基于PSD3XX與ADMC401接口設(shè)計(jì)的靜止無(wú)功發(fā)生器系統(tǒng)發(fā)布時(shí)間：2018-03-13 00:00:00?|?來(lái)源：浙江浙輪電力科技有限公司

1 PSD芯片說(shuō)明

    對(duì)于一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，如果采用常規(guī)的RAM、ROM和邏輯器件分離的系統(tǒng)連接方式，必定會(huì)使整個(gè)控制電路過(guò)于龐雜，從而給設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)很大的困難，同時(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而美國(guó)WSI公司生產(chǎn)的可編程外圍邏輯器件PSD系列芯片內(nèi)集成有EPROM、SRAM和PLD陣列等部件，它將單片機(jī)所需的多個(gè)外圍芯片集成在一個(gè)芯片內(nèi)，從而大大地簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)，減少了印制電路板的面積，縮短了開(kāi)發(fā)周期。圖1是PSD3系列器件的組成結(jié)構(gòu)。

    從圖中可以看到PSD3XX內(nèi)部有256k位到1M位不等的EPROM，它們被均勻地分為8個(gè)相同大小的區(qū)，每個(gè)區(qū)都有相應(yīng)的選擇信號(hào)，通過(guò)PSD中 PLD譯碼部分可產(chǎn)生相應(yīng)的選擇信號(hào)。還有一些主要的功能部件，如多個(gè)單獨(dú)可配置I／O端口、兩個(gè)可編程陣列（PADA和PADB）、16k位靜態(tài)RAM 等。對(duì)于較大的系統(tǒng)，還可以通過(guò)水平級(jí)聯(lián)（以增加總線寬度為特點(diǎn)）或垂直級(jí)聯(lián)（以增加子系統(tǒng)深度為特點(diǎn)）等方式并配置多個(gè)PSD3XX來(lái)完成。 PSD3XX可以和多路復(fù)用或非多路復(fù)用總線的16位微控制器接口。并支持多種MCU，例如Intel的80196、80386EX，Motorola的 68HC16、683XX，Philips的80C51XA以及AD公司的ADSP2105等。如此大的儲(chǔ)存空間和功能單元極大地方便了單片機(jī)的嵌入式設(shè)計(jì)，同時(shí)地為用戶提供了更為簡(jiǎn)單靈活的解決方案。圖2是常規(guī)的單片機(jī)系統(tǒng)和由PSD組成的系統(tǒng)進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)比較的示意圖，可見(jiàn)運(yùn)用PSD后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到極大簡(jiǎn)化。

2 ADMC401芯片說(shuō)明

    對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的普遍使用正在成為一股潮流。ADMC401［1］［2］芯片即是一個(gè)基于單片DSP的控制器，適合工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的高性能控制。該芯片集成了一個(gè)26MIPS定點(diǎn)內(nèi)核ADSP－2171，其編碼與ADSP－ 21xx DSP系列完全兼容。該內(nèi)核具有一套完備的外圍控制接口，可以在高度集成環(huán)境中快速實(shí)現(xiàn)對(duì)元器件的控制。另外，它還包含三個(gè)計(jì)算單元、兩個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器和一個(gè)程序定序器，其中計(jì)算單元包含一個(gè)算術(shù)邏輯單元ALU、一個(gè)乘法／累加器（MAC）和一個(gè)桶式移位器，而內(nèi)核也增加了位操作、平方、四舍五入和全局中斷屏蔽等指令。除此之外，ADMC401芯片還包括兩個(gè)靈活的雙緩沖器以及雙向同步串行口。圖3為ADMC401的功能框圖。從圖中可以看到：該芯片提供有2k×24位的內(nèi)部程序儲(chǔ)存器RAM、2k×24位的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM、1k×16位的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、一個(gè)高性能8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC系統(tǒng)（它能經(jīng)過(guò)4對(duì)輸入實(shí)現(xiàn)雙通道同時(shí)采樣）、一個(gè)三相16位中心對(duì)稱的PWM發(fā)生器（能以最小開(kāi)銷產(chǎn)生高精度的PWM信號(hào)）、一個(gè)增量編碼器接口單元、2個(gè)可調(diào)頻的輔助PWM輸出、12條I／O數(shù)字信號(hào)線、一個(gè)雙通道事件捕獲系統(tǒng)一個(gè)16位看門(mén)狗定時(shí)器和2個(gè)16位內(nèi)部定時(shí)器等。  

    程序和數(shù)據(jù)RAM可以通過(guò)串行口引導(dǎo)程序裝入，內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)RAM也可以從外圍設(shè)備經(jīng)地址總線和數(shù)據(jù)總線引導(dǎo)程序裝入。此外， ADMC401芯片還可充分利用DSP內(nèi)核的地址和數(shù)據(jù)總線，同時(shí)增添了重要的外存儲(chǔ)器和外設(shè)擴(kuò)展能力，因而可擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量，并使得DSP內(nèi)核能夠?qū)ぶ返?4k×24位的外部程序存儲(chǔ)器和13k×16位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，從而為其與PSD接口提供方便。

3 ADMC401與PSD311的接口設(shè)計(jì)

    由于PSD3XX內(nèi)部提供了許多應(yīng)用系統(tǒng)所需要的全部元件和“外圍”，這使得設(shè)計(jì)兩片式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成為可能。對(duì)于8051，80196和68HC11等微控制器來(lái)說(shuō)，與PSD相配合是極為方便的。同樣，對(duì)于提供了外擴(kuò)程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的ADMC401來(lái)說(shuō)，也可以和PSD相配合?？紤]到系統(tǒng)成本，推薦使用的PSD芯片為PSD311（現(xiàn)有價(jià)格最低的產(chǎn)品）。

    ADMC401芯片的引導(dǎo)程序裝載可以通過(guò)引腳MMAP和BMODE的各種不同狀態(tài)來(lái)完成，如果引腳MMAP和BMODE所加的電壓都為“0”，那么 ADMC401將工作在所謂的EPROM引導(dǎo)程序模式，其中被稱為“引導(dǎo)存儲(chǔ)器”的專用外部存儲(chǔ)空間將允許芯片和字節(jié)寬度的EPROM相連，并在上電時(shí)通過(guò)存儲(chǔ)器接口從外部裝載程序；而如果引腳MMAP和BMODE設(shè)置為其它電位，那么將會(huì)產(chǎn)生不同的引導(dǎo)模式。另外，ADME401芯片還有一個(gè)專門(mén)的低電平有效信號(hào)BMS（Boot Memory Select，引導(dǎo)存儲(chǔ)器選擇），可用于簡(jiǎn)化引導(dǎo)存儲(chǔ)器的接口。以上這些功能極大地方便了ADMC401和PSD的接口設(shè)計(jì)。圖4為ADMC401和 PSD311的接口電路圖（圖中還包括一些其它外圍）。

    由圖可見(jiàn)，ADMC401與PSD311的連接幾乎和它與標(biāo)準(zhǔn)的EPROM連接一樣簡(jiǎn)單。由于總線的通路布在ADMC401內(nèi)部，因此，PSD311 的8根數(shù)據(jù)線并不是像常用的與ADMC401的D7～D0相連，而是與D15～D8相連。另外，還要注意，地址的最高位是由ADMC401的D22線提供的（在ADMC401中沒(méi)有A14地址線）。其BMS信號(hào)可用于EPROM的片選并與PSD311的A19輸入相連，A19在PSD的程序里將被定義為芯片使能信號(hào)，而由ADMC401生成低有效讀和寫(xiě)選通脈沖，它們通常與對(duì)應(yīng)于PSD311的輸入相連，這些選通脈沖在傳輸中可用來(lái)選通PSD311的EPROM和RAM。

    ADMC401有2k×24位的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間。在采用EPROM 引導(dǎo)程序模式時(shí)（MMAP＝0，BMODE＝0），外部程序可通過(guò)ADMC401內(nèi)部的定序器按照本身的24位命令格式一次性全部下載到其內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間。當(dāng)然，應(yīng)用程序可能大于ADMC401內(nèi)部的程序存儲(chǔ)空間。但是，無(wú)需擔(dān)心，程序如果執(zhí)行到后面的代碼，ADMC401會(huì)自動(dòng)重新引導(dǎo)。引導(dǎo)程序存儲(chǔ)器由八頁(yè)組成，每頁(yè)8k字節(jié)。一頁(yè)中除了第一個(gè)字節(jié)外，每隔三個(gè)字節(jié)有一個(gè)空字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是該頁(yè)的長(zhǎng)度，在兩個(gè)相鄰空字節(jié)中，每組三個(gè)字節(jié)包含一個(gè)要裝入DSP內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的24位指令，也就是說(shuō)，2k×24位的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間需要8k×8位的外部存儲(chǔ)空間。在ADMC401的開(kāi)發(fā)工具中，有一個(gè)程序存儲(chǔ)器PROM的分配器實(shí)用程序“SPL21．exe”可為用戶程序計(jì)算正確的頁(yè)長(zhǎng)度，并且根據(jù)適當(dāng)?shù)膮f(xié)議為用戶程序的字節(jié)進(jìn)行排序，從而極大地方便了程序代碼的生成，這些代碼可以直接寫(xiě)入PSD311。PSD311的具體配置電路各有不同，詳細(xì)情況可參考有關(guān)文獻(xiàn)［3］［4］，或登陸www．waferscale．com站點(diǎn)查詢。

    需要注意的是，ADMC401的匯編語(yǔ)言調(diào)試源程序在用匯編語(yǔ)言編輯完畢后，還應(yīng)利用ADMC401提供的匯編、連接程序ASM21．exe和 LD21．exe進(jìn)行編譯連接，以便最終生成一個(gè)“．exe”文件。這個(gè)可執(zhí)行文件才是調(diào)到ADMC401的軟件調(diào)試執(zhí)行程序。而PSD311的軟件主要是對(duì)PSD的邏輯電路、I／O通道以及存儲(chǔ)空間分配進(jìn)行編輯，最后生成的文件將和ADMC401生成的程序代碼一起寫(xiě)入到PSD311中。

4在SVG裝置中的應(yīng)用

    SVG［5］（Static Var Generator）—靜止無(wú)功發(fā)生器也被稱為STATCOM（Static Synchronous Compensator），是靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS［6］（Flexible ACTransmis－sion System）技術(shù)中一個(gè)重要的基礎(chǔ)部件。該部件與其它的無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，雖然SVG裝置的成本要高一些，但其靈活的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性、優(yōu)越的補(bǔ)償效果以及更小的設(shè)備體積都是其它裝置不能比擬的。在SVG裝置中，由于要涉及到大量的復(fù)雜計(jì)算（如濾波計(jì)算、瞬時(shí)無(wú)功計(jì)算）和各種控制手段（如矢量控制、PI控制）以及諸多信號(hào)的采集和發(fā)送。因此，系統(tǒng)對(duì)控制器的運(yùn)算速度、接口資源、穩(wěn)定性以及成本等方面要求很高。SVG裝置的關(guān)鍵部件就是它的逆變橋路部分，而 ADMC401集成的專用6路PWM波形發(fā)生器正好提供了靈活的控制方法。此外，ADMC401的高速流水線式8路A／D采樣端口也為電壓電流的快速采集提供了保證。圖5為基于ADMC401和PSD311的SVG裝置結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)共分為3個(gè)主要部分：第一部分是由ADMC401和PSD311構(gòu)成的檢測(cè)控制部分，第二部分是由IGBT模塊構(gòu)成的逆變電路，第三部分是由電力二極管構(gòu)成的全波整流電路。整流電路采用日本富士公司的三相全波整流模塊 6RI100G－160，其主要作用是將三相線路上的交流電壓變?yōu)橹绷鬏敵?，從而維持直流電容兩端的電壓穩(wěn)定，并為逆變電路提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電。使用該模塊可在不輕微改變逆變器的觸發(fā)工作角情況下提高和穩(wěn)定系統(tǒng)中電容上的電壓。逆變電路部分采用的是富士電機(jī)推出的R系列IPM模塊7MBP100RA－ 120，它將過(guò)去的IGBT單元、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等結(jié)合在一個(gè)模塊之中，從而極大地提高了實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性、簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)難度、縮小了裝置體積。電流的檢測(cè)則利用KT100－P型電流傳感器來(lái)完成，電壓的檢測(cè)利用的是CHV－50P電壓傳感器。輸出顯示部分采用以SED1520為驅(qū)動(dòng)的 MGLS－12032A液晶模塊。以上各部件的功能均可通過(guò)對(duì)ADMC401數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)將ADMC401和PSD311相結(jié)合，可真正實(shí)現(xiàn)只用兩個(gè)芯片組成一個(gè)功能強(qiáng)大的低成本最小單片機(jī)系統(tǒng)之結(jié)果，而且應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，尤其適合于那些要求低功耗、小體積、多外設(shè)、高速度的場(chǎng)合。本文介紹的在SVG裝置中的應(yīng)用涉及到了其中很多的功能，但是系統(tǒng)本身還有很大的擴(kuò)展空間。使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況充分地利用其資源，以便完成更加復(fù)雜的任務(wù)。

　

參考文獻(xiàn)

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