一种基于DDS调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法与流程

本发明涉及电测仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法。

背景技术：

通常，电网的电流信号，从一次导线通过电流互感器后变为5a或1a额定二次电流，送到电能表或谐波电能表配合电压测量用于计量。但是传统电流互感器测试由于一次电流大，单台仪器无法进行测试，造成了一次互感器的谐波一直无法得到考核的问题。同时，若需要对各种谐波情况下的电能进行精确的测试，需要谐波功率源能和外部仪表同步工作，才能精确比较标准电能表和被检电能表的电能误差。

一般单相或三相谐波功率源采用的技术有三种，一种是通过dsp(或其他处理器)通过控制d/a输出，实现波形输出，一种是使用fpga控制d/a输出，还有一种是通过dma控制d/a的输出，三种的d/a输出均在内部的时钟控制下输出，并且内部的时钟是从dsp和fpga的主时钟分频而来。无法接受外部的同步脉冲的控制。

综上，现有的单相或三相谐波功率源有两个缺点：一个就是只能单台设备使用，不能通过外部的同一脉冲触发实现多谐波功率源的同步输出；另一个是不能类似示波器一样定义触发的时刻。因此，亟需一种可实现任意定义的触发时刻的谐波功率源，且可用于多台仪器的级联，以实现与外部仪表的同步测试。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法，应用于外脉冲同步触发谐波功率源中，外脉冲同步触发谐波功率源包括：dsp、dds、数模转换器、功率放大器；dsp、数模转换器、功率放大器依次连接，dds的输出端连接于dsp与数模转换器之间，dds的输入端与dsp连接；

方法包括：设定dsp输出波形的触发时刻；

dsp获取外部脉冲，并根据外部脉冲控制dds的时钟输出频率；

dsp的同步串口接收到dds的与触发时刻对应的时钟输出频率时，dsp的ram自动将波形通过同步串口传输至数模转换器并由数模转换器传送至功率放大器进行放大输出。

优选地，dsp获取外部脉冲，并根据外部脉冲控制dds的时钟输出频率具体包括：

s1、dsp获取外部脉冲的上升沿时间t1；

s2、dsp读取ram的dma地址指针，并将地址指针与数模转换器的转换时间相乘获得的结果计为t2，将设定的触发时刻与数模转换器的转换时间相乘获得的结果计为t3，将t3和t2分别输入第一误差器的正负端，获得第一误差器的输出值t4；

s3、将t1和t4分别输入第二误差器的正负端，获得第二误差器的输出值t5，以t5作为dsp的pi算法的误差控制输入端，将t5与预设的误差放大值p的负数相乘，并将相乘的结果与上一次设定的dds的时钟输出频率相加作为本次设定的dds的时钟输出频率；

s4、重复步骤s1～s3，直至设定的触发时刻与外部脉冲的上升沿同步，并获得此时dds的时钟输出频率。

优选地，dsp获取外部脉冲的上升沿时间t1具体包括：

dsp通过定时器每隔20ms获取外部脉冲的上升沿时间t1。

优选地，ram包括第一ram、第二ram、第三ram；

同步串口包括第一同步串口、第二同步串口、第三同步串口；

数模转换器包括第一数模转换器、第二数模转换器；

功率放大器包括电流功率放大器、电压功率放大器；

第一ram、第一同步串口、第一数模转换器、电流功率放大器依次连接，第二ram、第二同步串口、第二数模转换器、电压功率放大器依次连接；

第三ram、第三同步串口、dds依次连接，dds的输出端连接于第一同步串口与第一数模转换器之间以及第二同步串口与第二数模转换器之间。

优选地，dds的分辨率为32bit，dds还连接有晶体，用于将晶体的频率进行分频输出。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法，应用于外脉冲同步触发谐波功率源中，外脉冲同步触发谐波功率源包括：dsp、dds、数模转换器、功率放大器；dsp、数模转换器、功率放大器依次连接，dds的输出端连接于dsp与数模转换器之间，dds的输入端与dsp连接；方法包括：设定dsp输出波形的触发时刻；dsp获取外部脉冲，并根据外部脉冲控制dds的时钟输出频率；dsp的同步串口接收到dds的与触发时刻对应的时钟输出频率时，dsp的ram自动将波形通过同步串口传输至数模转换器并由数模转换器传送至功率放大器进行放大输出。本发明实施例中，通过增加设置dds，并可任意定义外部脉冲的触发时刻，通过获取外部脉冲的上升沿时间并经dds的分频输出，控制dsp的ram的波形受外部脉冲的控制同步输出，可以实现谐波功率源的在外部脉冲的控制下进行同步输出，可用于多台谐波功率源的在同一外脉冲控制下并联输出，扩大电流输出的范围，也可以配合其他的仪器实现同步测量和控制功能，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法所应用的外脉冲同步触发谐波功率源的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种dds的具体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法的另一个实施例的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的具体控制过程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法，用于解决现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法，应用于外脉冲同步触发谐波功率源中，外脉冲同步触发谐波功率源包括：dsp、dds、数模转换器、功率放大器；dsp、数模转换器、功率放大器依次连接，dds的输出端连接于dsp与数模转换器之间，dds的输入端与dsp连接；

方法包括：101、设定dsp输出波形的触发时刻；

首先，根据波形输出的需要，可通过计算机程序等对dsp输出波形的触发时刻进行任意设定。

102、dsp获取外部脉冲，并根据外部脉冲控制dds的时钟输出频率；

在设定好dsp输出波形的触发时刻之后，dsp获取到所输入的外部脉冲，并根据外部脉冲通过dsp内部算法进行运算以控制dds的时钟输出频率。其中，dds为一个高分辨率的频率分频器，可以直接把与其连接的第二晶体(20m)的频率进行任意分频输出，频率输出值fout＝1/(n)*fin。n的范围为1到(232-1)的任意值,fin为第二晶体的信号输出。

103、dsp的同步串口接收到dds的与触发时刻对应的时钟输出频率时，dsp的ram自动将波形通过同步串口传输至数模转换器并由数模转换器传送至功率放大器进行放大输出。

在dsp获取外部脉冲，并根据外部脉冲控制dds的时钟输出频率之后，dsp的同步串口在接收到dds的与触发时刻对应的时钟输出频率时，dsp的ram自动将波形通过同步串口传输至数模转换器并由数模转换器传送至功率放大器进行放大输出。

本发明实施例提供了一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法，应用于外脉冲同步触发谐波功率源中，外脉冲同步触发谐波功率源包括：dsp、dds、数模转换器、功率放大器；dsp、数模转换器、功率放大器依次连接，dds的输出端连接于dsp与数模转换器之间，dds的输入端与dsp连接；方法包括：设定dsp输出波形的触发时刻；dsp获取外部脉冲，并根据外部脉冲控制dds的时钟输出频率；dsp的同步串口接收到dds的与触发时刻对应的时钟输出频率时，dsp的ram自动将波形通过同步串口传输至数模转换器并由数模转换器传送至功率放大器进行放大输出。本发明实施例中，通过增加设置dds，并可任意定义外部脉冲的触发时刻，通过获取外部脉冲的上升沿时间并经dds的分频输出，控制dsp的ram的波形受外部脉冲的控制同步输出，可以实现谐波功率源的在外部脉冲的控制下进行同步输出，可用于多台谐波功率源的在同一外脉冲控制下并联输出，扩大电流输出的范围，也可以配合其他的仪器实现同步测量和控制功能，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

以上为对本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法的一个实施例的详细描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法的另一个实施例进行详细描述。

为了便于描述，以下先对本发明实施例提供的基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法所应用的外脉冲同步触发谐波功率源的具体结构进行详细描述。

请参阅图2，本发明实施例提供的基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法所应用的外脉冲同步触发谐波功率源包括：

dsp12、dds10、第一数模转换器6a、第二数模转换器6b、电流功率放大器7a、电压功率放大器7b、第一晶体1、第二晶体11；

其中dsp12内置有第一ram(ram1)4a、第二ram(ram2)4b、第三ram(ram3)8以及第一同步串口(sport1)5a、第二同步串口(sport2)5b、第三同步串口(sport3)9。

dds10的输入端通过第三同步串口9与第三ram8连接，用于接收第三ram8的控制输出。dds10的另一输入端还与第二晶体11(频率为20m)连接，dds10为一个高分辨率的频率分频器，可以直接把第二晶体11的频率进行任意分频输出，频率输出值fout＝1/(n)*fin，n的范围为1到(232-1)的任意值,fin为第二晶体11的信号输出，当dsp12在算法的控制下和外部的脉冲输入到达同步时，第三ram8的值会基本保持稳定。

具体的，本发明中的dsp可以使用adsp-bf609blackfin处理器，该处理器内置了第一ram4a、第二ram4b、第三ram8、第一同步串口5a、第二同步串口5b、定时器3、分频器2。此外，第一数模转换器6a和第二数模转换器6b可使用ad554516bitd/a转换芯片。

电压功率放大器7b通过使用串联负反馈实现，可实现交直流输出且带宽大于1mhz，工作电源+/-200v可实现交流100v的输出，电流功率放大器7a的最大输出电流15a，可实现交直流10a的输出。

本发明中的dds10可使用ad9852芯片实现，具体结构如图3所示，dds10可实现按第三同步串口9的频率设定值把第二晶体11的时钟分频为设定的时钟频率输出到第一同步串口5a的sclk1、第二同步串口5b的sclk2上。

请参阅图2和图4，本发明实施例提供的一种基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法的另一个实施例包括：

201、设定dsp输出波形的触发时刻；

首先，根据波形输出的需要，可通过计算机程序等对dsp输出波形的触发时刻进行任意设定。

202、dsp获取外部脉冲的上升沿时间t1；

在dsp通过定时器每隔20ms获取外部脉冲的上升沿时间t1之后，dsp通过定时器每隔20ms获取外部脉冲的上升沿时间t1。

203、dsp读取ram的dma地址指针，并将地址指针与数模转换器的转换时间相乘获得的结果计为t2，将设定的触发时刻与数模转换器的转换时间相乘获得的结果计为t3，将t3和t2分别输入第一误差器的正负端，获得第一误差器的输出值t4；

在dsp获取外部脉冲的上升沿时间t1之后，dsp读取ram的dma地址指针，并将地址指针与数模转换器的转换时间相乘获得的结果计为t2，将设定的触发时刻与数模转换器的转换时间相乘获得的结果计为t3，将t3和t2分别输入第一误差器的正负端，获得第一误差器的输出值t4。

204、将t1和t4分别输入第二误差器的正负端，获得第二误差器的输出值t5，以t5作为dsp的pi算法的误差控制输入端，将t5与预设的误差放大值p的负数相乘，并将相乘的结果与上一次设定的dds的时钟输出频率相加作为本次设定的dds的时钟输出频率；

然后，通过将t1和t4分别输入第二误差器的正负端，获得第二误差器的输出值t5，以t5作为dsp的pi算法的误差控制输入端，将t5与预设的误差放大值p(p可根据相应的所需要的输出结果由工程经验获得)的负数相乘，并将相乘的结果与上一次设定的dds的时钟输出频率相加作为本次设定的dds的时钟输出频率。

205、重复步骤202～204，直至设定的触发时刻与外部脉冲的上升沿同步，并获得此时dds的时钟输出频率。

多次重复步骤202～204，直至设定的触发时刻与外部脉冲的上升沿同步，此时，第一误差器的输出误差最小，并可以获得此时dds的时钟输出频率。

206、dsp的同步串口接收到dds的与触发时刻对应的时钟输出频率时，dsp的ram自动将波形通过同步串口传输至数模转换器并由数模转换器传送至功率放大器进行放大输出。

最后，dsp的同步串口接收到dds的与触发时刻对应的时钟输出频率时，dsp的ram自动将波形通过同步串口传输至数模转换器并由数模转换器传送至功率放大器进行放大输出。

为了便于理解，以下将结合具体应用例对本发明实施例中的基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法进行具体的说明。

本发明实施例中，由dsp12设定第一ram4a的波形数据通过第一同步串口5a在外部时钟sclk1的控制下，自动把第一ram4a的波形数据，通过第一数模转换器6a输出到电流功率放大器7a上，实现谐波电流波形的输出。第一ram4a的波形数据将自动按顺序循环输出到第一数模转换器6a上，实现波形的连续输出。同时，由dsp12设定第二ram4b的波形数据通过第二同步串口5b在外部时钟sclk2的控制下，自动把第二ram4b的波形数据，通过第二数模转换器6b输出到电压功率放大器7b上，实现谐波电压波形的输出。第二ram4b的波形数据将自动按顺序循环输出到第二数模转换器6b上，实现波形的连续输出。

具体的，本发明中基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的具体控制过程如图5所示,当设定触发的时刻在第一ram4a或第二ram4b的ptr的位置上和外部的脉冲输入上升沿同步(即电压或电流的波形长度是一样且同步启动，所以ptr的位置和第一ram4a和第二ram4b的存放的波形值有关，其电压和电流会一直保持同步)，dsp12设定dma自动把波形从第一ram4a和第二ram4b通过第一同步串口5a和第二同步串口5b自动送到第一数模转换器6a和第二数模转换器6b，每隔20msdsp12读取定时器3的脉冲上升沿时间t1，读取ram14a的dma指针dmaptr1，把dmaptr1乘以一个d/a的转换时间tconv计为t2,计算程序设定的触发时刻ptr乘以一个d/a的转换时间tconv计为t3，把t3和t2送入第一误差器14的正负端，第一误差器14的输出为t4，t4＝t2-t3，把t1和t4作为pi调节器的误差输入第二误差器13的正负端，第二误差器13输出的差值t5作为dsp12中的pi算法的误差控制输入端，选择合适的误差放大值p(p由工程经验获得)，把误差放大值p的负数(时间和频率是相反)和t5相乘加上一次dsp12的设定dds的频率，作为本次dsp12设定dds的频率,重复多次后，第一误差器14的输出误差最小，且此时设定触发的时刻在第一ram4a或第二ram4b的ptr的位置和外部脉冲刚好同步。

本发明实施例中利用dds通过32bit的高分辨率任意分频对第一同步串口5a、第二同步串口5b的sclk1和sclk2上的输出速度进行精确的控制，从而控制输出的波形的频率，通过dsp12的pi算法，保证输出的波形设定值和外部的信号同步。且第一同步串口5a、第二同步串口5b的sclk1、sclk2在dds输出时钟的控制下，ram的d/a转换的波形的地址指针dmaptr1和dmaptr2的递增速度和dds输出时钟的频率成正比。脉冲检测的定时器上升沿时间(检测到上升沿到读取的时间)加上设定的触发时刻减去ram的d/a转换的波形的地址指针dmaptr1和dmaptr2和一个d/a转换的时间乘积的差值，在每20ms(大约一个周波)，通过读取定时器寄存器和dma指针寄存器进行比较，当差值为正，通过pi调节器设定合适的误差比例放大值，让dds的输出频率减慢，当差值为负，通过pi调节器设定合适的误差比例值，让dds的输出频率增快。

本发明实施例提供的基于dds调节的外脉冲同步触发谐波功率源的方法可以实现谐波功率源的在外部脉冲的控制下进行同步输出，可用于多台谐波功率源的在同一外脉冲控制下并联输出，扩大电流输出的范围，也可以配合其他的仪器实现同步测量和控制功能。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。