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(多图) 嵌入式电网分析仪中双CPU间的通信

北京化工大学 朱丹 刘凤新?? 2009年06月24日 ?? 收藏0

  1 引言

  在我国目前电力紧缺的形势下,监控电力以确保安全用电非常重要。对电网分析仪的研究和改造一直是当前研究的热点。如果电网分析仪采用一个DSP,既采样计算电网参数,又负责控制部分的运转,由于在实际应用中要求DSP处理的信息可能很多,工作量很大,这样将会影响分析仪的处理速度,降低其工作效率。因此,这里提出一种新一代的电网分析仪,采用DSP和AVR单片机构成双CPU处理器平台,并充分利用DSP处理大容量数据和复杂算法的能力.以及单片机接口的控制能力。ATmegal28单片机负责外围电路控制,包括开关量输出报警与控制、监测输入开关量、模拟量的输出、与上位机的通信以及计时和存储参数,参数是由TMS320F2812 DSP采样计算获得,计算完成后,DSP将数据传送给AVR单片机,而监测的参数也由用户预先设置后再经DSP传输。

  2 SPI通信

  根据系统设计需求,DSP和AVR单片机之间需SPI接口数据总线实现数据传输。SPI是一种串行总线的外设接口.只需4根总线就可与外设相连,而且SPI是一种真正的同步方式,两台设备在同一个时钟下工作嘲。正是由于SPI通信占用的接口线少,通信效率高,并且这两款:DSP与AVR单片机都支持SPI接口,因而SPI通信是目前一种较好的设计方案。

  由于DSP与AVR单片机的数据寄存器都是移位寄存器,当有数据从一个寄存器移出时,则另一端有数据移入.当移完8位,一次SPI通信结束。不同的是ATmegal28在通信过程中接收和发送的数据始终在一个寄存器SPDR中,因此才有同时收发。而DSP的收发寄存器是分开的,发送数据用SPITXBUF,接收数据用SPIRXBUF,8位的数据从AVR的SPDR移入DSP的SPIRXBUF,同时DSP的SPITXBUF又向AVR的SPDR移入数据,SPDR每移出1位,其本身也移进1位,相应DSP中的SPIRXBUF移入1位。SPITXBUF移出1位,从而完成16位环形移位。DSP与AVR的SPI连接如图1所示,其中XXXX为片选信号,低电平有效。

DSP与AVR的SPI连接

  3 器件选型

  3.1 TMS320F2812简介

  TMS320F281x系列DSP是TI公司推出的数字信号处理器,该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器,内部集成有多种先进的外设,为电机及其他运动控制应用实现提供良好平台。TMS320F2812的150 MI/s的处理速度可满足快速的处理大量数据和算法的要求。

  TMS320F2812具有丰富的外设模块:128 K的Flash程序存储器.多达128 K的ROM,2个事件管理器模块,具有看门狗定时器模块(WDT)、串行通信接口(SCI)、串行外设接口(SPI),外设中断扩展模块支持45个外设中断。

  3.2 ATmega128简介

  AVR单片机是8位,RISC结构的单片机。而ATmegal28属于AVR中配置最高的器件,可达16 MI/s/MHz的性能,其内部集成:128 K的Flash程序存储器,4 K的EEPROM和4 K的SRAM。2个串行通信接口(USART),1个8位的TWI(I2C)总线接口,1个串行外设接口(SPI),53个通用I/O端口,4个定时,计数器,因此足够满足该系统设计所需的控制功能。

  3.3 74LVC4245简介

  由于TMS320F2812与ATmegal28的逻辑电平不同,TMS320F2812的逻辑高电平是3.3 V,而ATmegal28的逻辑高电平是5 V,需连接一个电平转换器,这里选用74LVC4245。74LVC4245是3.3 V和5 V两种电平连接时的电平转换器,提供了8路输入和8路输出。通过74LV4245的DIR引脚控制信号的传输方向,将其传输方向始终置为B到A,其OE引脚控制器件使能或处于隔离状态。

  4 系统硬件设计

  图2为系统硬件设计电路图。其中,SCK为时钟信号,用来为SPI提供时钟脉冲,SS为片选信号,当SS拉低时,SPI触发,DSP与AVR之间实现通信。MOSI是主出从入。对于主机来说,由MOSI引脚输出数据;对于从机来说,则是由MOSI引脚输入数据;而MISO则相反,是主人从出引脚,对于主机,是由MISO脚输人数据,对于从机,从MISO引脚输出数据。主机还可通过复位引脚在必要的条件下(如主机复位时)使从机复位。

系统硬件设计电路图

  由于ATmegal28的MISO引脚是向外发送,与其他4个引脚不同,而74LVC4245方向是B到A,因此该引脚接法不同于其他引脚,需要通过一只分压电阻,并使用一个二极管将其电压箝位于3.3 V。

  5 系统软件设计

  5.1 通信协议

  两个设备实现通信,首先规定传输数据的协议。根据需求,主机应向从机发送计算数据以及配置信息,从机向主机发送报警状态以及应答,以告知发送方消息是否正确接收,如图3所示。

SPI通信协议流程图


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嵌入式? 电网分析仪? CPU? 通信?

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