TMS320F28335在电网频率测量中的应用（一）

本文提出了一种基于TMS320F28335的频率测量方法， 用于监测电力系统的电能质量。该方法采用DSP 的eCAP 模块和通用定时器对输入信号的上升沿进行捕捉， 通过记录两个上升沿的触发时间得到输入信号的频率。与软件测频方法相比， 其硬件电路简单， 可靠性高、实时性好。理论分析和实验测试表明， 该方法测频精度高， 很好的满足了电能质量监测装置的要求。

　　 引 言:

　　频率是衡量电能质量的重要指标， 也是判断电力系统故障的重要依据。一般情况下， 电力系统的频率会随着负荷的波动而有所变化。在正常情况下电网频率变化缓慢，即使发生系统事故， 在很短的时间内( 如一个工频周期) 电网频率的变化量也是较小的。频率测量若能不断实时地测量电网频率， 所测量的频率误差可减小到很小的程度。

　　数字频率的测量方法主要有： ( 1) 测量电压波形某一整数周波的时间， 从而计算频率; ( 2) 利用波形识别或曲线拟合技术来估算频率。后一种方法不能很好的抑制谐波分量， 计算量偏大， 要对每一周波都进行一次计算， 将会占用过多的处理器时间， 其不能兼顾计算精度与实时性。

　　而前者的测量精度受电压过零点的影响较大。

　　本文提出通过过零检测电路将电网基波整型成方波，用TMS320F28335( DSP) 的捕捉模块对方波上升沿进行捕捉的频率测量方法， 在一定程度上抑制了电压过零点的影响， 有很好的测量精度和实时性。

　　1 通用定时器与捕捉模块

　　TMS320F28335 是指令周期为6. 67 ns。主频达150 MHz; 高性能的32 位CPU , 单精度浮点运算单元( FPU ) , 采用哈佛流水线结构， 能够快速执行中断响应。 并具有统一的内存管理模式。本文提出的测频方法主要应用TMS320F28335 中的捕获单元( eCAP) 和通用定时器( GPT ) 单元。

　　1. 1 通用定时器

　　通用定时器是TMS320F28335 常用的PIE 接口， 其核心是计数器， 32 位计数。通用定时器有多种工作模式，以满足不同的需要。每个定时器可以独立工作， 也可以相互同步工作。可以对寄存器事先设置来实现相应的功能。

　　全局通用定时器控制寄存器GPTCON A ( EVA 中) 和GPT CONB( EVB 中) 规定通用定时器在不同事件中所采取的操作， 并规定它们的计数方向。为了完成测频所需要的功能， 需要设置GPT 的计数寄存器T xCN T、定时器比较寄存器Tx CMPR、定时器周期寄存器Tx PR 以及定时器控制寄存器T xCON ( x = 1, 2, 3, 4) 。

　　1. 2 捕捉模块

　　eCAP 模块是一个完整的捕捉通道， 能够实现多个时间的捕捉任务， eCAP 单元结构如图1 所示。

　　图1 捕 捉单元结构

　　TMS320F28335 有6 个捕捉单元， 分两组， 每个捕捉单元都有一个专用的捕捉输入引脚， 能够对输入引脚的电平变化做出反应并捕捉电平变化发生的时间。当引脚电平发生变化， 触发事件将被触发： 将指定的通用定时器的计数值压到该捕捉单元的两级FIFO, 当FIFO 的数据个数大于或等于2 时触发捕捉中断请求。中断响应可以进行频率的计算及其相应操作。