ＭＡＸ１２５在同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

李廣宇　魏　豐

電力系統(tǒng)故障錄波裝置是一種電力系統(tǒng)的運行監(jiān)測設(shè)備，用于記錄系統(tǒng)中由于外界干擾而引起的電流電壓變化的全過程，以監(jiān)測各參量在暫態(tài)過程中的變化。在電力系統(tǒng)中三相電壓的各相之間有著固定的相位差，測量中引入的微小相位變化將會影響到測量的精度，因此在對其進行數(shù)據(jù)采集時要盡量避免引入附加的相位差，這就需要在采樣過程中對各相信號進行同步采樣。為此我們選用了MAXIM公司生產(chǎn)的同步采樣數(shù)據(jù)采集芯片MAX125。

MAX125的特點

MAX125是2×4通道、高速的14位數(shù)據(jù)采集芯片。它內(nèi)置有四個采樣／保持器(T/H)，每個采樣／保持器前各有一個兩輸入的多路開關(guān)，所有的多路開關(guān)均由同一邏輯電路控制，所以每次采集可以有四個通道被同時采樣。輸入分為A、B兩組，通過開關(guān)的切換可以對八個通道進行采集。每個通道的信號轉(zhuǎn)換需要3μs，當(dāng)輸入只有1個通道時轉(zhuǎn)換速率可達250 ksps，4個通道全部使用時為76ksps。轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量都存儲在RAM中，通過雙向的數(shù)據(jù)總線讀出。

MAX125的信號輸入范圍是±5V，但其最高過壓值可達到±17V，由于各通道相互獨立，因此任一通道的故障不會影響其它通道。其供電電源為±5 V，內(nèi)部有2.5V的參考電壓源，也可外接參考電壓源，其高速的并行接口可方便地與DSP相連。

MAX125的工作過程

圖1表示的是MAX125的工作時序，其工作過程主要分為兩部分，即采樣方式的設(shè)置和信號的采樣轉(zhuǎn)換。

設(shè)置采樣方式 MAX125上電工作后，芯片默認的采樣方式是只采集A組的第一通道。如果采集其它通道，就要對采樣方式進行設(shè)置以確定采集的通道數(shù)，最多可以同時采樣四個通道。設(shè)置參數(shù)是通過引腳A3~A0寫入的，其格式如附表所示。地址一旦寫入，采樣方式即被確定，若要改變已寫入的方式，必須重新寫入新值。這些操作對應(yīng)圖中CS和WR為低電平的部分。

當(dāng)A3寫入‘0時，芯片處于一般工作狀態(tài)，A2~A0的不同組合確定所要采集的通道；當(dāng)A3寫入‘1時，芯片進入省電工作狀態(tài)，功耗降低，當(dāng)重新寫入‘0時就返回到一般工作狀態(tài)。

采樣和轉(zhuǎn)換 采樣方式確定后，MAX125就可以開始采樣和轉(zhuǎn)換輸入信號，這些操作通過外部的CONVST信號的上升沿來啟動。采樣／保持器在上升沿到來之前跟蹤輸入信號；在CONVST的上升沿保持輸入電壓，輸入信號被采樣，各通道的轉(zhuǎn)換開始依次連續(xù)地進行。每個通道的轉(zhuǎn)換時間為3μs ，當(dāng)全部的四個通道都需要轉(zhuǎn)換時，一個轉(zhuǎn)換周期需要12μs。在此轉(zhuǎn)換完成之前，所有輸入的CONVST信號都將被忽略。當(dāng)最后一個通道轉(zhuǎn)換完畢后，INT信號產(chǎn)生，其下降沿標(biāo)志著轉(zhuǎn)換過程的結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在14位×4的RAM中。INT信號變?yōu)榈碗娖胶螅蓸樱３制骶头祷氐礁櫊顟B(tài)，為下一次的采樣做準(zhǔn)備。在讀數(shù)據(jù)的過程中，第一次的讀操作使INT信號變高。在讀取轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量時，CS、RD兩個信號需要同時為低電平，每一個RD信號對應(yīng)著一個通道的數(shù)據(jù)(如圖1所示)，四個連續(xù)的讀脈沖可依次從數(shù)據(jù)總線讀取四個通道的數(shù)據(jù)。

MAX125和DSP的接口設(shè)計

在進行故障錄波裝置的設(shè)計中，需要檢測的有A、B、C三相和零相電壓，這四相屬于同一組電壓，必須進行同步測量。MAX125的同步采樣性能正好能滿足這種要求，由于它有2×4個通道，本系統(tǒng)使用了一片MAX125對兩組電壓進行測量。

根據(jù)MAX125的特點，設(shè)計中使用了DSP和CPLD來控制MAX125的采集和轉(zhuǎn)換操作。DSP使用的是Texas Instruments公司的TMS320F206，CPLD是LATTICE公司的ispLSI1016E。由于兩者都屬于5V電平器件，因此所有的信號線都可以無需電平轉(zhuǎn)換直接和MAX125相連，圖2是它們的連接框圖。MAX125采用外部的2.5V參考電壓源，時鐘由外接10MHz的晶振提供，數(shù)據(jù)線、讀信號RD和寫信號WR與DSP對應(yīng)的信號線相連。中斷輸出INT連接至DSP的INT1，作為其外部中斷輸入。

在讀寫操作中，MAX125作為外部設(shè)備占用DSP的I/O空間地址，通過CPLD地址譯碼，使設(shè)置參數(shù)的寫入地址為2000H，CONVST的地址為2001H，RAM的四個存儲單元的地址為2002H、2003H、2004H、2005H。CS信號也是通過CPLD譯碼產(chǎn)生的。

TMS320F206的部分程序可到本刊網(wǎng)上查詢。

結(jié)束語

MAX125轉(zhuǎn)換速度快、使用方便、具有較高的精度，在本系統(tǒng)對三相電壓的同步檢測中，工作穩(wěn)定可靠，取得了較好的效果。