基于外設(shè)事務(wù)服務(wù)器的交流采樣算法在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者：福州大學(xué)電氣工程系（350002）姜學(xué)寶 楊耿杰 陳樹(shù)棠 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 基于外設(shè)事務(wù)服務(wù)器的交流采樣算法在同步 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 摘要：一種由鎖相環(huán)cd4046和單元片機(jī)80c196kc的pts（外設(shè)事務(wù)服務(wù)器）構(gòu)成的高精度交流采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的采集，并采用頻率跟蹤技術(shù)消除電網(wǎng)基波頻率波動(dòng)時(shí)的影響，簡(jiǎn)化了外圍電路硬件，大大提高了數(shù)據(jù)采集的精度和可靠性。另外還給出它在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵詞：鎖相環(huán) 單片機(jī) 外設(shè)服務(wù)器（pts） 交流采樣 隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力網(wǎng)容量不斷增大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電力系統(tǒng)中自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，而數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)則是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)采樣信號(hào)的不同，采樣可分為直流采樣和交流采樣。直流采樣采集通過(guò)電量變送器整流后的直流量，這種方法軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，便于濾波，對(duì)采樣值只需作一次比例變換即可得到被測(cè)量的數(shù)值，采樣周期短；但它不能及時(shí)反映被測(cè)量的突變，有較大的時(shí)間常數(shù)，測(cè)量諧波有誤差，投資較大，維護(hù)復(fù)雜，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。交流采樣直接對(duì)變換好的5v（或0～5v）交流信號(hào)進(jìn)行采樣，主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好、相位失真小、投次少、便于維護(hù)；其缺點(diǎn)是算法復(fù)雜、精度難以提高。但是隨著微機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，交流采樣以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，呈現(xiàn)出逐步取代直流采樣的趨勢(shì)。 在大部分由單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通過(guò)定時(shí)中斷的方式對(duì)工頻50hz的電壓信號(hào)進(jìn)行均勻采樣。由于電網(wǎng)中頻率波動(dòng)和諧波分量的存在，普通中斷時(shí)，cpu要執(zhí)行保持?jǐn)帱c(diǎn)轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、返回等一系列操作，cpu開(kāi)銷(xiāo)較大。這樣在cpu任務(wù)較重或采樣數(shù)據(jù)較多時(shí)，對(duì)被測(cè)量和精度和準(zhǔn)確度都有一定的影響。作者在研制微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的過(guò)程中，充分利用intel 80c196kc單片機(jī)本身特有的一種外設(shè)服務(wù)器功能，結(jié)合cd4046鎖相環(huán)的具體應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了外圍電路硬件，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和可靠性。 1 外設(shè)服務(wù)順pts原理及應(yīng)用 intel 80c196kc單片機(jī)的外設(shè)服務(wù)器pts（peripheral transaction server）利用其內(nèi)部的微代碼執(zhí)行操作，對(duì)中斷可提供一種類(lèi)似于計(jì)算機(jī)dma（直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)）的響應(yīng)，它把一個(gè)中斷映射到相應(yīng)pts通道，由該通道產(chǎn)生一個(gè)pts周期，pts周期就像dma周期那樣插入到正常指令流中，不需要額外的軟件開(kāi)銷(xiāo)，大大增強(qiáng)了cpu的中斷事處處理能力。 與中斷向量相似，pts也有一個(gè)向量表，共15個(gè)字，位于2040h～205ch，優(yōu)先級(jí)和普通中斷的優(yōu)先級(jí)相同。每個(gè)pts向量都指向一個(gè)pts控制塊（ptscb），控制塊必須駐留在內(nèi)部ram空間（1ah～1ffh）。每個(gè)控制塊包括8個(gè)字節(jié)，其首址應(yīng)能被8除盡，由控制塊來(lái)確定pts的工作方式。80c196kc提供了5種pts模式：一次傳送模式、塊傳送模式、a/d模式、his模式和hso模式。為了控制pts的工作，80c196kc內(nèi)部水平窗口1中設(shè)有兩個(gè)16位字寄存器ptssel和ptssrv，其作用如同中斷屏蔽寄存器和中斷掛號(hào)寄存器，格式完全相同，如表1所示。若要打開(kāi)某一外設(shè)pts功能，只需將ptssel中的相應(yīng)位置“1”即可。綜上所述，當(dāng)把某外設(shè)的pts功能打開(kāi)并設(shè)置好pts控制塊時(shí)，該外設(shè)不會(huì)進(jìn)入其相應(yīng)的pts中斷服務(wù)程序，而進(jìn)入pts周期。cpu內(nèi)微代碼按ptscb設(shè)置的工作模式和要