专利名称：一种三相程控精密测试电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及仪器仪表领域，特别涉及一种基于CPLD_DSP的三相程控精密测试电源，主要应用于电力系统的电测、热工等仪器仪表领域。
背景技术：
三相程控精密测试电源是一种操作方便、可靠稳定、精度高、作用强的电测仪表试验装置，主要应用于电力系统的电测、热工等仪器仪表领域。三相程控精密测试电源主要作为标准电源对电压表、电流表、频率表、相位表进行校准，因此三相程控精密测试电源本身的精度对于校准的电压表、电流表、频率表、相位表来说至关重要。现有的三相程控精密测试电源多采用单片机或者单一的DSP来实现，这种测试电源采用的硬件较多，系统较为复杂，功耗也相对较高，输出稳定性较差，而且现有三相程控精密测试电源电压、电流、频率的精度都很难提高，这样就会对电压表、电流表、频率表、相位表的校准带来一定影响，进而有可能会影响到仪器仪表的测量精度。
实用新型内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种三相程控精密测试电源，用于解决现有技术中三相程控精密测试电源系统复杂、功耗高、输出稳定性差、精度低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种三相程控精密测试电源，ROM存储器，所述ROM存储器内存储有DDS波形数据；DSP信号处理器，所述DSP信号处理器与所述ROM存储器连接；CPLD逻辑器件，所述CPLD逻辑器件包括RAM存储器模块、DDS信号产生模块、并行D/A驱动模块、键 盘扫描模块、串行D/A驱动模块；所述RAM存储器模块与所述DSP信号处理器、DDS信号产生模块连接，所述DDS信号产生模块与所述DSP信号处理器、并行D/A驱动模块连接，所述并行D/A驱动模块与并行D/A转换电路连接；所述DSP信号处理器与所述键盘扫描模块、串行D/A驱动模块连接，所述串行D/A驱动模块与串行D/A转换电路连接，所述串行D/A转换电路的输出端与所述并行D/A转换电路的基准电压输入端连接，所述键盘扫描模块与外接键盘连接；所述DSP信号处理器读取所述ROM存储器内的DDS波形数据并传输给RAM存储器模块，所述RAM存储器模块将所述DDS波形数据传输给所述DDS信号产生模块，所述键盘扫描模块用于接收所述外接键盘输入的电压或者电流的幅值、频率和相位参数并输送给所述DSP信号处理器，所述DSP信号处理器将电压或者电流的频率、相位参数传输给DDS信号产生模块，所述DDS信号产生模块根据DDS波形数据及电压或者电流的频率、相位参数进行数字合成并通过所述D/A驱动模块传输给并行D/A转换电路，与此同时，DSP信号处理器将电压或者电流的幅值参数经所述串行D/A驱动模块传输给串行D/A转换电路,使所述串行D/A转换电路为所述并行D/A转换电路提供参考电压。优选地，所述DSP信号处理器还与一显示器连接，所述显示器用于显示所述外接键盘输入的电压或者电流的幅值、频率和相位参数。[0007]优选地，所述DDS信号产生模块为6路并行DDS信号产生模块，所述并行D/A驱动模块为6路并行D/A驱动模块，所述串行D/A驱动模块为6路串行D/A驱动模块。优选地，所述并行D/A转换电路的输出端还通过一反馈采样电路与所述DSP信号处理器连接。优选地，所述反馈采样电路包括通道选择模块、放大器和A/D转换模块，所述通道选择模块输入端口与所述D/A转换器输出端口连接，所述通道选择模块的输出端口通过所述A/D转换模块与所述DSP信号处理器连接。优选地，所述DSP信号处理器采用TMS320F2812芯片。优选地，所述CPLD逻辑器件采用MAXII系列的EPM1270T144C芯片。优选地，所述并行D/A转换电路采用MAX7547芯片。优选地，所述串行D/A转换电路采用LTC1595芯片。如上所述 ，本实用新型的三相程控精密测试电源具有以下有益效果:该三相程控精密测试电源采用直接数字频率合成(DDS)技术，以大规模可编程器件CPLD和高速微处理器DSP为系统控制核心，配合高速高精度的DA芯片以及高保真功放一起构成的高精度标准功率源。本测试电源可以输出频率、相位及幅度均可调的高精度电压电流，是高精度的可调电压电流标准源，具有输出稳定可靠、精度高、高性价比、低功耗等优点。
图1为本实用新型实施例方框示意图。图2为本实用新型实施例反馈采样电路示意图。图3为本实用新型实施例并行D/A转换电路示意图。图4为本实用新型实施例DDS信号产生模块电路示意图。元件标号说明IROM 存储器2DSP信号处理器3CPLD逻辑器件31RAM存储器模块32DDS信号产生模块33并行D/A驱动模块34键盘扫描模块35串行D/A驱动模块4并行D/A转换电路5串行D/A转换电路6外接键盘7显示器8反馈采样电路
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本实用新型提供一种三相程控精密测试电源，该三相程控精密测试电源包括ROM存储器1、DSP信号处理器2和CPLD逻辑器件3。ROM存储器I内存储有DDS波形数据，该DDS波形数据可通过DSP信号处理器传输给CPLD逻辑器件3。CPLD逻辑器件3包括RAM存储 器模块31、DDS信号产生模块32、并行D/A驱动模块33、键盘扫描模块34和串行D/A驱动模块35。RAM存储器模块31与DSP信号处理器2、DDS信号产生模块32连接，DDS信号产生模块32与DSP信号处理器2、并行D/A驱动模块33连接，并行D/A驱动模块33与并行D/A转换电路4连接。DSP信号处理器2与键盘扫描模块34、串行D/A驱动模块35连接，串行D/A驱动模块35与串行D/A转换电路5连接，串行D/A转换电路5的输出端与并行D/A转换电路4的基准电压输入端连接，键盘扫描模块34与外接键盘6连接.。DSP信号处理器2还与一显示器7连接，显示器7可选用IXD显示模块。CPLD逻辑器件3采用MAXII系列的EPM1270T144C，DSP信号处理器2采用TI公司的TMS320F2812芯片。DSP和CPLD通过20根数据线形成握手，其中I根数据线A作为DSP向CPLD发送命令的控制线，I根数据线B作为CPLD向DSP发送命令的控制线，其余的18根线用来传送数据，采用双向方式。该三相程控精密测试电源上电工作时，首先DSP信号处理器2将数据线A的电平由高拉低，同CPLD逻辑器件3进行通信，DSP信号处理器2将ROM存储器I内存储有DDS波形数据放到数据线上，通知CPLD逻辑器件3接收产生DDS波形的数据，CPLD逻辑器件3将接收的数据保存到RAM存储器模块31中(主要考虑RAM执行速度快)。然后通过键盘扫描模块34扫描外接键盘6输入的电压或者电流的幅值、频率和相位参数，上述参数通过显示器7进行显示并同时输送给DSP信号处理器2，DSP信号处理器2将电压或者电流的频率、相位参数传输给DDS信号产生模块32，DDS信号产生模块32根据DDS波形数据及电压或者电流的频率、相位参数进行数字合成并通过D/A驱动模块33传输给并行D/A转换电路4，与此同时，DSP信号处理器将电压或者电流的幅值参数经串行D/A驱动模块35传输给串行D/A转换电路5，使串行D/A转换电路5为并行D/A转换电路4提供参考电压。如图3所示，作为一种优选方式，DDS信号产生模块32为6路并行DDS信号产生模块，并行D/A驱动模块33为6路并行D/A驱动模块，串行D/A驱动模块35为6路串行D/A驱动模块。与此相对应并行D/A转换电路主要采用MAX7547芯片。MAX7547芯片通过CSA、CSB选通工作，由CPLD驱动，转换DDS产生的6路基准信号，逐个分时进行D/A转换，MAX7547 一片可以完成2路信号的D/A转换，一共需要3片MAX7547。MAX7547是电流型D/A，通过转换电路转换成电压信号，采用双极性输出。6路分时转换，具体的时序由CPLD的状态机来完成设计。MAX7547的控制端子均低电平有效，CSA，CSB是两组D/A的片选，D/A是分时工作，WR是转换使能信号，首先将要转换的数据准备好，然后将片选设置为低电平，延时一段时间后，将WR使能信号由初始的高电平拉为低电平，延迟一段时间，一次转换完成之后将WR设置为高电平，使其失效，延迟一段时间后将片选信号CSA(CSB)恢复为初始高电平，完成一次D/A转换。根据以上的工作原理进行设计，I路D/A转换设定5个状态，6路D/A分时进行D/A转换一共设定了 40个状态，其中30个状态为合法态，剩余的10个为非法状态，状态机在时钟作用下进行逐个转换，选用状态机的时钟为400KHZ，周期为2.5微秒，完成I路D/A需要5个时钟周期12.5微秒，同一路D/A两次D/A转换的时间间隔为40个时钟周期100微秒，因此设计每路DDS采用同一时钟10KHZ (周期100微秒)，保证6路DDS输出数据中的每一路数据都保持100微秒，以保证D/A数据的稳定输出，经过电路的仿真测试，达到设计要求。串行D/A转换电路5包括6片LTC1595芯片，LTC1595是一个16位串行D/A，采用SPI时序，控制端子有3个，其中CLK为时钟端，SRI为数据输入端，LD为数据锁存端，启动D/A转换之后，串行数据在时钟的作用下，进行数据移位转换，在第16个时钟上升沿之后，将LD端电平拉低，将转换之后的并行数据锁存并完成一次D/A转换。因此，CPLD要采用状态机输出符合时序的控制信号，即首先产生16个转换时钟信号，I个锁存信号，锁存信号初始为高电平，在第16个时钟的上升沿之后，锁存信号下拉为低电平，将输入的16位并行数据在时钟的作用下进行移位转换，转换成为I路串行数据送给LTC1595的SRI串行数据输入端用于D/A转换。如图4所示，DDS信号产生模块32采用直接频率合成技术产生6路频率、相位均可调的正弦信号，主要包含频率累加器(max_adder26b)、相位累加器(max_adderl20b)、数据锁存器(reg26b)等几部分。频率累加器的位数直接决定了输出信号的频率分辨率，系统要求输出40Hz 65Hz可调，频率分辨率0.001HZ，系统选用基准时钟fs = 10KHZ，可知分辨率为fs/2N，其中N是频率累加器的位数，因此，选定N = 26，即26位的频率累加器max_adder26b,实际频率分辨率应该是10000/226 = 0.00015HZ，可调频率字范围从41893到6A7R) (40 65HZ)，从频率字范围可知，选定的20位数据的最高两位始终是“01”，即从0100 0001 1000 1001 0011 到 0110 1010 0111 1111 0000，因此频率字只需要 18 根线，相位分辨率要求0.1度,相位分辨率为360/2M，其中M是相位累加器的位数，故相位累加器选择为12位，即12位的相位累加器max_adderl20b,实际分辨率360/212 = 0.088度。为了实现高精度稳定输出，在并行D/A转换电路的输出端与DSP信号处理器之间还设有一反馈采样电路8，DSP信号处理器可根据反馈采样电路8反馈的信号进行调节，从而最终达到三相电源高精度稳定输出。反馈采样电路8包括通道选择模块、放大器和A/D转换模块，所述通道选择模块输入端口与所述D/A转换器输出端口连接，所述通道选择模块的输出端口通过所述A/D转换模块与所述DSP信号处理器连接。如图2所示，作为反馈采样电路8的一种实施例，该电路由串行A/D采样芯片maxll32、通道选择芯片max308以及高精度运算放大器0P2177组成。本设计电路主要用来采集6通道反馈的电压电流信号，实现6通道分时采样。maxll32采样SPI采样模式，maxi 132的7，8，9脚分别接上max308的15，16，I脚，作为分时采样的地址选择信号，输出的6路输出反馈信号分别从max308的4，5，6，7，11，12脚输入，第8脚输出给运算放大器0P2177放大后送串行A/D采样芯片 maxll32的模拟输入端(20脚)，在串行时钟(13脚)的作用下以SPI方式进行A/D转换，从11脚进行串行输出。该三相程控精密测试电源选取有源晶振40MHZ作为系统的基准时钟，根据设计要求以及DDS的计算公式对选取DDS的主时钟10KHZ，根据系统要求的频率和相位精度选取频率字和相位字的长度以及相位累加器的位数；DDS信号产生模块考虑到CPLD资源的有限，将6路并行输出改为串行分时输出，这样既节省了资源又不影响系统的输出；将键盘扫描丰旲块34和6路串行D/A驱动I旲块集成在CPLD芯片中，提闻了系统的执行效率和输出的稳定性；A/D采样以及系统输出的校正补偿，利用DSP的高速数据处理能力保证了系统输出的高精度。该三相程控精密测试电源克服了传统标准源输出精度低、范围小的不足，采用高集成度的CPLD来完成系统的主体设计，将大部分的数字电路集成到一片CPLD中，提高了系统的集成度，保证了系统输出的稳定性，采用高精度的A/D和D/A以及高速数据处理器DSP2812保证了输出的精度。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成·的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
权利要求1.一种三相程控精密测试电源，其特征在于，其包括: ROM存储器，所述ROM存储器内存储有DDS波形数据； DSP信号处理器，所述DSP信号处理器与所述ROM存储器连接； CPLD逻辑器件，所述CPLD逻辑器件包括RAM存储器模块、DDS信号产生模块、并行D/A驱动模块、键盘扫描模块、串行D/A驱动模块； 所述RAM存储器模块与所述DSP信号处理器、DDS信号产生模块连接，所述DDS信号产生模块与所述DSP信号处理器、并行D/A驱动模块连接，所述并行D/A驱动模块与并行D/A转换电路连接； 所述DSP信号处理器与所述键盘扫描模块、串行D/A驱动模块连接，所述串行D/A驱动模块与串行D/A转换电路连接，所述串行D/A转换电路的输出端与所述并行D/A转换电路的基准电压输入端连接，所述键盘扫描模块与外接键盘连接； 所述DSP信号处理器读取所述ROM存储器内的DDS波形数据并传输给RAM存储器模块，所述RAM存储器模块将所述DDS波形数据传输给所述DDS信号产生模块，所述键盘扫描模块用于接收所述外接键盘输入的电压或者电流的幅值、频率和相位参数并输送给所述DSP信号处理器，所述DSP信号处理器将电压或者电流的频率、相位参数传输给DDS信号产生模块，所述DDS信号产生模块根据DDS波形数据及电压或者电流的频率、相位参数进行数字合成并通过所述D/A驱动模块传输给并行D/A转换电路，与此同时，DSP信号处理器将电压或者电流的幅值参数经所述串行D/A驱动模块传输给串行D/A转换电路，使所述串行D/A转换电路为所述并行D/A转换电路提供参考电压。
2.根据权利要求1所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述DSP信号处理器还与一显示器连接，所述显示器用于显示所述外接键盘输入的电压或者电流的幅值、频率和相位参数。·
3.根据权利要求1所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述DDS信号产生模块为6路并行DDS信号产生模块，所述并行D/A驱动模块为6路并行D/A驱动模块，所述串行D/A驱动模块为6路串行D/A驱动模块。
4.根据权利要求1所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述并行D/A转换电路的输出端还通过一反馈采样电路与所述DSP信号处理器连接。
5.根据权利要求4所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述反馈采样电路包括通道选择模块、放大器和A/D转换模块，所述通道选择模块输入端口与所述D/A转换器输出端口连接，所述通道选择模块的输出端口通过所述A/D转换模块与所述DSP信号处理器连接。
6.根据权利要求1所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述DSP信号处理器采用TMS320F2812芯片。
7.根据权利要求1所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述CPLD逻辑器件采用MAXII系列的EPM1270T144C芯片。
8.根据权利要求1所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述并行D/A转换电路采用MAX7547芯片。
9.根据权利要求1所述的三相程控精密测试电源，其特征在于:所述串行D/A转换电路采用LTC1595芯片。
专利摘要本实用新型提供一种三相程控精密测试电源，该三相程控精密测试电源包括DSP信号处理器、CPLD逻辑器件、CPLD逻辑器件包括RAM存储器模块、DDS信号产生模块、并行D/A驱动模块、键盘扫描模块、串行D/A驱动模块。该三相程控精密测试电源采用直接数字频率合成(DDS)技术，以大规模可编程器件CPLD和高速微处理器DSP为系统控制核心，配合高速高精度的DA芯片以及高保真功放一起构成的高精度标准功率源。本测试电源可以输出频率、相位及幅度均可调的高精度电压电流，是高精度的可调电压电流标准源，具有输出稳定可靠、精度高、高性价比、低功耗等优点。
文档编号G01R35/00GK203149428SQ201320157888
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者李慧, 李景 申请人:淮阴工学院