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1、 郑州大学毕业设计（论文）题 目 电网谐波测试仪的 硬件设计 院 系 电气工程学院 专 业 自动化 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 职称 20 年 06 月 08 日I摘要随着电力工业的不断发展,电力电子装置和非线性系统的使用日益增多,造成大量谐波电流注入电网,引起电力系统中电压、电流的正弦波形发生严重畸变, 使得公用电网的谐波污染日趋严重,致使电能质量严重下降。因此，实时测量电网及非线性用电设备的谐波分量，掌握系统中谐波的实际情况，对于防止谐波危害、提高供电质量是十分必要的。针对上述问题,本文设计了一种多功能的电力参数测量与分析系统:以 DSP 为核心的电力参数测量及谐波分析装置。该装置
2、具有运算速度快,计算精确高,功能强大等优点。本装置利用了 TMS320VC33 DSP 集高速运算能力和高效控制能力于一体的优势，用单片 DSP (Digital Signal Processor) 芯片作为整个系统的 CPU(Central Processor Unit) ,结合外围电路，通过分时处理来完成系统管理、对外接口扩展、通讯、数据处理、谐波测试和分析等一系列的工作。关键词 电能质量 数字信号处理（DSP） 谐波测试和分析 AbstractAlong with the development of electric power industry continuously, the u
3、sage of the electric power electronics equipment and the nonlinear system increasingly, resulting in a great deal of harmonic electric current infuse into the electric power net, causing the sine wave form of the electric voltage and current in the electric power system take place a serious mutation
4、 and making the harmonic pollution of public electric power net is gradually serious and the quality of electric power is declining. Therefore, real-time measurement of harmonic and in control of the actual circumstance of the harmonic in the system is very important for avoiding the harmonic peril
5、and improving the quality of power supply. Aiming at the above-mentioned problem, this paper designed a kind of multi-function electric power parameter to measure and analytical system: taking DSP as the electric power parameter measure and the harmonic analysis device of the core. The device have f
6、ollowing advantage, such as speed of operation quickly, calculation precision high, the function is strong and so on, IIthis device makes use of the advantage of TMS320 VC33 DSP gathering high speed operation ability with control an ability efficiently in the whole body, uses a single slice DSP(the
7、Digital Signal Processor) chip be the whole CPU(the Central Processor Unit) of system, combines the outer circle electric circuit , by means of time-sharing handle to complete the following series of work, such as system management, connect to expand outward, communication, data processing, the harm
8、onic measure and analysis etc.Key words Quality of electric power Digital signal processor（DSP） Harmonic measure and analysis目 录III摘要. Abstract. 目录. 1 绪论11.1 本设计的目的和意义.11.2 电网谐波测试仪的设计理念及研究现状11.3 本文的主要工作及达到的要求.32 设计方案52.1 傅立叶变换.52.2 方案论证.62.3 测电压、电流电路.72.4 测频率电路.72.5 串行通讯部分.82.6 扩展接口部分.83 硬件设计.93.1 系
9、统原理框图.93.2 TMS320VC33 DSP.93.3 电压、电流取样跟随电路.253.4 测量部分.283.5 A/D转换.313.6 倍频电路.373.7 存储器扩展443.8 显示电路.483.9 键盘电路523.10 通讯电路.55总结和展望62谢辞.64参考文献.64附录 外文翻译及原文.66A1.1 译文:TMS320C6000 DSP 增强型直接存储访问(EDMA)控制器参考指南.66A1.2 原文:TMS320C6000 DSP Enhanced Direct Memory Access (EDMA) Controller Reference Guide76附录谐波测试仪
10、电路图.87IVB1.1 前向通道87B1.2 扩展接口88B1.3 显示电路89- 1 -1 绪论1.1 本设计的目的和意义首先，谐波带来的严重影响已经危及到用电设备、变电站设备和电力系统载波通讯。如何能够把谐波的危害最大限度地减少，是目前电力电子领域极为关注的问题，而解决这一问题的关键在于定量地确定谐波的成分、幅值和相位等。这也正是我们进行谐波测试的目的所在。其次，由于现代工业、商业及居民用户的用电设备对供电质量提出的要求越来越高，因此，谐波抑制及补偿装置的研制已势在必行。这些装置到底需要补偿多大的谐波，需要进行怎样的补偿配置，以及需要达到怎样的补偿效果都是以谐波测试、分析得到的结果为依据
11、的。最后，谐波研究的意义更可上升到从治理环境污染，维护绿色环境角度来认识，对于电力系统这个环境来说，无谐波是“绿色”的主要标志之一。一些文献中所指的纯净或无污染的电能就是指那些无谐波的电能，但这些无污染的波形仅在实验室条件下存在，而谐波会在其他场合存在较长的一段时间并且会继续存在下去。目前，对地球的环境保护已成为全人类的共识，对电力系统谐波污染的治理已成为电工技术学科所亟待解决的问题1.2 电网谐波测试仪的设计理念及研究现状数字处理器从20世纪70年代问世以来，以其独特的结构和快速实现各种数字信号处理算法的突出优点，发展十分迅速，并在通信，雷达，声纳，语音合成和识别，图象处理，高速控制，家用电
12、器等众多领域得到了广泛的应用，随着DSP芯片性价比的不断提高，开发环境的更加完备，可以预计，DSP芯片将降到合理的水平。同时也显示出了其在信息处理方面独特的优势：（1）它采用了多总线技术且实现了并行机制，同时可以运行程序指令和存储数据，而单片机一次只能完成一种操作。 （2）采用了独立的加法器和乘法器，可以单周期完成这些操作，而单片机只靠子程序来完成。 （3）程序控制可以四级流水线操作。 （4）DSP有完善的片内外设，可以构成完整的单片机系统，而单片机只能靠接口电路来扩展。（5）DSP的速度远远超过了单片机，DSP单周期指令执行时间为50ns，而单片机- 2 -执行一条指令为1s。所以可以预见在不久的将来，DSP将在控制系统，通信系统，网络系统仪器仪表中得到广泛的应用。在数字信号处理过程中，乘积相加是最常见的一种运算，这对单片机是比较困难的，只能用软件来完成。而DSP具有独立的加法器和乘法器，且连了比例移位器，可以实现单周期乘法运算。系统的单片机使用冯诺依曼存储器结构，只有一个存储空间通过一组总线连接到处理器核，通常做一次乘法运算需要4次访问存储器，至少需要4个指令周期。DSP使用哈佛结构，将存储器空间分成两个分别存储程序和数据。它们有两组总线连接处理器核，允许同时对他们进行访问，可以同时为处理器提供数据和指令
