用于电力系统的DSP解决方案作者：北京合众达电子技术有限责任公司钱建良来源：《电子产品世界》摘要：介绍二款专为电力监测/监控系统设计的DSP硬件平台，具体说明DSP方案比传统的关键词：电力监测/监控RTU电力保护DSP电力系统的特点一个电力监测/监控系统需要完成下列全部或部分工作：①同时采集各相电压和电流数据，并实时计算各相电压和电流的有效值、功率、有功功率、无功功率、视在功率和功率因子；②根据一定的故障判据，判断是否有故障发生，并地蚝故障录波；③监测开关变位；④按照标准的通信协议，将监测得的数据上传中心站；⑤接收中心站的遥控数据，发出开关的合闸或断开命令。由上可知，与一般工控系统相比，电力监测/监控系统有2个基本的特点；①电压/电流同时采样，二者之间无相位差，方便功率和功率因子计算。②实时数据处理量大，要求采用高速处理器。在电力监测/监控系统用DSP代替MCU正是基于上述第2个特点。DSP与MCU的比较DSP实际上是一种特殊的MCU，与MCU相比它有以一下的特点：①片内有多条地址、数据和控制总线，可使多个控制和运算部件并行工作，提高CPU的处理能力。②DSP中一定有硬件乘法器，乘法运算一条指令完成。并且乘法器是独立的，可以和加法器等运算部件并行工作，提高了CPU的数字处理能力。③DSP中有一些特殊指令，用来加速数字处理。比如，连乘加（MAC）指令，一个指令周期内同时完成乘法和加法运算。④主频比一般MCU要高许多。从指令周期来看：低档DSP一般为50ns；中档DSP一般为10ns；高档DSP一般为5ns。从处理看；低档DSP一般为20MIPS；中档DSP一般为100MIPS；高档DSP一般为1600MIPS。数字运算，归根结底是乘、加运算，即∑An∑×Xn。由上可见，DSP的内部硬件结构比MCU更适合于数字信号处理。DSP的外部硬件结构和MCU相同，由地址、数据和控制三总线组成，所以外部硬件构成和MCU大致相同，只不过DSP的外部总线要比MCU快很多，所以选择外部器件时注意要选用高速器件，做PCB板时，一般应采用高速器件，做PCB板时，一般应采用多层板，这样才能保证DSP系统的可靠性和稳定性。在软件开发上，DSP与MCU相比，更好地支持模块化编程，并更便于工程化管理。在软/硬件的调试方面，DSP与MCU有较大的区别。MCU的软/硬件调用替代方式来进行的。也就是说MCU的仿真器是一套完整的MCU系统，用MCU仿真器的仿真头代替被仿真的目标系统的MCU，甚至还可以用仿零点上的存储器代替目标系统的存储器。这样做法的缺点有：①硬件时序时为仿真的硬件时序，与目标系统硬件时序有一定差异。②仿真器或多或少要占用一定的硬件资源。③随着MCU引脚数的增多和封装的小型化，仿真头制作起来越难。④随着MCU主频的提高，仿真电缆长度将越来越短，使用更加不便。⑤不同的MCU仿真器的硬件各不相同，用户开发投资加得。而DSP是用接口方式来仿真，DSP仿真器上没有任何DSP资源，所有资源都在DSP目标系统上，DSP仿真器只提供独立于DSP的JTAG标准接口（IEEE标准），DSP芯片上有专门用于仿真调试的信号引脚，用户只需按JTAG标准，在DSP目标板上作一接口（14芯双排插针），二者相连即可对DSP进行仿真调试。DSP仿真器与MCU仿真器相比优点有：①硬件时序即为目标系统硬件时序。②仿真器不占用DSP任何资源。③仿真接口与DSP引脚数和封装无关。④仿真接口与DSP主频无关。⑤仿真器硬件与DSP无关，不同系列DSP仿真器硬件相同，所不同的只是编译软件和调试软件，节省用户的开发投资。高效的编译软件和功能强大的调度软件，使用户开发DSP的系统更加快捷、方便。电力系统DSP解决方案根据电力系统的特点，及不同应用性价比的要求，北京合众达公司推出二款用于电力系统的DSP硬件平台：SEED-F206MS和SEED-C32MS。SEED-F206MS适用于电力自动化（如站内分布式RTU、柱上RTU和电力仪器/仪表）和低压保护；SEED-C32MS适用于电力高压保护和故障录波器。SEED-F206MS原理框图如图1所示，它由下列几部分组成：①由处理器：采用TMS320F20616位定点DSP作主处理器，处理20MIPS，F206片上有4.5×16位的高速SRAM、32K×16位的高速Flash、一个16位定时器、一个导步串口、一个同步串口及三个外部中断。②模拟量输入：采用4片MAX125组成16通道同时采样、每通道采样率76KSPS、分辨率14位、输入范围±5V的模拟输入部分。电流、电压经CT、P