:程志平 支长义 焦留成

　　摘要：以tms320vc33dsp为核心，采用钳形电流互感器输入和电压直接输入，设计出了电压，电流，功率，电网频率，电网功率因数的测量电路，用该设计的工频电量测试仪在实际应用中，效果良好。
　　关键词：dsp电量测试仪硬件设计

一．引言

　　现代企业的用电系统中，各种仪器仪表正得到越来越多的应用，而以单片机为内核的仪表由于速度和精度的问题，在很大程度上已不能满足人们对信息处理的需求。dsp 软件编程灵活，自由度大，实时运算速度,数据处理能力远远超过单片机.本文以tms320vc33 dsp为核心，设计一种处理速度和准确度都较高的工频电量测试仪，来满足人们的实际需要。

二． 电路设计

1．电压取样跟随电路

　　0～5v的电压信号，需要在回路中并联电阻。为提高精度，取流过电阻的电流为1ma，且电阻的温度应该很小，因此选用精度较大的电阻。为了保证分压信号在0～5ｖ之间，选分压阻值r6=315k，r7=5k。

2. 电流取样跟随电路

　　为了将系统0～5a的电流转换为用于测量的0～10ma的电流，利用变压器可以实现电流信号的转换，当测量信号为5a时，原边和副线圈比例为1:500。器件的输入一般都是电压，所以需把电流信号转化为电压信号，只需在电流的输出端接一个500欧姆的电阻就可把10ma的电流转化为5伏的电压。

3. ad转换电路

　　采用ad73360 a/d 转换器，ad73360是ad公司推出的6通道模拟输入的16位串行可编程a/d 转换器。由于采用∑-a/d转换原理，具有良好的抗混叠性能，所以对模拟前端滤波器的要求不高，它能保证6路模拟信号同时采样，且在变换过程中延迟很小。本设计采用直流耦合的单端输入。

4．倍频电路

　　为了启动a/d转换器和测量系统的频率，系统中必有倍频电路。采样电路采样得到的正弦波经op-07比较器后变成了方波，其一周期内只有两个脉冲，用此脉冲启动a/d转换远达不到系统的要求。倍频电路的作用就是把方波变成更多的脉冲。

cc4046在倍频电路中的作用是频率合成。

　　若晶体产生的频率为fs，经固定分频电路除以m后得到参考频率fr,则由fr=fs/m，被送到相位比较器的一个输入端上作比较基准，由vco产生的频率f0被一个可编程分频器除以n后送到相位比较器的另一个输入端上与fr进行比较，当锁定后，则有：fs/m=f0/n 即f0=n/m fs。在此设计中，m=1，n=360，fs是由op-07比较后产生的脉冲的频率。程序倍频器由cc4046组成，它产生360的分频。分频后的信号进入8253计数器，由计数器来计算频率。

5 模拟开关电路

　　在测电压和电流时，倍频器要分别和相应的电压采样电路和电流采样电路相连，就需要一个模拟开关进行选择，选用的模拟开关是cmos的cc4053。cmos多路模拟开关电路是由地址译码器和多路双向模拟开关组成，可以通过外部地址输入，经电路内部的地址译码器译码后，接通与地址码相对应的其中的一个开关。它允许从n线到1线的传送或1线到n线的信号分离，以及允许信号的并—串转换。cc4053是三组二路模拟开关。

6.cc4046与8253的连接

　　cc4046作为倍频电路使用时，其输出信号频率为它的输入信号频率的n倍，倍频电路由锁相环和n进制计数器组成，计数器插入在vco输出和比较器之间。这样，当锁相环锁定时，计数器输出信号频率和锁相环输入信号频率 相等，从而在计数器时钟输入端（即vco输出）得到倍频输出信号。

　　7.串口通信的实现：为了扩大仪表的功能，使仪表能够方便的与上位机进行数据交换，为仪表设计了一个rs-232标准串行接口，tms320vc33没有接收发送数据的功能，所以把8251作为vc33的一个串行通道。由于rs-232的电平与ttl电平不兼容，所以需要加max232e作为电平转换电路。可知:8251a的 、 、reset等信号与vc33的相位端相连，8251a的d7～d0和vc33的低8位数据总线d7～d0相连。8251a的片选信号由地址译码电路74ls138的y5提供， 与地址总线的a0相连，用于选择数据口和控制口。vc33的时钟经过8253分频后，送到8251a的 和 端，作为8251a接收时钟和发送时钟。

8. 电压转化电路设计

　　由于8251的txd和rxd信号和pc机的串口电压不符, 所以在此之间加了一个电压转换器max232。其连接图如图8。其内部主要由一个将+5v变至+10v的电

　　压倍增器，一个将+10v变至-10v的电压变换器以及两个发送器和两个接收器组成。使用时只需在外部连接4个电容，通过内部的双充电泵电压变换器，就可以实现升压和电压极性转换，把+5v变换成±12v，以作为驱动器的电源。通过这种芯片不但实现了ttl与eia232c电平的转换，而且可同时完成