TMS320F240在電壓無(wú)功綜合控制中的應用

摘要：介紹DSP芯片TMS320F240的特點(diǎn)，討論了它在電壓無(wú)功控制器（VQC）中的應用。提供了基于DSP芯片的VOC設計及DSP芯片外圍電路設計，介紹TMS320F240的軟件編程。DSP芯片的應用極大地提高了VQC的性能。

電壓質(zhì)量對于電力系統的正常運行有著(zhù)重要意義。電壓能否維持在合格范圍內直接影響著(zhù)電力工業(yè)本身的安全；系統的無(wú)功功率對電壓的影響極大，維持電網(wǎng)正常運行情況下的無(wú)功平衡是改善電壓質(zhì)量的基本條件。對電壓無(wú)功進(jìn)行綜合控制可以保證電壓合格和無(wú)功潮流平衡，同時(shí)還能提高電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟性。利用變電站中電壓無(wú)功控制器自動(dòng)調節有載變壓器分接頭和并聯(lián)補償電容器組可以實(shí)現這一綜合控制。

電壓無(wú)功控制器通常由單片機系統構成，它集數據采集、數據處理、控制判斷和控制輸出于一身。這就使得單片機負擔比較重，而且限于單片機自身的處理能力，無(wú)法實(shí)現復雜的數據處理和控制策略。將DSP芯片應用到電壓無(wú)功控制器，可以有效地提高其性能。

TMS320F24X系列是美國TI公司推出的高性能16位定點(diǎn)DSP，專(zhuān)門(mén)為電機控制和其它控制系統而設計。TMS320F240是其中典型的一種，片內的外設和強大的處理能力使它很適合用于電壓無(wú)功控制器。本文著(zhù)重介紹其于TMS320F240的電壓我功控制器的設計及其編程。

1 基于TMS320F240的電壓無(wú)功控制器的設計

1.1 TMS320F240簡(jiǎn)介

TMS320F240主要由CPU、存儲器和片上外設三部分組成，其主要特點(diǎn)如下：

·采用改進(jìn)型哈佛結構，具有分離的程序總線(xiàn)和數據總線(xiàn)，使用四級流水線(xiàn)作業(yè)，并且允許數據在程序存儲空間和數據存儲空間之間傳輸，從而提高了運行速度和編程的靈活性。指令執行速度為20MIPS，幾乎所有的指令都可以在50ns的單周期內執行完畢。

圖2 TMS320F240外圍電路

·存儲器可尋址空間224K字（64K字程序空間，64K字數據空間，64K字I/O空間，32K字全局空間）；片內有16K字的Flash EEPROM。

·雙10位A/D轉換器，共16位輸入通道，轉換時(shí)間為6μs。事件管理器中有3個(gè)定時(shí)/計數器，4個(gè)捕獲單元等。

1.2 控制器的硬件結構

控制器總體結構如圖1所示，由CPU、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入、鍵盤(pán)顯示和通信等模塊組成。CPU模塊采用主從式結構：?jiǎn)纹瑱C（采用Intel公司的80C196）為主，完成外圍電路的控制，處理整個(gè)控制器的工作流程；TMS320F240為從，完成數據采集，數據計算等。單片機和TMS320F240之間采用雙口RAM進(jìn)行通訊。TMS320F240主要外圍電路如圖2所示。

XTAL1和XTAL2之間接10MHz的晶振，經(jīng)片內PLL時(shí)鐘模塊后系統時(shí)鐘為20MHz。16個(gè)A/D通道分為兩組:AD0～AD3和AD8～AD11為1組，采集變壓器#1高壓主側電壓電流及低壓側電壓信號；AD4～AD7和AD12～AD15為II組，采集變壓器＃2電量。高壓側每一相的電壓電流同步采集，可以保證計算準確。擴展16K字外部數據存儲器用來(lái)存放采集的電壓、電流。擴展2K×8位的雙口RAM用來(lái)和單片機（80C196）通訊。采用雙口RAM進(jìn)行通訊具有程序設計簡(jiǎn)單、數據傳輸方便快速等優(yōu)點(diǎn)。

2 TMS320F240的編程

TMS320F240的程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，其流程見(jiàn)圖3。在程序初始化部分，對芯片內部寄存器進(jìn)行設置。通用定時(shí)器1設置為連續遞增計數模式，代碼如下：

LDP #232

SPLK ＃1000000101000000h,T1CON

SPLK #0000000000101010b,GPTCON

SPLK #1563,T1PR ;set sample frequency=20000/2/1563=6.4kHz

頻率為6.4kHz。數據采集部分采用定時(shí)器1，數據長(cháng)度為128點(diǎn)。這樣，對于50Hz信號可保證采樣為一個(gè)整周期。A/D轉換設置為雙A/D同步采術(shù)，如通道0與通道8采樣時(shí)，設置A/D的代碼為:

LDP #224

SPLK #1001100100000000b,ADCTRL1

SPLK ＃0000000000000101b，ADCTRL2

諧波分析采用基2的128點(diǎn)快速速傅立葉變換，取前30次諧波數據傳遞給80C196。

程序中每一相的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無(wú)功功率使用下列各式計算（其中N=128）。

電壓有效值：

電流有效值：

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