一种变电站高精度开关量检测仪研制

文/郑学明

变电站高精度开关量检测仪

主要由主机模块、从机模块组成。

人机接口软件采用Keil C 软件开

发平台，运行C 语言进行编程,

主机模块采用美国德州仪器公司

（TI） 的MSP430 作为主机模块

的控制芯片，从机模块采用采用

DSP+CPLD 的硬件方案，实现误差

小于50us 的高精度开关量输入、

输出，实现变电站的站内SOE 测

试、站间SOE 测试、遥信风暴测试、

遥信输出测试、遥信响应时间测

试、脉宽测试等功能。

摘 要

主机模块采用MSP430 作为主控板的控

制芯片，由于仪器不仅需要实时的控制能力，

还需要具有数据的快速运算能力，因此我们选

用了美国德州仪器公司（TI）生产的6 位超低

功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号

处理器（Mixed Signal Processor），而从机模

块采用采用DSP+CPLD 的硬件方案，采用高

性能数字信号处理芯片（DSP，Digital Signal

Processor）-TMS320LF2407 作为从机模块的

核心CPU，主要负责GPS守时处理、LCD显示、

键盘扫描、输入输出接口控制、主从模块通讯

以及运行人机接口软件。

CPLD 主要用来做1 秒时间计数，实现守

时功能，同时也用于产生与门逻辑电路，为

RAM 提供片选信号。

GPS 授时采用Motolora M12T 模块， 这

是一款高精度的专用授时模块，可提供时间信

息（含年月日的日期信息和时分秒的时间信息）

和秒脉冲，经硬件及高精度软件算法处理后进

行精确授时，开关量输入、输出的时标准确度

优于50μS。

主控模块电路板采用四层板，为两个信

号层和一个电源层以及一个地层，使用多层电

路板不仅可以缩小电路板面积，缩短电子元器

件之间的连线，提高信号传输速度，而且加入

了地线层，使信号线对地形成恒定的低阻抗，

具有较好的屏蔽作用，使电磁抗干扰能力大大

增强。

仪器硬件结构如图1。

4 GPS高精度授时实现

本项目需要实现50us 的开关量高精度授

时输出，主要原理如下：

（1）计算标准秒脉冲对应的指令值：校

准时利用外界标准秒脉冲信号，MSP430 利用

晶振计数对此秒脉冲的长度进行计量，并将计

量值记录下来，作为时间延时的一个标准值，

如本设备是在某工作频率下记下秒脉冲的指令

数为39982560=65536*610+5600

（2） 将延时值转换为指令值： 根

据用户输入的具体延时时间值转化为

MSP430 的指令数， 如用户输入100ms, 于

是根据已知一秒总的指令数转换该延时值为

3998256=65536*61+560

（3）实现延时时间的指令值：如上述2

中的延时值，65536*61 中65536 为某定时器

的中断周期，即延时需要61 个以65536 个指

令为中期的周期数，在发生61 个中断后，该

定时器再跑560 个时钟数，就可以完成100ms

延时

（4）通过以上步骤可以实现具体的延时

值，而且在把延时值转换为指令值时，我们已

将器件的延时也考虑在内，故可以做到高精度，

同时由于定时器计数不受到其它事件包括中断

等影响，因此可以实现宽范围时间延时

5 开出量任意顺序输出实现

图1：仪器硬件结构

电子技术 • Electronic Technology

128 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering

在现场测试中，由于输出通道所连接的

物理连接线数量较多，需要改变通道输出顺序

时，更换连接线所耗费的时间将会占据大部分

测试时间，于是，笔者提出了由软件设定好输

出顺序的方法，实现了无需更换物理连接线即

可达到改变通道输出顺序的目的。

现场操作人员将所要输出的输出通道顺

序数据输入界面后，如顺序数据是：通道1，

3，5，7，6，2，4，8，我们将其保存在数组

SCI_REC_BUF1 中，待输出时，根据这个数

组中的数据，调用相应的通道输出子程序，实

现顺序任意输出，代码如下所示：

void zhannei_SOE(void)

{

int i;

unsigned long var32=0;

unsigned long f_int=0;

uint temp1=0;

uint temp2=0;

float f=0.0;

var32 = (SCI_REC_BUF1[14]*256 +

SCI_REC_BUF1[13])*1000;

v a r 3 2 = v a r 3 2 + ( S C I _ R E C _

BUF1[16]*256 + SCI_REC_BUF1[15]);// 将间

隔时间转化为us, 分两步写

f = (var32/1000000.0)*SECOND;

// 间隔时间转化为指令数，站内SOE 不需考

虑光耦的延时

if(f>36000000)//900ms

f +=400;

f_int = f/1;

// 取f 的整数部分

T3_CNT= f/65536;

// 计算整周期中断次数

T3PR_temp = f_int%65536;

// 计算最后一次中断周期

Channel_num = SCI_REC_BUF1[4];

for(i=0; i<8; i++)

Channel_data[i] = SCI_REC_

BUF1[5+i];

Channel_data[0] = 1;

Channel_data[1] = 3;

Channel_data[2] = 4;

Channel_data[3] = 5;*/

temp1 = 0xFFFF<<Channel_data[0];

t emp2 = ~(0xFFFF<<Channe l_

data[0]-1);

temp1 = temp1|temp2;

PCDATDIR=PCDATDIR&temp1;

// 起始通道输出

if(T3_CNT==0)

{

T3PR = T3PR_temp;

// 在启动T3 之前先设定

周期寄存器

}

Current_chnindex = 1;

Current_chn = Channel_data[1];