基于PSD3XX與ADMC401接口設(shè)計的靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)發(fā)布時間：2018-03-13 00:00:00?|?來源：浙江浙輪電力科技有限公司

1 PSD芯片說明

    對于一個單片機系統(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，必定會使整個控制電路過于龐雜，從而給設(shè)計和調(diào)試帶來很大的困難，同時也會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而美國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，它將單片機所需的多個外圍芯片集成在一個芯片內(nèi)，從而大大地簡化了硬件電路的設(shè)計，減少了印制電路板的面積，縮短了開發(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個相同大小的區(qū)，每個區(qū)都有相應(yīng)的選擇信號，通過PSD中 PLD譯碼部分可產(chǎn)生相應(yīng)的選擇信號。還有一些主要的功能部件，如多個單獨可配置I／O端口、兩個可編程陣列（PADA和PADB）、16k位靜態(tài)RAM 等。對于較大的系統(tǒng)，還可以通過水平級聯(lián)（以增加總線寬度為特點）或垂直級聯(lián)（以增加子系統(tǒng)深度為特點）等方式并配置多個PSD3XX來完成。 PSD3XX可以和多路復用或非多路復用總線的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。如此大的儲存空間和功能單元極大地方便了單片機的嵌入式設(shè)計，同時地為用戶提供了更為簡單靈活的解決方案。圖2是常規(guī)的單片機系統(tǒng)和由PSD組成的系統(tǒng)進行硬件結(jié)構(gòu)比較的示意圖，可見運用PSD后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到極大簡化。

2 ADMC401芯片說明

    對于系統(tǒng)設(shè)計者來說，數(shù)字信號處理（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26MIPS定點內(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)境中快速實現(xiàn)對元器件的控制。另外，它還包含三個計算單元、兩個數(shù)據(jù)地址發(fā)生器和一個程序定序器，其中計算單元包含一個算術(shù)邏輯單元ALU、一個乘法／累加器（MAC）和一個桶式移位器，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)部程序儲存器RAM、2k×24位的內(nèi)部程序存儲器ROM、1k×16位的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、一個高性能8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC系統(tǒng)（它能經(jīng)過4對輸入實現(xiàn)雙通道同時采樣）、一個三相16位中心對稱的PWM發(fā)生器（能以最小開銷產(chǎn)生高精度的PWM信號）、一個增量編碼器接口單元、2個可調(diào)頻的輔助PWM輸出、12條I／O數(shù)字信號線、一個雙通道事件捕獲系統(tǒng)一個16位看門狗定時器和2個16位內(nèi)部定時器等。  

    程序和數(shù)據(jù)RAM可以通過串行口引導程序裝入，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，同時增添了重要的外存儲器和外設(shè)擴展能力，因而可擴展外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量，并使得DSP內(nèi)核能夠?qū)ぶ返?4k×24位的外部程序存儲器和13k×16位的外部數(shù)據(jù)存儲器，從而為其與PSD接口提供方便。

3 ADMC401與PSD311的接口設(shè)計

    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)計兩片式計算機系統(tǒng)成為可能。對于8051，80196和68HC11等微控制器來說，與PSD相配合是極為方便的。同樣，對于提供了外擴程序、數(shù)據(jù)存儲空間的ADMC401來說，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)有價格最低的產(chǎn)品）。

    ADMC401芯片的引導程序裝載可以通過引腳MMAP和BMODE的各種不同狀態(tài)來完成，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引導程序模式，其中被稱為“引導存儲器”的專用外部存儲空間將允許芯片和字節(jié)寬度的EPROM相連，并在上電時通過存儲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，那么將會產(chǎn)生不同的引導模式。另外，ADME401芯片還有一個專門的低電平有效信號BMS（Boot Memory Select，引導存儲器選擇），可用于簡化引導存儲器的接口。以上這些功能極大地方便了ADMC401和PSD的接口設(shè)計。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，ADMC401與PSD311的連接幾乎和它與標準的EPROM連接一樣簡單。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中沒有A14地址線）。其BMS信號可用于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，而由ADMC401生成低有效讀和寫選通脈沖，它們通常與對應(yīng)于PSD311的輸入相連，這些選通脈沖在傳輸中可用來選通PSD311的EPROM和RAM。

    ADMC401有2k×24位的內(nèi)部程序存儲空間。在采用EPROM 引導程序模式時（MMAP＝0，BMODE＝0），外部程序可通過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)部程序存儲空間。當然，應(yīng)用程序可能大于ADMC401內(nèi)部的程序存儲空間。但是，無需擔心，程序如果執(zhí)行到后面的代碼，ADMC401會自動重新引導。引導程序存儲器由八頁組成，每頁8k字節(jié)。一頁中除了第一個字節(jié)外，每隔三個字節(jié)有一個空字節(jié)，第一個字節(jié)是該頁的長度，在兩個相鄰空字節(jié)中，每組三個字節(jié)包含一個要裝入DSP內(nèi)部程序存儲器的24位指令，也就是說，2k×24位的內(nèi)部程序存儲空間需要8k×8位的外部存儲空間。在ADMC401的開發(fā)工具中，有一個程序存儲器PROM的分配器實用程序“SPL21．exe”可為用戶程序計算正確的頁長度，并且根據(jù)適當?shù)膮f(xié)議為用戶程序的字節(jié)進行排序，從而極大地方便了程序代碼的生成，這些代碼可以直接寫入PSD311。PSD311的具體配置電路各有不同，詳細情況可參考有關(guān)文獻［3］［4］，或登陸www．waferscale．com站點查詢。

    需要注意的是，ADMC401的匯編語言調(diào)試源程序在用匯編語言編輯完畢后，還應(yīng)利用ADMC401提供的匯編、連接程序ASM21．exe和 LD21．exe進行編譯連接，以便最終生成一個“．exe”文件。這個可執(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PSD的邏輯電路、I／O通道以及存儲空間分配進行編輯，最后生成的文件將和ADMC401生成的程序代碼一起寫入到PSD311中。

4在SVG裝置中的應(yīng)用

    SVG［5］（Static Var Generator）—靜止無功發(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)中一個重要的基礎(chǔ)部件。該部件與其它的無功補償裝置相比，雖然SVG裝置的成本要高一些，但其靈活的動態(tài)調(diào)節(jié)特性、優(yōu)越的補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雜計算（如濾波計算、瞬時無功計算）和各種控制手段（如矢量控制、PI控制）以及諸多信號的采集和發(fā)送。因此，系統(tǒng)對控制器的運算速度、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個主要部分：第一部分是由ADMC401和PSD311構(gòu)成的檢測控制部分，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推出的R系列IPM模塊7MBP100RA－ 120，它將過去的IGBT單元、驅(qū)動電路、保護電路等結(jié)合在一個模塊之中，從而極大地提高了實際應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性、簡化了設(shè)計難度、縮小了裝置體積。電流的檢測則利用KT100－P型電流傳感器來完成，電壓的檢測利用的是CHV－50P電壓傳感器。輸出顯示部分采用以SED1520為驅(qū)動的 MGLS－12032A液晶模塊。以上各部件的功能均可通過對ADMC401數(shù)字信號處理芯片進行軟件編程來實現(xiàn)。

5結(jié)束語

    通過將ADMC401和PSD311相結(jié)合，可真正實現(xiàn)只用兩個芯片組成一個功能強大的低成本最小單片機系統(tǒng)之結(jié)果，而且應(yīng)用范圍相當廣泛，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)本身還有很大的擴展空間。使用時可以根據(jù)實際情況充分地利用其資源，以便完成更加復雜的任務(wù)。

　

參考文獻

［1］李樹之，程漢湘，汪沛，等．ADSP－2101／2105單片機原理及應(yīng)用［M］．湖北科技出版社，1994．  
［2］孫涵芳．單片機現(xiàn)場可編程外圍芯片PSD的原 理及應(yīng)用［M］．北京：北京航空航天大學出版社．1998．
［3］顏榮江，朱元清，侯文軍．PSD3系列可編程單片 機外圍接口芯片原理編程及應(yīng)用［M］．北京：人民郵電出版社．1995．
［4］沈斐，劉文華，王仲鴻．±20Mvar靜止無功發(fā)生器（ASVG）的研制［J］，國際電力，2000，（2）：31－35．  
［6］何大愚．柔性交流輸電系統(tǒng)概念研究的新進 展［J］．電網(wǎng)技術(shù)，1997，121（2）：9－14．