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[组图]微机保护中DSP与时钟DS12CR887的接口设计            【字体:
微机保护中DSP与时钟DS12CR887的接口设计
作者:陈晓明 苗…    文章来源:国外电子元器件    点击数:    更新时间:2007-5-16

1 引 言

    微机继电保护技术不断发展,使用的算法也日趋复杂,与网络的通信和前沿的监测都希望由保护装置实现,这对继电保护硬件的速度和处理能力提出了更高的要求。DSP技术的不断发展使其在电力系统中逐渐得到了广泛的运用,为开发处理能力强大的微机保护系统奠定了基础。

    DSP虽然在算法处理上功能强大,但其控制功能较弱。而CPLD的强项在于时序和逻辑控制。

    在微机继电保护系统中,需配备时钟芯片,以使系统的保护动作、事件变位、告警信息的时间得到记录和上传,便于以后进行事故分析和处理。而目前较常用的时钟芯片一般以Intel总线时序工作,硬件上存在地址和数据线复用的特点,在保护装置中如果采用DSP作控制器,会出现DSP地址和数据线无法与时钟芯片直接配合的情况,这时通过CPLD的可编程逻辑控制模拟时钟芯片的工作时序。系统中其他外围电路的控制方法和原理与时钟芯片完全类似,以此方法可以搭建一个通用性强、性能稳定的硬件平台,再通过各种具体的保护应用软件,从而实现各种具体功能的微机保护装置。

2 装置的硬件设计

2.1 微机保护装置总体结构

    微机保护装置总体结构如图1所示,主要由数据处理单元(DSP)、数据采集单元(A/D转换器)、人机接口单元(MMI模块)以及开入开出单元等组成。其中,DSP选用TI公司的TMS320VC33,CPLD采用Altera公司的EPM3256A,A/D转换器采用AnalogDevice公司的AD676,时钟芯片采用Dallas公司的DS12CR887。



2.2 DSl2CR887与TMS320VC33的硬件接口

    时钟芯片的接口原理图如图2所示,为使系统硬件结构简单,软件易于实现,由CPLD产生时钟芯片所需的时序信号,以控制时钟芯片的读写。DSP数据总线直接引人DS12CR887地址数据总线,部分地址总线及控制线PAGE3、时钟输出H1等经CPLD输出到DS12CR887所需的控制线引脚。

3 DS12CR887的特性和功能

3.1 性能特点

    DS12CR887实时时钟芯片功能丰富,其正常工作电压为3.3 V,工作电压范围为2.97 V~3.63 V,是应用在DSP硬件电路中的理想时钟芯片。DSl2CR887的具体的特性如下:

(1) 具有10字节RAM用来存储时间信息。能够自动产生年、月、日、时、分、秒、星期等时间信息,并且有时、分、秒的闹铃功能,温度25℃时每个月的时间误差在±1分钟以内。

(2) 内部自带电池,外部掉电时,温度25℃时其内部时间信息能够保持5年之久。

(3) 对于一天内的时间记录,有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中,用AM和PM区分上午和下午。

(4) 时间有二进制数和BCD码两种表示方法。

(5) 内置128字节RAM,其中10字节RAM用来存储时间信息,4字节RAM用来存储控制信息,称为控制寄存器,114字节的通用RAM可供用户使用。

(6) 用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出,并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。

3.2 内部RAM及寄存器功能

    DS12CR887片内地址空间为00H~7FH,其中00H为秒单元,01H为闹秒单元,02H为分钟单元,03H为闹分单元,04H为时单元,05H为闹时单元,06H为星期单元,07H为日单元,08H为月单元,09H为年单元,0AH~0DH单元分别为控制寄存器A、B、C、D。0EH~7FH为用户RAM区,可用来在系统掉电时保存数据。通过访问A、B、C、D四个寄存器,可随时设置和了解DS12CR887的工作方式。

3.3 引脚功能

    DS12CR887的引脚排列如图2所示。各引脚的功能说明如下:

GND、VCC:工作电源。其中VCC接+3.3 V输入,GND接地,当VCC的输入小于+2.97 V时DS12CR887会自动将电源切换到内部自带的锂电池上,以保证内部时钟电路能正常工作,但此时不能读写数据。

MOT:模式选择引脚。DA12CR887有两种工作模式,即Motorola模式和Intel模式,MOT接VCC选用Motorola模式;MOT接GND时,选用Intel模式。本文主要讨论Intel模式。

SQW:方波输出引脚。用户可以通过对控制寄存器编程获得13种方波信号输出。

AD0~AD7:复用地址数据总线。该总线采用时分复用技术,在总线周期的前半部分,出现在AD0~AD7上的是地址信息,用于选通DS12CR887的RAM,而在总线周期的后半部分,出现在AD0~AD7上的是数据信息。

AS:地址选通输入引脚。在进行读写操作时,AS的下降沿将AD0~AD7的地址信息锁存至DS12CR887。

DS:数据选择或读输入引脚。该引脚有两种工作模式,选用Intel工作模式时,该引脚是读使能输入引脚,即Read Enable。

R/W:读/写输入引脚。该引脚也有两种工作模式,选用Intel模式时,该引脚可作为写使能输入,即Write Enable。

CS:片选输入引脚。低电平有效。

IRQ:中断请求输出引脚。低电平有效。

RESET:复位输入引脚。低电平有效,该引脚有效对DS12CR887的时钟、日历和RAM中的内容无影响,仅对内部控制寄存器有影响,在典型应用中,RESET可以直接接至VCC,这样可以保证在DS12CR887掉电时,其内部控制寄存器不受影响。

4 时序分析及软件功能的实现

    DS12CR887有两种接口总线时序工作方式,此系统中DSl2CR887工作在Intel总线时序方式,其写命令时序如图3所示,读命令时序如图4所示。

    从DS12CR887的时序图可以看出,在一次读或写操作中,地址/数据复用总线上先出现地址,后出现数据。写操作时,当片选信号CS有效时,地址锁存信号AS的下降沿将AD0~AD7上的数据锁存作为地址(AS高电平的宽度PWASH不小于45 ns时,锁存地址有效);随后读写信号R/W为低电平(低电平宽度PWEH不小于90 ns),在R/W的上升沿将AD0~AD7上的数据写入DSl2CR887,在R/W的上升沿要求AD0~AD7的数据稳定时间不为小于70ns(即tdsw>70 ns),通过上述时序,才完成一次写操作。读操作同样首先将数据线(AD0~AD7)上的信号锁存为DS12CR887需要的地址,然后DS12CR887才能在AD0~AD7上输出有效数据。

    DSP TMS320VC33在一次操作中,数据线输出数据,地址线输出地址。从这个特点出发,设想用TMS320VC33的两次操作产生的时序来完成DS12CR887的一次操作。具体思路如下:首先在TMS320VC33的数据线D0~D7上输出DS12CR887需要的地址:如果是写操作,经过一定延迟后在数据线D0~D7上输出需要写入到DS12CR887的数据:如果是读操作,则经过一定延迟后通过数据线D0~D7读人数据。

    下面给出CPLD中的源程序,采用Verilog HDL语言编写。其中Address[5:0]分别对应A21、A20、A3、A2、A1、A0;在DSP的程序中设置总线控制寄存器为软件等待2个H1时钟周期。

    DSP源程序采用C语言编写,读写时钟芯片所分配地址如下:






5 结束语

    由于DS12CR887是地址/数据复用总线时序,与DSP的读写时序不同,所以在接口设计时对DSP、时钟芯片的时序分析就非常重要。与时钟的控制类似,此系统可以方便地控制人机接口、A/D采样、开关量等外围接口电路。DSP+CPLD系统可以搭建简单、稳定、灵活的微机保护系统硬件平台。在此硬件平台上已成功开发出微机保护系统软件.取得了良好的效果。

 

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