一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置包括微控制器单元、交流正弦波/方波转化模块、AD转换模块、低通滤波单元和电压基准单元；其工作方法：对eTPU模块的功能进行初始化；设置模块的通道1为GPIO功能的输入捕捉方式；设置模块的通道2为PWM输出方式，开始采样工作；采集需要进行频率测量的交流电压信号，并进行波形信号转换，将转换好的方波信号送给eTPU模块的通道1；AD转换模块中芯片完成采样转换；eTPU模块的通道1对方波信号进行捕捉，计算出信号的频率值；对eTPU通道2的PWM的周期值调整；用中间值作为当前的实际测量频率；频率测量功能的监视。本发明专利技术是一种实时性好，精度高，资源消耗小，便于在嵌入式系统中实现的系统，其工作方法简单易操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电气化铁路牵引自动化及电力系统变电站自动化领域，尤其是一种基 于eTPU(增强型时序处理单元——enchanced Time ProcessorUnit)的交流信号自动同步 采样和频率测量方法。
技术介绍
在电气化铁路牵引自动化系统及电力系统变电站综合自动化系统，为了实现对相 关电力设备正常的控制和监测，需要对各种交流电压、电流信号进行准确测量，并且当上述 信号的频率发生变化时，能够实时调整采样频率，来实现对上述信号的自动同步采样。对于交流信号自动同步采样和频率测量，一般方式为首先将交流信号转换为方 波信号，利用微控制器的定时器对该信号进行周期测量，并计算出频率，然后根据测量到的 频率值，通过软件方式来控制AD采样芯片的频率，实现自动同步采样。上述方法，交流信号 的频率测量及同步采样的精度受微控制器的定时器精度限值，并需要较严格的软硬件配合 工作实现，因此测量精度和实时性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置及其 工作方法，它可以克服现有技术的不足，利用MCF523X中eTPU的GPIO和PWM功能，实现对 交流信号的自动同步采样和频率测量，是一种实时性好，精度高，资源消耗小，便于在嵌入 式系统中实现的系统，其工作方法简单易操作。本专利技术的技术方案一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置，其特征 在于它包括微控制器单元、交流正弦波/方波转化模块、AD转换模块、低通滤波单元和电压 基准单元；其中，所说的微控制器单元的输入端与交流正弦波/方波转化模块的输入端和 AD转换模块的输入端连接，其输出端与AD转换模块的输出端；所说的交流正弦波/方波转 化模块的输入端与低通滤波单元的输出端连接；所说的AD转换模块的输入端采集电压基 准单元的电压信号；所说的低通滤波单元的输入端采集交流信号模拟量。上述所说的AD转换模块是由两片并行工作的带有启动采样转换输入端的 AD7656-1芯片组成；每个芯片的输入端均与微控制器单元、低通滤波单元和电压基准单元 的输出端连接，其输出端均与微控制器单元的输入端连接；所说的每片AD7656-1芯片均与 微控制器单元呈双向连接。上述所说的微控制器单元采用具备eTPU功能模块的带有数据/地址线的 freescal公司MCF523x系列芯片；所说的eTPU功能模块包括通道1和通道2，其中，所说 的通道2与AD转换模块的启动采样转换输入端连接，所说的通道1与交流正弦波/方波 转化模块的输出端连接，所说的微控制器单元依数据/地址线分别与AD转换模块的两片 AD7656-1芯片呈双向连接。4上述所说的MCF523X系列芯片可以是MCF5234芯片，其工作总线频率为75MHz， eTPU模块的定时器工作基准频率为9. 375MHz,即对微控制器总线频率进行8分频，此时交 流电压、电流信号为每周波32点等间隔采样，即对于50Hz的交流信号，20毫秒完整周期内 实现32次采样，采样频率为1. 6kHz。一种上述基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置的工作方法，其特征在 于它包括以下步骤①对eTPU模块的功能进行初始化首先，对eTPU通道1进行中断加载，并允许中 断产生；然后对eTPU模块进行基本配置，包括将eTPU微码库加载到内存，配置eTPU通用 寄存器，复制eTPU通用参数到数据RAM中；②设置eTPU模块的通道1工作模式为GPIO功能的输入捕捉方式，并指定捕捉步 骤①中所产生的方波信号的上升沿和下降沿，并设置GPIO输入捕捉事件发生时触发中断； 此时如果不是则终止后续操作；如果为上升沿，则读取eTPU模块的基准时钟当前计数值， 并根据上个上升沿的计数值，计算出本次完整脉冲的计数值；③设置eTPU模块的通道2工作模式为PWM输出方式，初始输出脉冲周期为20毫 秒，占空比固定为20%，启动eTPU模块功能，开始采样工作；④由低通滤波单元采集需要进行频率测量的交流电压信号，并送入交流正弦波/ 方波转化模块中进行波形信号转换，将转换好的方波信号送给微控制器单元中的eTPU模 块的通道1 ；⑤将低通滤波单元采集需要进行采样的交流电压信号、电流信号送入AD转换模 块中两片并行工作芯片的各个输入端，且由eTPU模块的通道2连接到AD转换模块的启动 采样转换输入端，AD芯片在收到PWM输出信号的上升沿时开始启动AD采样转换；⑥当AD转换模块中芯片完成采样转换后，给微控制器单元产生中断信号，微控制 器在中断处理函数中完成采样数据的读取操作；⑦eTPU模块的通道1对方波信号进行捕捉，根据捕捉到的脉冲信号的周期时间， 计算出信号的频率值；⑧每次频率值计算有效后，根据该频率值，根据AD转换模块中芯片的启动采样转 换的时间要求，设定占空比固定为20%，通过Freescal公司提供eTPU的PWM模块软件功能 模块操作接口完成对eTPU通道2的PWM的周期值的调整；⑨将每次测量到的频率值，与最近上两次测量到的值进行排序，用中间值作为当 前的实际测量频率；⑩为了保证采样功能的可靠性，微控制器会通过产品自带的软件方式创建并启动 一个采样监视任务，完成频率测量功能的监视，如果eTPU通道一连续1秒钟没有捕捉输入 方波信号的边沿变化时，则认为当前频率为50Hz频率，并按照此频率值控制交流信号的采样。上述所说的步骤中⑧所提及到的有效频率值是指在交流电压、电流信号的频率正 常为50Hz时，定义有效测量范围为44Hz 56Hz，当测量到的频率超出上述范围，认为频率 测量无效。本专利技术的工作原理本专利技术中微控制器采用具备eTPU功能模块的freescal公司 MCF523X系列产品。外部电压、电流交流信号首先经过低通滤波处理，其中一路电压信号送到交流正弦波/方波转换模块以转换为方波信号，该方波信号送给微控制器的eTPU模块的 通道1，eTPU通道1捕捉到输入方波信号上升沿或下降沿的跳变时，会产生中断，在中断处 理函数中完成对方波信号的周期时间测量，然后转换为频率值。并根据当前测量到的频率 值，实时调整eTPU通道2的PWM输出周期，当交流电压、电流信号的频率正常为50Hz，有效 测量范围为44Hz 56Hz，当测量到的频率超出上述范围，认为本次频率测量无效，不再调 整PWM输出周期，直到测量到的频率值位于上述有效范围内，才重新调整PWM周期，进而控 制AD的采样频率，最终控制AD芯片的采样频率，为了实现AD采集，需要提供+12V、-12V电 压基准给AD7656-1。交流正弦波/方波转换采用过零比较器原理实现。经过低通滤波的所有交流电压、电流信号送给AD转换模块完成AD采集，电压基准 模块为AD转换模块提供采样基准电压。采集完成后AD转换模块触发中断信号，通知微控 制器读取转换完的数据。根据测量到的频率值，通过eTPU模块的PWM通道控制AD转换模 块的转换频率，以实现交流信号的自动跟踪采样。根据Freescal公司提供eTPU的通道1和通道2分别作为GPIO、PWM模块软件控 制接口，完成eTPU模块的GPIO输入捕捉、PWM输出功能配置和交流信号自动同步采样控制， 并设置GPIO输入捕捉事件发生时触发中断，实现交流信号的频率测量，。当产生GPIO捕获 中断本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于ｅＴＰＵ的交流信号同步采样和频率测量装置，其特征在于它包括微控制器单元、交流正弦波／方波转化模块、ＡＤ转换模块、低通滤波单元和电压基准单元；其中，所说的微控制器单元的输入端与交流正弦波／方波转化模块的输入端和ＡＤ转换模块的输入端连接，其输出端与ＡＤ转换模块的输出端；所说的交流正弦波／方波转化模块的输入端与低通滤波单元的输出端连接；所说的ＡＤ转换模块的输入端采集电压基准单元的电压信号；所说的低通滤波单元的输入端采集交流信号模拟量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆钊，李政，张志刚，赵宪文，闫兆辉，
申请(专利权)人：天津凯发电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：12
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