多功能电力谐波分析仪设计【自动化毕业论文】.docx

本科毕业论文
（20 届）
多功能电力谐波分析仪设计
所在学院
专业班级 自动化
学生姓名 学号
指导教师 职称
完成日期 年 月
随着我国工业化进程的迅猛发展，使我国电网装机容量不断加大，电网中
电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波
畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大
用户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系
统的三大公害。因此为了提高电能质量，首先必须能准确、完整的对电力参数
进行检测和分析。电力系统谐波检测问题是电能质量研究领域的前沿技术和热
门研究课题。目前国内外对谐波检测理论做了大量的研究，在实际应用中主要
采用检测效果较好、而运算时间相对于DFT缩短了几个数量级，且应用比较成
熟的FFT谐波检测理论。
本系统应用了 TMS320LF2407A为核心的DSP芯片，通过实现对三相电网
3路电压、3路电流等基本参数的实时测量，达到谐波分析的功能。该系统能够
自动采集电网的实时电压、电流等数据，采用交流采样技术，实现多种电力参
数的在线实时测量；通过基于DSP芯片的FFT算法进行数据处理；并通过液晶
屏显示出谐波等特征值。整个系统分析结果可以实时显示，或通过串口协议传
送至上位机监控系统，便于数据的进一步分析、统计和存储，便于整个电网系

统的统一调配。通过检测结果表明整个系统检测精度符合国家谐波检测标准，
具有一定的理论意义和实用价值。
关键词：FFT算法，谐波检测，DSP芯片
Abstract
Abstract
With the rapid development of the country's industrialization process, the grid
installed capacity continued to increase, more and more the use of power electronics
components in the grid, resulting in a large number of harmonic currents injected into
the grid, resulting in a sine wave distortion, power quality decline, not only for
electricity some of the important equipment of the system have a significant impact,
and also had a serious harm to the user. Harmonics and electromagnetic interference,
power factor to reduce the power system is listed as three nuisance. In order to
improve power quality, first of all must be accurate and complete power parameters
were detected and analyzed. The problem of power system harmonic detection is the
field of power quality, cutting-edge technology and popular research topic. At home
and abroad have done a lot of harmonic detection theory in practical applications used
mainly detected better computing time compared to the DFT shortened by several
orders of magnitude, and the more mature FFT harmonic detection theory.
System applications TMS320LF2407A as the core of the DSP chip, real-time
measurement of the basic parameters of the three-phase grid voltage, current, power,
etc., have the function of harmonic analysis. The system can automatically collect
real-time voltage, current data grid, the use of AC sampling technology to achieve the
online real-time measurement of a variety of electrical parameters; through the FFT
algorithm based on DSP chips for data processing; LCD screen shows the harmonic
characteristics value. The whole system analysis results can be displayed in real time,
or through the serial port protocol to send the first bit machine monitoring system, to
facilitate further data analysis, statistics and storage, to facilitate the unified
deployment of the entire grid system. The test results showed that the detection
accuracy of the entire system to meet the national standards for harmonic detection,
with a certain theoretical significance and practical value.
Keywords： Harmonic analysis, FFT, Digital Detection signal processing
目录
摘要 I
ABSTRACT Ill
目录 IV
第一章绪论 1
1.1电力系统谐波的危害性 1
1.2电力系统谐波的标准和性质 2
1.2.1电力系统谐波的标准定义 2
1.2.2电力系统谐波的基本特性和测量 2
1.3谐波测量方法发展 3
1.4国内外研究概况 4
第二章系统的整体设计方案 5
2.1基于快速傅里叶变换的谐波检测算法 5
2.2系统设计思路及设计框图 7
2.2.1系统设计思路 7
2.2.2系统总体框图 8
2.3 DSP芯片选择 9
2.4 DSP 编程 12
第三章 系统硬件设计 16
3.1谐波分析仪技术参数指标 16
3.2 CT/PT 传感器 16
3.3滤波电路 17
3.4电源电路设计 17
3.5 A/D采样电路 18
3.6键盘、液晶显ZK电路 19
3.7串行通信接口电路 20
3.8复位电路 20
3.9时钟电路 21
第四章系统软件设计 23
4.1软件开发环境 23
4.2数据采集模块 23
4.3数据处理模块 23
4.3.1数据存储 23
4.3.2 FFT 的实现 25
4.4时钟模块 27
4.5按键显示模块 27
4.6数据通信模块 29
结论 33
参考文献 34
致谢 36
附录一 37
附录二程序 38
第一章绪论
1.1电力系统谐波的危害性
在现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度是一个国家
发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展，对电能的需求量
日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。而随着我国电网装机容量不断
的增大和电力电子器件的大量介入，电力谐波的危害越来越大。
谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面：
1. 电压和电流谐波在电力系统内部的主要影响是：(1)因串并联谐振造成谐
波水平放大的可能；(2)使发电，输电和用电的电能效率降低；(3)电气设备绝
缘老化，从而缩短他们的使用寿命；(4)引起系统或设备误动作。
2. 谐波对旋转电机的影响：谐波电压或电流可以使电机的损耗增加；谐波造
成感应电机的扰动会导致电动机“堵塞”。
3. 谐波对静止电力设备的影响：一种是附加功率损耗，一种是谐波电流在
电路阻抗上产生的电压降。
4. 谐波对测量仪器的影响：谐波电流造成的误差与仪表类型有关，可能产
生正误差，也可能产生负误差。
5. 谐波对电力系统保护的干扰：谐波能使保护继电器的动作特性畸变或降
级。电流谐波畸变也可能影响断路器和熔丝的开断能力
6. 谐波对用户设备的影响：其对电视接收机，荧光灯和汞弧灯，计算机，电
力电子设备等都能产生不同影响。
7. 谐波对通信的干扰：它可以降低传输质量并干扰信号。严重情况下可能使
通信线路完全不能用⑴。
在缺乏十分精巧的谐波控制器的情况下，一般凭借谐波对电力系统元件或
电力系统以外的人员或设备的影响检测到波形发生畸变。有些影响是可以立刻
明显的感觉的到的，因此能在问题已发生就加以抑制，不会造成过多干扰。另
一些影响可能会造成严重的损坏。
1.2电力系统谐波的标准和性质
1.2.1电力系统谐波的标准定义
国际的谐波定义为：电源所产生的频率(或基波频率)整数倍频率的正弦
电压和电流⑵。
国际电工委员会(IEC555-2, 1982)、CIGRE的文献中包含谐波的明确含义：
谐波分量为周期量的傅里叶级数中＞1的n次分量。对谐波次数n的定义则为：
以谐波频率和基波频率之比表达的整数。IEEE中519-1981的标准定义为：谐波
为一周期量或波的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。
1.2.2电力系统谐波的基本特性和测量
理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素。非线性负荷吸收电
流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形
畸变。周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作
谐波。非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，
或高于基波的非整数倍谐波。电力系统中出现系统短路、开路等事故，而导致
系统进入暂态过程引起的谐波，将不归属谐波治理的范畴。要治理谐波改善供
电品质，需要了解谐波类型。
谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变
化的谐波和间谐波四类。因其多样性和随机性，在实际工作中，要精确评估谐
波量值非常困难，所以在IEC6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定，推荐采
用数理统计的方法对谐波进行测量。兼顾数理统计和数据压缩的需要，标准对
测量时段以及通过测量值计算谐波值提出了建议。国标GB/T14549-1993采用观
察期3s有效测量的各次谐波均方根值的95%概率作为评价谐波治理的标准。为
简便实用，将实测值按由大到小的方式排序，在舍去前5%个大值后剩余的最大
值，近似作为95%的概率值。实际工作中，通常采用谐波测试仪来监测和分析
谐波⑶。
一般来说，将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点，测量该点
的电压和注入公共电网的电流后，通过对电压和电流的分析，取得谐波测量资
料。
1.3谐波测量方法发展
当今一直把谐波当成是电网的一大公害，人们己经开始慢慢重视电力系统
谐波的研究，与之同时谐波测量和检测理论也有了较大的发展。产生了频域理
论和时域理论，开始形成多种多样的检测方法。主要的检测方法有以下几种：
(1) 模拟滤波器。其原理和电路结构简单，造价低，能滤除一些固有频率的
谐波。但这种检测方法有其自身的缺点：误差大，实时性差，电网频率变化时
尤其明显：对电路元件参数十分敏感，参数变化时检测效果明显变差，获得理
想的幅频和相频特性很困难。
(2) 基于Fryze传统功率定义的谐波检测法。它的缺点是：因为Fryze功率定
义是建立在平均功率基础上的，所以要求得瞬时有功电流需要进行一个周期的
积分，再加其他运算电路，要有几个周期延时。因此，用这种方法求得的“瞬时
有功电流"实际是几个周期前的电流值。
(3) 基于瞬时无功功率理论的谐波检测法。但是该方法在用于不对称系统时
会忽略零序分量，导致瞬时无功的平均分量不等于三相的平均无功。因此，它
只适用于三相电压正弦对称时的三相电路谐波和基波无功电流的检测。
(4) 基于傅立叶变换的谐波检测法。它根据采集到的1个周期的电流值或电
压值进行计算，得到该电流所包含的谐波次数以及各次谐波的幅值和相位系数,
将拟抵消的谐波分量通过傅里叶变换器得出所需的误差信号，再将该误差进行
Fourier反变换，即可得补偿信号。其优点是，精度较高，功能较多，使用方便。
但是它的计算量较大导致计算时间长，因此实时性比较差。且在某些时候会产
生栅栏效应和频谱泄漏效应。
(5) 基于神经网络的谐波检测法。用人工神经网络实现谐波与无功电流检测
不仅对周期性变化的电流具有很好的跟踪性能而且对各种非周期变化的电流也
能进行快速跟踪，对高频随机干扰有良好的识别能力。但是神经网络用于工程
实际还有很多问题，如：没有规范的NN构造方法，需要大量的训练样本，如何
确定需要的样本数没有规范方法，NN的精度对样本有很大的依赖性，等等。
(6) 基于小波分析的谐波检测法。它可以较准确地求出基波电流，进而求得
谐波。但是它的窗口能量不集中，容易出现频率混迭现象囹。
1.4国内外研究概况
虽然电能质量问题的研究已逐渐成为当今社会的热点，但是相对国外而言，
国内对电力谐波检测装置的开发研制比较落后，大多数厂家采用的是单片机结
构，在功能、实用化等方面还不够理想。还存在许多问题：
1. 处理功能较差、可扩展存储空间较小、运算速度较慢、难以运用精确严
格的算法进行大量的实时数据处理、不满足电力监测高实时性的要求；
2. 电力系统中最常用微处理器包括51系列和96系列等控制型器件，但随
着电力系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，这些器件在计算能力方
面已不能很好地适应电力系统的要求，致使电力系统的高精度测量，实时监控
和先进算法的运用受到了限制；
3. 有的产品虽然直接引进了国外的技术模块，功能较强，可是价格较高，
且不完全适合我国市场：
4. 有的产品无通讯和控制输出功能，不满足电力系统网络化、自动化的发
展方向；
5. 人机交互性不好闵。
而可编程DSP微处理器能快速完成数字信号的处理。DSP芯片可以在一个
周期完成一次加法和一次乘法，同时提供一套适合数字信号处理的指令集是因
为它一般都具有程序和数据分开的哈佛结构，流水线操作功能等。
DSP系统有数字信号处理的全部优点：一.接口集成方便。二.稳定性好，
精度高。三.编程方便。四.可重复性好。因此数字系统可以更好的调试，测试，
和大规模生产。
第二章系统的整体设计方案
2.1基于快速傅里叶变换的谐波检测算法
谐波分析的最主要实现的问题是得到所给信号中各次谐波的幅度。本次设
计中我们所用到的谐波分析方法是快速傅里叶变换算法。以下是其实现方法：
快速傅立叶变换
快速傅立叶变换FFT是离散傅立叶变换DFT经过适当安排后的快速算
法，用以满足工程技术及科学研究上的需要。利用复指数函数的周期性和对称
性，充分利用中间运算结果，使计算工作量大大减少。
快速傅立叶算法又分为时间抽取(DIT) FFT和频率抽取(DIF) FFT两类。
快速傅立叶变换的时域分析法，是将一长时间序列分解成比较短的时间序列，
子时间序列还可以再继续分解成更小的子时间序列，递推下去直到最后得到一
个最简单的子时间序列，即一个数为止；然后利用傅立叶变换计算公式对最后
得到的最简单的子时间序列进行傅立叶变换，再将各子时间序列的傅立叶变换
结果按一定规则进行组合，最后便得到原时间序列的傅立叶变换结果。为满足
分解和组合的需要，时间序列的长度必须满足N = 2L (为正整数)的关系。如果
不满足这个条件，可以人为地加入若干个零值点，使达到这一要求。这种n为2
的整数蓦的FFT称为基-2 FFTo
设｛x(n)｝为n = 2,点有限常数列其离散傅里叶变换为：
N-1
(2-1)
X(R) = Zx(〃)W< k=0,l,....N-l
n=0
将N = 2l的序列｛x(n)｝,先按n的奇偶分为两个序列
x(2r)=^(r)
,x(2r+l)=x2(r)
则DFT化为
N—1
(2-2)
X(k) = DFT[x(n)] = 2>(〃)"注
n=0
N—1
+ £顷咐
n=0
〃为奇数
N ,
1
N-1
2>伽)昭*
n=0
〃为偶数
N
1
2 2 *
〃=。 r=0
勺 N
2 y-1
=Z")总)+ W； Z⑺思)流
r=0
尸=0
1>(2尸)昭* + j>(2r + W芝+E
3*2 /-
由于W% =e ' N =e / 2 = W
则上式可表示成：
!一1
X(*)= a(冲％
/2
2
(23)
+昭gx2(『)W亥=X】(幻+狄乂2(幻
式中XQ)及乂2(幻分别是X](r)及》2(「)的%点DFT,且
%T ?-1
Xi(k) = £ 脸)咐=»(2尸)咐
尸=0 ‘2 尸=0 ‘2
N , N ,
1 1
2 2
XM) = ZE)WW =注(2r + l)咬
由式可以看出，一个N点DFT可以分解成两个N/2点的DFT,它们按此公
式又组合成一个n点DFT。但是xl(r), x2(r),以及x,(k)x2(k),都是N/2
点的序列，而X(k)却有N点，由 上式只能计算得到X(k)的前一半项数的结
果，要用%!(k), *2(k)来表示全部的XK)值，还必须利用系数的周期性，即
/2 /2
这样，有：
N ,
1
Xi(¥ + *)= Í>i(「阴
2 r=0
源+%)= £玉(〃w以=X] (k) (2-4)
(2-5)
X2(— + k) = X2(k)
再考虑到昭的对称性咬为昭=-W凌将上几式代入就可将x(k)表达为前后
前半部分

X(k) = Xl(k) + W^X2(k) k = 0,1,：.~-1
(2-6)
后半部分
X(k) = X〈k)-W*k)
(2-7)

X1(W +K) = £如"叫=£ 如)咐=X|伙)
2 r=0 庖 r=0
(2-8)

N
+ = X2(k)
(2-9)

这样，只要求出0到(N/2-1)区间的所有Xl(k)x2(k)值，即可求出0到
(N-1)区间内的所有X(k)的值，这就大大节省了运算量和计算时间。
N = 2l所以% = 仍是偶数，可以进一步把每个N /2点子序列在按其
奇偶部分分解为两个N /4点的子序列。重复这个抽取过程，就可以使N点的
DFT用一组2点的DFT来表示。因此使复数乘法运算量大量减少，由DFT的次
减少为FFT的In /2次，例如N =128, DFT需要运算1282 =16384次，而FFT
仅需运算7x128/2=448次，从而使运算速度大大提高。图2-1就是一个N=8点
的时间抽取FFT蝶形运算图⑹。
FFT是当今谐波检测中应用最广泛的一种谐波检测方法，目前，基于FFT
技术已相当成熟。
2.2系统设计思路及设计框图
2.2.1系统设计思路
基于DSP的电力系统谐波分析仪的硬件电路主要包括6大模块：一是电源
模块，为各耗电模块提供电源。二是信号转换模块,包括互感模块和调控模块，
实现对信号的采集和转换。三是预处理模块，主要完成信号滤波和测量频率的
工作，它包含低通滤波电路和同步方波变换电路。四是DSP数字信号处理模块,
能实现数据处理传输和通信等主要功能，他是系统中的核心模块。六是现实模
块，采用320 X 240的全点阵液晶现实器，通过总线方式控制⑺。

电力谐波测量系统的工作过程大体为：首先，电压互感器，电流互感器上
捕捉的信号，通过传感器模块转换成交流低压，然后在经过RC滤波器滤波后，
电源管理模块
信号
信号
信号调理模块
1/
模数转换模块
图2-2硬件系统总体结构图
PC机

将信号送入信号处理模块上的A/D转换器，再由DSP控制A/D转换器的数
据采集，数据转换和数据传输；然后对采集到的数据进行FFT等各种算法的处
理，从而获得我们所需的电网参数，再对其关于电能质量的优劣做出判断：最
后根据所要求的不同命令，通过键盘按键控制，在液晶屏上实时显示相应的数
据，用来实现测量的实时性冏。硬件系统总体结构如图2-2所示。
2.3 DSP芯片选择
设计DSP应用系统，选择DSP芯片是非常重要的环节，DSP芯片的选择应
根据实际的应用系统需要来确定，一般来说，选择DSP芯片时应考虑如下几个
因素：1)DSP芯片的运算速度。2)DSP芯片的价格3)DSP芯片的硬件资源。
4)DSP芯片的开发工具。5)其它因素：指芯片的功耗、封装形式、质量标准、使
用寿命等［9】。
DSP应用系统的运算量是确定选用DSP芯片的基础。对于电力系统谐波测
量，采用基于FFT变换的谐波分析方法，为了计算谐波，必须采集一个周波，
电力信号的一周波为20ms,对于三路电压和电流的采集，每20msFFT算法应
循环六次，所以DSP芯片必须满足在20ms内完成一周波的处理能力和运算量。
对于TMS320LF2407A循环一次256点的FFT大约需要50us,处理六路信号大
约300us,其它幅值、谐波分析、功率计算等需要计算时间，故选择TMS320VC54X
系列可满足实时要求。另外考虑价格，芯片的硬件资源，还有实验室现有资源
等原因，本课题的谐波测量系统选择TMS320LF2407A芯片。
TMS320LF2407A是TI公司1998年后推出的一种定点数字信号处理器，它采用
先进的修正哈佛结构，片内8条总线、CPU、在片存储器和在片外围电路等硬件,
加上高度专业化的指令系统，使C54x具有功耗小、高度并行等优点，可以满足
众多领域实时处理的要求。
TMS320LF2407A的主要特性如下所示：
(l) CPU
先进的多总线结构(1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线)；
40位算术逻辑运算单元(ALU),包括一个40位桶形移位寄存器和两个独立的40位累加器;

9,0

图2-2谐波分析仪外形图
17x17位并行乘法与40位专用加法器相连，用于非流水线式单周期乘法/
累加(MAC)运算；
比较、选择、存储单元(cssu)用于Viterbi操作的加法/比较选择；
双地址生成器包括8个辅助寄存器和两个辅助寄存器算术运算单元
(ARAU)；
(2) 存储器
64K字程序存储器、64K字数据存储器以及64K字I/O空间。程序存储器
可以扩展;
(3) 指令系统
单指令重复和块指令重复操作；
块存储器传送指令；
32位长操作数指令；
同时读入两个或3个操作数的指令；
并行存储和并行加载的算术指令；
条件存储指令；
从中断快速返回指令；
(4) 在片外围电路
软件可编程等待状态发生器；
可编程分区转换逻辑电路；
带有内部振荡器或用外部时钟的片内锁相环(PLL)时钟发生器；
外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地址总线和控制信号；
数据总线具有总线保持特性；
可编程定时器；
时分多路串行口(TDM)、缓冲串行13(BSP)、多通道缓冲串行13(McBSP)；
并行主机接13(HPI)：
(5) 电源
可用IDLE1、IDLE2、和IDLE3指令系统控制功耗，以工作在省电方式；
可以控制关断CLKOUT输出信号；
(6) 在片仿真接口
具有符合IEEE1149. 1标准的在片仿真接13(JTAG)；
⑺速度
单周期定点指令的执行时间为10ns(100MIPS)[1°]o
信号调理模块
图2-3原理框图
PC机

2.4 DSP编程
DSP芯片的开发需要一套完整的软、硬件开发工具。DSP芯片的开发工具
可以分为代码生成工具和代码调试工具两类。
代码生成工具的作用是将C语言、汇编语言或两者的混合语言编写的DSP
源代码程序编译，汇编并链接成可执行的DSP代码。C编译器、汇编器和链接
器是DSP代码生成工具所必须的。
1. C编译器(C compiler)将C语言源代码程序自动地编译成C2000的汇编语
言源代码程序。
2. 汇编器(assembler)将汇编语言源代码文件汇编成机器语言COFF目标文
件，在源文件中包含了汇编指令，宏命令及指令等。
3. 链接器(linker)把汇编生成的可重定位的COFF目标模块组合成一个可执
行的COFF目标模块。它能调整并解决外部符号参考。
代码调试工具的作用是对DSP程序及目标系统进行调试，使之能够达到设
计目标。CCS(Code Composer Studio)是TI推出的用于开发其DSP芯片的继承开
发调试工具，它采用Windows风格的界面，集编辑、编泽、链接、软件仿真、
硬件调试及实时跟踪等功能于一体，方便了 DSP程序的设计。本设计采用的就
是codecomposerversion4.10版本。C语言DSP程序的开发流程如图2-4所示。

图2-4 C语言DSP程序的开发流程

CCS软件开发系统提供几个很好的调试工具如：Profiler（剖切）功能，可提供
程序代码特定区域的执行时间统计，评估代码的执行效率并加以修改；显示图
形功能，提供多种程序生成数据的显示形式，包括时域/频域波形显示、图形
显示等；C代码优化器，优化程序员编写C程序，提高程序编写质量；以及程
序，数据区、程序中变量及CPU各寄存器的查看功能，方便查看程序执行中间
结果。通过这些调试手段不但可以监控程序运行的实时性、正确性而且大大提
高程序调试效率。
开发一个DSP的C语言应用程序，需要以下4种类型的文件：C语言文件、
汇编语言文件、头文件和命令文件。C语言文件则根据实际情况而定，一般程序
的复位和中断向量需要用汇编语言编写；头文件定义DSP内部寄存器的地址分
配，书写一次后可被其他程序反复使用；命令文件主要定义堆栈、程序空间分
配和数据空间分配等。这些文件可以用Windows操作系统中的“记事本"书写，
也可以用其他一些长用的文本编辑器书写，只要存储成相应的格式即可。C语言
文件为“.c”格式，汇编语言文件为“.ASM”格式。头文件为".H”格式，命令文件为
".CMD”格式。这四种类型的文件必须存储在同一个文件夹中。除此之外还要把
一个“rts2xx.lib”的库文件复制到该目录中回。
命令文件名的后缀为".CMD”的文件实现对程序存储器空间和数据存储器空
间的分配。该文件经常用到的伪指令有MEMORY伪指令和SECTIONS伪指令。
MEMORY伪指令用来标示实际存在的目标系统中可被使用的存储器范围，每个
存储器范围都有名字、起始地址和长度。MEMORY伪指令的一般语法为：
MEMORY
(
PAGEO： namel[(atlr)]: origin=constant, length=constant:
PAGEn: namel[(attlr)]: origin=constant, length=constant:
}
PAGE标示存储器空间。用户可以规定多达255页，通常PAGE0规定程序
存储器。
PAGE1规定数据存储器。
name命名存储器范围。存储器可以是1~8个字符，在不同页上的存储器范围可
以具有相同的名字，但在一页内所有的存储器范围必须具有唯一的名字且必须
不重叠。
attr规定与已命名范围有关的1~4个属性。未规定属性的存储器具有所有4
个属性。
有效的4个属性包括：
R规定存储器只读；
W规定存储器只写；
X规定存储器可以包含可执行代码；
I规定存储器可以被初始化；
origin规定存储器范围的起始地址；
length规定存储器范围的长度。
SECTIONS伪指令的作用是：描述输入段怎样被组合到输出段内；在可执
行程序内定义输出段；规定在存储器内何处放置输出段；允许重命名输出段。
SECTIONS伪指令的一般语法是：
SECTIONS
（
name： [property, property, property,]
name： [property, property, property,]
name： [property, property, property,]
}
每一个以name（名字）开始的段说明定义了一个输出段。在段名之后是特性
列表，定义段的内容以及它们是怎样被分配的。特性可以用逗号来分开，段可
能具有的特性是：
1. 转载位置：它规定段转载在存储器内何处；
2. 运行位置：它定义段在存储器内何处运行；
3. 输入段：它定义组成输出段的输入段；
4. 段类型：它定义特定段类型的标志；
5. 填充值：它定义用于填充未初始化空位的数值。
第三章系统硬件设计
3.1谐波分析仪技术参数指标
表1准确度等级:
参数
电压
电流
有功
感容性无
功功率
视在功率
功率因数
频率
精度％
0.5
0.5
1.0
1.0
1.0
1.0
0. 1
谐波为5%,可以测量51次谐波

接入方式：当电压信号小于400V,电流信号小于5A时可以直接接入；当
电压信号超过额定电压时，电压输入信号要经过PT接入，但是要设置初级/次级
电压比；当电流信号超过额定电压5A时，电流输入信号要经过CT接入，但是
要设置/5A的电流比。
3.2 CT/PT传感器
系统设计的关键之一是CT/PT传感器单元，系统能达到的精度等级直接受
它的影响。其性能的主要指标包括：小信号响应，非线性度，高频衰减，线性
范围和相移。本系统设计选用高性能的CT/PT传感器以满足要求。其结构如图
3-1所示：
电说传妙器
图3-1 CT/PT传感器单元结构图

3.3滤波电路
在电子线路的输入信号中，包含各种的频率分量，为了只得到我们需要的
频率分量，需要在信号采样前进行滤波。如图3-2所示
II 11
0.68uF
C29
, 11 PI.LF
0.015uF
PIjLF2
图3-2滤波电路
TMS320LF2407A的PLL模块使用外部滤波器电路回路来抑制信号抖动和
电磁干扰，使信号抖动和干扰影响小。在图3-2中，滤波器电路的元件为R32、
C29, C30,滤波器电路回路连接到DSP芯片的PLLF和PLLF2引脚。本系统采
用10MHz的晶振，查阅相关芯片资料，选择R32=ll, C29=0.015uF,
C30=0.68uFtl2]o
3.4电源电路设计
为了降低芯片功耗，TMS320LF2407A芯片采用低电压设计。并且采用双电
源供电，即内核电源CVDD和FO电源DVDD,通常I / O电源采用3 3V供电.采
用TI公司的两路输出电源芯片TPS73HD3,其输出电压分别为3 3V和1 8V,
每路输出最大电流为750mA,并且提供两个宽度为200ms的低电平复位脉冲。
+5V
Ul 7805
1
QZU
BRIDGE1
:C2
O.luF
^000uF/220V=Lc4
O.luF

图3-3外接5V电源电路
但是TMS320LF2407A需要的是3.3V的电压，所以本系统选用TPS7333Q,
它是TI公司为了配合DSP而设计的电源转换芯片，输入电压5V,输出最大电
流500mA,连接电路如图3-4所示。

图3-4 3.3V电源电路

3.5 A/D采样电路
A / D选用AD公司的AD73360t24-27o AD73360是具有六个模拟量输入通
道，每个通道可以输出长度为十六位的数字量。这六个通道可同时采样，并且
无须CPU干预，从而有效减少了由于采样时间不同而产生的相位误差，各个通
道的采样速率可以方便地利用控制字在8k、16k、32k和64k中进行设定。每个
通道可以允许从直流到4kHz的模拟信号通过。由于各个通道都有内置的抗混叠
滤波器，所以对其输入端抗混叠滤波器的要求大为降低。而仅需要简单的一阶
RC滤波器即可。
AD73360使用六线工业标准同步串行接口与CPU接口。由于接口信号线的
数目只有六条，所以这样不仅节约了印制板的面积，而且也有效地减小了电磁
干扰，从而使得系统运行更加稳定。所以这样不仅节约了印制板的面积，而且
也有效地减小了电磁干扰，从而使得系统运行更加稳定。AD73360特别适合于
要求同时采样的工业控制应用，它不仅适合大信号应用，也适合小信号应用。
由于AD73360有内置的程控可变增益放大器，所以对小信号的应用尤其简洁高
效UR。
由于AD73360具有六个同时采样的模拟量输入通道，所以特别适合于三相
制电力运行参数测控类应用（一个相电压和三个相电流同时采样）系统。AD73360
共有八个控制寄存器，分别是CRA—CRH,它们所占用的地址为7,长度为8
位，芯片的工作是由内部的八个寄存器控制，各个寄存器功能表3-2所示。
表3-2各寄存器功能
序号
寄存器
功能
1
CRA
主要控制AD的工作方式:数
据方式程序方式混合方式
2
CRB
设置AD采样率，内部主时
钟，串行时钟输出
3
CRC
电源控制
4
CRD
通道1, 2的开关和增益
5
CRE
通道3, 4的开关和增益
6
CRF
通道5, 6的开关和增益
7
CRG
通道选择和选择单端输入方
式和微分输入方式
8
CRH
转换选择和选择同相输入方
式

3.6键盘、液晶显示电路
本系统采用4个按键和液晶屏作为人机接口。
设计中4个按键直接接到TMS320LF2407A的I/O 口上，采用查询的方式读
取键值。系统采用的液晶屏OCM4XSC是具有串/并接口，其内部含有中文字库
的图形点阵液晶显示模块。该模块的控制/驱动器采用台湾矽创电子公司的
ST7920,因而具有较强的控制显示功能。OCM4X8C的液晶显示屏为128x64点
阵，可显示4行、每行8个汉字。为了便于简单、方便地显示汉字，该模块具
2Mb的中文字型CGROM,该字型ROM中含有8192个16x16点阵中文字库；
同时，为了便于英文和其它常用字符的显示。具有16Kb的16x8点阵的ASCII
字符库；为便于构造用户图形，提供了一个64x256点阵的GDRAM绘图区域，
为了便于构造用户所需字型，提供了 4组16x16点阵的造字空间。利用上述功
能，OCM