基于dsp的軟件鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)

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1、基于DSP的軟件鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊數(shù)：140洪君，黃沃林，羅劍（廣州駿發(fā)電氣有限公司，廣東廣州511400）????摘要??針對傳統(tǒng)鎖相環(huán)存在硬件電路復(fù)雜、易受外界環(huán)境干擾及鎖相精度不高等問題，介紹了一種基于數(shù)字處理器TMS320F2812實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓軟件鎖相功能的設(shè)計方案，并給出了過零檢測電路和部分軟件設(shè)計流程圖。通過實(shí)驗證明，軟件鎖相環(huán)能夠?qū)耙欢l率范圍內(nèi)的諧波電壓實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相位鎖定，由于軟件鎖相環(huán)功能主要由DSP完成，簡化了硬件電路，具有更強(qiáng)的抗干擾能力和實(shí)際應(yīng)用效果。????關(guān)鍵字??軟件鎖相環(huán)；過零檢測；相位捕捉????Abstract??

2、????Keywords??????0引言準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)基波及諧波電壓的相位角，在變頻器、有源濾波器等電力電子裝置中具有重要的意義，通常需要采用鎖相環(huán)得以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)鎖相環(huán)電路一般由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器及分頻器組成，其工作原理是通過鑒相器將電網(wǎng)電壓和控制系統(tǒng)內(nèi)部同步信號的相位差轉(zhuǎn)變成電壓信號，經(jīng)環(huán)路濾波器濾波后控制壓控振蕩器，從而改變系統(tǒng)內(nèi)部同步信號的頻率和相位，使之與電網(wǎng)電壓一致。傳統(tǒng)鎖相環(huán)存在硬件電路復(fù)雜、易受環(huán)境干擾及鎖相精度不高等問題，隨著大規(guī)模集成電路及數(shù)字信號處理器的發(fā)展，通過采用高速DSP等可編程器件，將鎖相環(huán)的主要功能通過軟件編程來實(shí)

3、現(xiàn)。本文設(shè)計的鎖相環(huán)控制系統(tǒng)采用數(shù)字處理器TMS320F2812芯片實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)基波及特定次諧波電壓相位的跟蹤和鎖定。1軟件鎖相環(huán)的設(shè)計方案1.1工作流程基于DSP的軟件鎖相環(huán)設(shè)計此方案的基本思路是通過采樣電壓過零點(diǎn)獲取同步信號，采用DSP內(nèi)部定時器的循環(huán)計數(shù)產(chǎn)生同步信號來實(shí)現(xiàn)壓控振蕩器和分頻器的功能，即通過改變定時器的周期或最大循環(huán)計數(shù)值的方法來改變同步信號的頻率和相位，同時對電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理，得出基波及諧波電壓的相位與頻率，調(diào)整SPWM正弦表格指針地址完成對基波及諧波電壓的鎖相功能，其工作流程如圖1所示。通常，過零信號可以通過檢測電網(wǎng)三相電壓

4、中任一相的過零點(diǎn)獲取。在圖1中，以檢測A相電壓過零點(diǎn)作為過零信號，將通過上升沿捕捉及軟件濾波后產(chǎn)生的中斷作為采樣周期同步信號，當(dāng)DSP內(nèi)部時鐘倍頻后產(chǎn)生的中斷在捕獲到輸入電壓信號在過零點(diǎn)時，將發(fā)正弦信號的指針歸零，以保證輸入電壓信號過零時DSP發(fā)出的基準(zhǔn)正弦信號也同步過零，從而實(shí)現(xiàn)相位同步。本文采用SPWM觸發(fā)模式，基準(zhǔn)正弦信號是一個正弦數(shù)據(jù)表格，控制逆變器輸出的基準(zhǔn)點(diǎn)；同時采樣電壓信號，經(jīng)DSP進(jìn)行FFT計算分析其相位和頻率、基波及諧波與A相電壓過零點(diǎn)相位差，通過修改定時器周期寄存器來改變SPWM輸出時正弦波的頻率；以修改比較寄存器來改變SPWM輸出時正

5、弦波的相位，這樣完成了對基波及諧波電壓的相位鎖定。1.2過零檢測電路的設(shè)計過零信號對系統(tǒng)相位捕捉的精準(zhǔn)性影響較大，系統(tǒng)設(shè)計時采用軟硬件結(jié)合的辦法實(shí)現(xiàn)對過零信號的捕捉。獲取過零信號實(shí)質(zhì)上是為了給系統(tǒng)提供一個同步信號，即每次信號過零時啟動A/D轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計中，過零檢測電路采集A相電壓每個周期的過零點(diǎn)作為系統(tǒng)產(chǎn)生的中斷信號CAP1，使中斷服務(wù)程序開始執(zhí)行，圖2為電壓信號過零檢測電路。圖2中，在比較器芯片LM339的輸出端選擇加裝了上拉電阻，主要是考慮到整個電路對驅(qū)動、功耗和速度的要求。電阻R7和R8構(gòu)成一個滯回比較器，輸出信號通過反饋電阻R7改變同相端的參考電

6、壓，以消除輸入信號正反過零產(chǎn)生的抖動。1.3過零捕捉的軟件實(shí)現(xiàn)過零檢測主要解決的是采樣同步問題，當(dāng)檢測到的電壓信號由負(fù)到正過零時，比較器芯片LM339輸出端產(chǎn)生上升沿，將此信號輸入到DSP2812事件管理器EVA的引腳CAP1。引腳CAP1在系統(tǒng)初始化程序中預(yù)設(shè)置為上升沿觸發(fā)中斷，因此當(dāng)過零信號到來時，CAP1中斷子程序開始執(zhí)行，開啟事件管理器EVA的TIMER周期中斷，周期設(shè)置為駐T/128s（每周期采樣128個點(diǎn)），觸發(fā)A/D模塊采樣。其中，駐T為CAP1捕捉到的兩個過零檢測信號上升沿的間隔時間，等于電網(wǎng)待測信號的周期T，圖3為過零中斷程序的流程。DS

7、P的捕獲單元CAP隸屬于事件管理器，它能夠捕捉到CAP外部引腳的跳變，當(dāng)捕捉到對應(yīng)引腳發(fā)生特定的跳變時，觸發(fā)相應(yīng)的中斷，并將定時器的值存入一個兩級深的FIFO堆棧中。本方案設(shè)計每16點(diǎn)啟動一次數(shù)據(jù)分析，同時投出一次控制量，這個過程為一個更新周期，判斷標(biāo)志ctrl用來檢測是否進(jìn)入新的更新周期，以判斷是否需要啟動新一輪數(shù)據(jù)分析和投出控制量。標(biāo)志位dft用來判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)分析狀態(tài)，為0時表示重新初始化數(shù)據(jù)分析操作，為1時表示數(shù)據(jù)分析操作完畢，為2時表示允許啟動新一輪數(shù)據(jù)分析，為3時表示當(dāng)前正在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。圖4給出了捕獲單元的軟件流程。1.4過零信號的軟件濾波CA

8、P1捕捉到的兩個過零信號上升沿的間隔時間，即兩個CAP1中斷事件的