最后，经Ｒ 和ｃ 组
成ＲＣ网络，抗混迭滤波后送到ＡＤ７３３６Ｏ进行Ａ／Ｄ 转换。
１．２ Ａ／Ｄ转换电路
选１６位高糖度；ＡＤ７３３６Ｏ作为ＡＤＣ，ＡＤ７３３６０
工作模式控制起来非常方便，当器件加电以后，ＤＳＰ 通过ＸＦ或者写Ｉ／Ｏ的方式将ＡＤ７３３６０的片选ＳＥ 引脚置为高电平，此时ＡＤ７３３６０处于上电复位状
态，输出同步帧信号ＳＤＯＦＳ，当采用图３的接法时，
可以通过ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ串口向ＡＤ７３３６０写入控
制字。ＡＤ７３３６０由８个寄存器来控制，控制字字长 为１６位。
在用ＡＤ７３３６０进行电路设计时，可直接用单极
性输入方式，也可采取差动输入方式将单片 ＡＤ７３３６０接成三通道转换器。不过在用ＡＤ７３３６０
器件内部参考电压对模拟输入前端进行直流偏置 时，最好采用高输入阻抗的运算放大器进行隔离。
１．３ ＡＤ７３３６０与ＴＭ￥３２０ＶＣ５４１６的接口
电路 ＡＤ７３３６０片内集成有同步串口ＳＰＩ，通过和 ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ简单连接便可组成一个多通道同步
数据采集系统。ＡＤ７３３６Ｏ的复位信号ＲＥＳＥＴ、片选 信号ＳＥ分别由ＤＳＰ器件的ＲＥＳＥＴ和ＸＦ引脚通 过一个上升沿双Ｄ触发器提供，这样可以确保
ＡＤ７３３６０的复位信号、片选信号和ＤＭＣＬＫ保持同 步，以免发生读写错误。ＭｃＢＳＰ的输入／输出时钟均
由ＡＤ７３３６０提供，即ＤＳＰ的同步缓冲串口工作于 外部时钟模式。通过多片ＡＤ７３３６０级联，最多可以
实现４８路同步采集系统（见图３）。系统在收到主控
单片机的启动命令后，将ＸＦ置为高电平，ＡＤ７３３６０ 处于上电复位状态，ＤＳＰ将控制字依顺序写到所有
ＡＤ７３３６０中，最后启动Ａ／Ｄ转换，系统开始对电量
信号进行采集。
１．４ ＤＳＰ外围电路和通信接口电路 ＤＳＰ外围电路包括时钟、电源、复位以及片外 程序存储器电路。系统采用外部时钟模式，电源和复
位电路采用ＴＩ公司专用芯片ＴＰＳ７６７Ｄ３０１和 ＴＰＳ３７０７—３３。由于ＴＭ￥３２０ＶＣ５４１６无片内Ｆｌａｓｈ，
因此系统采用ＡＭ２９ＬＶ２００Ｂ作为程序存储器，此 图３ ＡＤ７３３６０与ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６接口电路图 芯片是１６位Ｆｌａｓｈ存储器。系统上电后，ＤＳＰ片内
引导程序将ＡＭ２９ＬＶ２００Ｂ中的工作程序加载到片 内ＳＲＡＭ，提高程序执行效率。
系统通信电路包括并行通信和串行通信２部 分，由于主控单片机采用５ Ｖ逻辑，故并行通信的握
手信号和数据线均需采用ＳＮ７４ＬＶ２４５Ｂ进行电平
隔离，同时数据总线需用ＳＮ７４ＬＶ３７３进行锁存。并
行通信的握手信号若采用Ｉ／Ｏ读写的方式实现，数 据传输效率会降低许多，所以系统将ＭｃＢＳＰ２定义 为通用Ｉ／Ｏ口，用ＭｃＢＳＰ２来和主控单片机握手，
从而减少硬件开销，同时提高数据传输速度。
ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６片内无ＵＡＲＴ端口，要实现
和主控单片机的串行数据通信，本系统采用 ＳＴ１６Ｃ６５０，通过Ｉ／Ｏ读写访问ＳＴ１６Ｃ６５０，从而实
现ＤＳＰ和主控单片机之间的串行通信。
２系统软件设计
为编写出模块性强、执行效率高的ＤＳＰ程序， 该系统在开发过程中采用汇编语言和Ｃ语言相结
合的方式进行软件开发。用Ｃ语言编写程序主体，
用汇编语言进行硬件接口程序的编写。 系统软件执行过程如图４所示，其中左图为主
程序流程，右图为中断程序流程。系统加电后，首先 对ＭｃＢＳＰ、ＡＤ７３３６０、ＤＭＡ和串／并通信接口等进
行初始化，然后等待主控单片机的启动命令，接收到
启动命令后开始进行多路电量信号的采集、各种参 数计算及数据处理，并将经过线性修正和滤波的电
量数据实时发送给主控单片机。
中断响应程序包括定时器中断程序、ＤＭＡ中 断程序和数据传输请求中断程序。当系统打开中断
后，一旦收到启动命令，便启动ＡＤ７３３６０，同时定时 器开始计时；ＡＤ７３３６０将转换后的离散电量数据经
ＭｃＢＳＰ０直接送到ＤＭＡ，根据采集信息计算出有功 ４１４ 电 力 学 报 第２３卷
图４系统软件流程图 功率、无功功率、功率因数、视在功率等数据，并分类
装到各个ＲＡＭ区间，当ＤＭＡ指定的数据块缓冲
区充满以后，ＤＳＰ响应ＤＭＡ中断，对采样电量值进
行线性修正和数字滤波；若主控计算机数据请求中 断产生，ＤＳＰ通过并口、串口向主控计算机发送各 种电量值和时间信息；若定时器产生中断，ＤＳＰ将 开关变量Ｔ置为１。当中断返回后，继续进行数据处
理，并判断开关变量Ｔ的状态，决定是否给出控制
信号。
３ 结语
利用ＡＤ７３３６０和ＴＭＳ３２ＯＶＣ５４ｌ６进行电量采
集系统设计需注意以下几个问题：
（１）由于ＤＳＰ系统具有低功耗、双电源和高速 度性能，在设计时需考虑芯片引脚的外接方式和工
艺特性；
（２）ＡＤ７３３６０的模拟电源和数字电源要隔离； （３）ＤＳＰ和ＡＤ７３３６０之间的接口在布线时需
注意抗干扰，必要时可在串行数据线上串接１０ Ｑ左 右的电阻；
（４）在用ＡＤ７３３６０提供的参考电压作直流偏置 时，最好先用运算放大器隔离。
参考文献： Ｅ１］王久鹏，尚春阳．基于Ｃｏｌｄｆｉｒｅ５３０７和ＡＤ７８６５的电量采集系统ＥＪ］．现代电子技术，２００８（１０）：１６０ １６４ ［２］朱强，蒋东方，焦登科．１８位高精度数据采集系统的设计［】］．计测技术，２００６（４）：１９－２１．
Ａ Ｍｕｌｔｉｐｌｙ—ｌｉｎｅｓ Ｐｏｗｅｒ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６
ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇ （Ｌｉｎｆｅｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｒｖｅｙ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｌｉｎｆｅｎ ０４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ａ ｍｕｌｔｉｐｌｙ—ｌｉｎｅｓ ｐｏｗｅｒ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｅｘｐｌａｉｎｓ
ｓｏｍｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｔａｋｅｓ ＡＤ７３３６０ ａｓ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｎｔ—ｅｎｄ， ｒｅａｌｉｚｅｓ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｕｌｔｉｐｌｙ—ｌｉｎｅｓ ｐｏｗｅｒ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｆｒｏｎｔ—ｅｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｍｐａｎｙ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｃｏｎｓｕｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ａｔ ｐｏｗｅｒ
ｐｕｒｃｈａｓｉｎｇ ｊｕｎｃｔｕｒｅ，ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｊｕｎｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｈｅｃｋ ｊｕｎｃｔｕｒｅ，ｔｏ ｍａｎａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｌｏａｄ，ａｎｄ ｔｏ ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｋｅ ｌｉｎｅ ｌＯＳＳ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ
ｓｙｓｔｅｍ ｌｉｖｅｓ ｕｐ ｔｏ ｌｏｃａｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１６；ＡＤ７３３６０
