基于外设事务服务器的交流采样算法在同步发电机励磁控制系统中的应用

作者：福州大学电气工程系（350002）姜学宝 杨耿杰 陈树棠 来源：《电子技术应用》 基于外设事务服务器的交流采样算法在同步 发电机励磁控制系统中的应用 摘要：一种由锁相环cd4046和单元片机80c196kc的pts（外设事务服务器）构成的高精度交流采样系统。该系统能方便地实现对多路信号的采集，并采用频率跟踪技术消除电网基波频率波动时的影响，简化了外围电路硬件，大大提高了数据采集的精度和可靠性。另外还给出它在同步发电机励磁调节器中的应用实例。 关键词：锁相环 单片机 外设服务器（pts） 交流采样 随着电力系统的快速发展，电力网容量不断增大，结构日趋复杂，电力系统中自动化设备的运用越来越广泛，而数据采集环节则是实现自动化的重要环节。根据采样信号的不同，采样可分为直流采样和交流采样。直流采样采集通过电量变送器整流后的直流量，这种方法软件设计简单，计算方便，便于滤波，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值，采样周期短；但它不能及时反映被测量的突变，有较大的时间常数，测量谐波有误差，投资较大，维护复杂，因而在电力系统中的应用受到限制。交流采样直接对变换好的5v（或0～5v）交流信号进行采样，主要优点是实时性好、相位失真小、投次少、便于维护；其缺点是算法复杂、精度难以提高。但是随着微机技术和微电子技术的高速发展，交流采样以其优异的性能价格比，呈现出逐步取代直流采样的趋势。 在大部分由单片机构成的数据采集系统中，通过定时中断的方式对工频50hz的电压信号进行均匀采样。由于电网中频率波动和谐波分量的存在，普通中断时，cpu要执行保持断点转入中断服务、保护现场、恢复现场、返回等一系列操作，cpu开销较大。这样在cpu任务较重或采样数据较多时，对被测量和精度和准确度都有一定的影响。作者在研制微机励磁调节器的过程中，充分利用intel 80c196kc单片机本身特有的一种外设服务器功能，结合cd4046锁相环的具体应用，大大简化了外围电路硬件，提高了数据采集系统的精度和可靠性。 1 外设服务顺pts原理及应用 intel 80c196kc单片机的外设服务器pts（peripheral transaction server）利用其内部的微代码执行操作，对中断可提供一种类似于计算机dma（直接存储器访问）的响应，它把一个中断映射到相应pts通道，由该通道产生一个pts周期，pts周期就像dma周期那样插入到正常指令流中，不需要额外的软件开销，大大增强了cpu的中断事处处理能力。 与中断向量相似，pts也有一个向量表，共15个字，位于2040h～205ch，优先级和普通中断的优先级相同。每个pts向量都指向一个pts控制块（ptscb），控制块必须驻留在内部ram空间（1ah～1ffh）。每个控制块包括8个字节，其首址应能被8除尽，由控制块来确定pts的工作方式。80c196kc提供了5种pts模式：一次传送模式、块传送模式、a/d模式、his模式和hso模式。为了控制pts的工作，80c196kc内部水平窗口1中设有两个16位字寄存器ptssel和ptssrv，其作用如同中断屏蔽寄存器和中断挂号寄存器，格式完全相同，如表1所示。若要打开某一外设pts功能，只需将ptssel中的相应位置“1”即可。综上所述，当把某外设的pts功能打开并设置好pts控制块时，该外设不会进入其相应的pts中断服务程序，而进入pts周期。cpu内微代码按ptscb设置的工作模式和要