專利名稱：一種三相諧波源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三相諧波源。
背景技術(shù)：
諧波電能表檢定裝置，是電力電能計(jì)量和測(cè)量領(lǐng)域不可或缺的設(shè)備。由于近年來(lái)， 世界工業(yè)化的迅猛發(fā)展，電子電力設(shè)備廣泛應(yīng)用，非線性負(fù)荷在電力系統(tǒng)中占有量逐年增力口，電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，國(guó)家電網(wǎng)加強(qiáng)了對(duì)諧波的治理和監(jiān)管，并推出 《國(guó)家電網(wǎng)公司電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督規(guī)定》等一系列標(biāo)準(zhǔn)和政策。雖然，全國(guó)實(shí)力強(qiáng)勁的電能表生產(chǎn)廠家已陸續(xù)推出諧波電能表，但是，溯源工作無(wú)法展開(kāi)，其關(guān)鍵在于市場(chǎng)上沒(méi)有一款完全符合國(guó)家規(guī)程要求的諧波電能表檢定裝置，而真正的技術(shù)難點(diǎn)在于三相數(shù)字諧波源。電能表檢定裝置發(fā)展至今，已經(jīng)走了漫漫20年。數(shù)字信號(hào)源的出現(xiàn)，使電能表檢定裝置進(jìn)入了一個(gè)質(zhì)的飛躍，那就是電工式走向了電子式，后來(lái)發(fā)展到程控式，乃至現(xiàn)在的智能式。但是智能式并不完善，一般均達(dá)不到諧波源動(dòng)態(tài)電能的要求。一 .基于ROM的數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)。這是第一代數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)，波形信號(hào)存放在 ROM之中，其框圖見(jiàn)圖2 這種形式，輸出幅值通過(guò)CPU控制D/A轉(zhuǎn)換器B實(shí)現(xiàn)；輸出波形，通過(guò)CPU控制掃描電路“讀” ROM而實(shí)現(xiàn)。正弦波形量化點(diǎn)(數(shù)據(jù)表格)存放在ROM單元中。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、 可靠，抗干擾好。缺點(diǎn)是功能單一，指標(biāo)低，在早期，仍不失為一種較好的信號(hào)源模式。但是，隨著國(guó)家規(guī)程的提高，信號(hào)源的失真度要求更低，只能增加ROM單元容量， 同時(shí)相應(yīng)增加掃描輸出線數(shù)量；信號(hào)源幅值調(diào)節(jié)細(xì)度要求更高，只能增加D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)， 10位到12位，甚至更高。這種形式硬件成本顯著增加，模塊面積也急劇增加，功能用到了極限。但使用還能滿足要求。二.由于國(guó)家規(guī)程對(duì)檢定裝置功率因素要求的進(jìn)一步提高，尤其在三相無(wú)功時(shí)對(duì)相位平衡的要求更為細(xì)膩，早期模式已不適合裝置的要求。它主要體現(xiàn)在ROM單元的表格是固定的，硬件掃描電路又不具有靈活性，移相受到了限制。于是，新的信號(hào)源模式產(chǎn)生了， 見(jiàn)圖2:基于上位機(jī)(PC機(jī))的數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)。這是第二代數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)。波形信號(hào)直接由上位機(jī)(主要是PC機(jī))產(chǎn)生。產(chǎn)生的數(shù)字波形信號(hào)，通過(guò)通信接口傳送給微處理器，微處理器再把數(shù)據(jù)存放在可再寫(xiě)的RAM中。輸出波形相當(dāng)靈活，由于PC機(jī)運(yùn)算能力極強(qiáng)，基本能滿足各種常規(guī)試驗(yàn)的要求。但是，其缺點(diǎn)依然存在，它主要表現(xiàn)在1、通信速度緩慢，倘若要提高信號(hào)源精度，通信數(shù)據(jù)量將成倍增加；2、工作實(shí)時(shí)性能差，無(wú)法滿足規(guī)程要求的特殊電壓、電流試驗(yàn)。三、從提高工作效率及系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求兩方面考慮，并且為滿足諧波電能表動(dòng)態(tài)電能的要求，基于DSP或FPGA的數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這是第三代數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用于較為先進(jìn)的電能表檢定裝置之中，其工作框圖如圖3所示。數(shù)字信號(hào)處理 (Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱 DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣(Field Programmable Gate
3Array簡(jiǎn)稱FPGA)，近年來(lái)發(fā)展迅速，均適合高速數(shù)據(jù)運(yùn)算，它的運(yùn)算能力不是單片機(jī)所能比擬的。在數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)中，它可以實(shí)時(shí)運(yùn)算，并迅速送出相應(yīng)數(shù)據(jù)。產(chǎn)生正弦波形或諧波波形極為靈活，能滿足輸出各種試驗(yàn)波形的要求。但是它依然存在不足的地方1.可靠性差。它的工作頻率很高，線路板布線要求很高，在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，極易受到干擾，使程序跑飛或溢出，這是致命的弱點(diǎn)。2.硬件成本高。高速DSP或FPGA價(jià)格昂貴，16位D/A轉(zhuǎn)換器價(jià)格也不菲，外接晶振價(jià)格也很高，穩(wěn)定性是主要指標(biāo)。3.在諧波電能表裝置中使用的話，如果要求輸出更多的諧波次數(shù)或更低的波形失真度，計(jì)算量都將顯著增加，速度依然會(huì)變慢。每次波形的改變，如移相，將重新計(jì)算輸出波形，工作效率逐漸下降。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有諧波源可靠性差、硬件成本較高、工作效率較低的不足，本實(shí)用新型提供一種可靠性高、硬件成本較低、工作效率較高的三相諧波源。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是一種三相諧波源，包括用于寫(xiě)入波形數(shù)據(jù)的高速單片機(jī)，還包括雙端口并口 RAM，該雙端口并口 RAM具有數(shù)據(jù)輸入口、數(shù)據(jù)輸出口、地址輸入口、地址掃描口，所述雙端口并口 RAM的數(shù)據(jù)輸入口、地址輸入口與所述的高速單片機(jī)連接；還包括用于控制輸出波形頻率的硬件時(shí)鐘、鎖相環(huán)模塊，所述的硬件時(shí)鐘與所述的鎖相環(huán)模塊連接，還包括用于對(duì)雙端口并口 RAM進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊，所述的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊與所述的鎖相環(huán)模塊交互連接，所述的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊還與所述的雙端口并口 RAM的地址掃描口連接；還包括用于規(guī)定幅值的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)口、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)口均與所述的高速單片機(jī)連接，所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF 口、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF 口與基準(zhǔn)模塊的輸出連接；還包括用于控制輸出波形的第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器， 所述的第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器均與所述的雙端口并口 RAM的數(shù)據(jù)輸出口連接；所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出口與第一運(yùn)放陣列連接，所述第一運(yùn)放陣列的輸出端與所述第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF 口連接，所述第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二運(yùn)放陣列連接，所述第二運(yùn)放陣列具有諧波輸出端。本實(shí)用新型的工作原理是高速單片機(jī)將波形數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入口及地址輸入口寫(xiě)入雙端口并口 RAM內(nèi)，建立波形表格，寫(xiě)入的地址不同即可實(shí)現(xiàn)移相。高速單片機(jī)分別將幅值信號(hào)的高8位、低8位傳送給第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)基準(zhǔn)模塊計(jì)算輸出電壓，傳遞給第一運(yùn)放陣列，第一運(yùn)放陣列通過(guò)比例累加，將輸出值傳遞給第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF 口，從而規(guī)定輸出波形的幅值。高速單片機(jī)將輸出的波形數(shù)據(jù)寫(xiě)入雙端口并口 RAM，雙端口并口 RAM通過(guò)16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊的實(shí)時(shí)掃描，將每一時(shí)刻點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)自身的 REF 口的基準(zhǔn)電壓，計(jì)算輸出電壓，傳送給第二運(yùn)放陣列，從而輸出需要的波形(相位)。通過(guò)改變硬件時(shí)鐘的輸出基準(zhǔn)脈沖周期，控制鎖相環(huán)模塊的鎖相頻率。鎖相環(huán)模塊的高頻脈沖由16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定值后，反饋給鎖相環(huán)模塊，從而達(dá)到鎖相功能。同時(shí)，16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊將高頻脈沖的每個(gè)計(jì)數(shù)值，以16位地址形式對(duì)雙端口并口 RAM進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描。改變硬件時(shí)鐘的輸出脈沖周期，就改變了 16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊的掃描頻率，從而達(dá)到了改變輸出波形頻率的作用。本實(shí)用新型的有益效果在于1.以高速單片機(jī)為核心的系統(tǒng)，其工作條件能滿足工業(yè)環(huán)境的要求，抗干擾能力強(qiáng)，不易溢出或崩潰，信號(hào)波形的輸出，以16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊掃描雙端口并口 RAM內(nèi)部波形表格，穩(wěn)定可靠。2.單片機(jī)的價(jià)格，明顯低于DSP的價(jià)格，購(gòu)買(mǎi)方便；兩個(gè)8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)運(yùn)放陣列組成16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器價(jià)格低廉，技術(shù)成熟。3.各器件之間的數(shù)據(jù)交換全部采用并行接口，適應(yīng)大數(shù)據(jù)流量，運(yùn)行速度快、工作效率高。4.雙端口并口 RAM的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入和更改能力，輔以高速單片機(jī)內(nèi)微處理器的強(qiáng)勁功能，輸出靈活，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

圖1是現(xiàn)有的一種數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)的原理圖。圖2是現(xiàn)有的另一種數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)的原理圖。圖3是現(xiàn)有的另一種數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)的原理圖。圖4是本實(shí)用新型的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D4，一種三相諧波源，包括用于寫(xiě)入波形數(shù)據(jù)的高速單片機(jī)1，還包括雙端口并口 RAM2，該雙端口并口 RAM2具有數(shù)據(jù)輸入口、數(shù)據(jù)輸出口、地址輸入口、地址掃描口， 所述雙端口并口 RAM2的數(shù)據(jù)輸入口、地址輸入口與所述的高速單片機(jī)1連接；還包括用于控制輸出波形頻率的硬件時(shí)鐘3、鎖相環(huán)模塊4，所述的硬件時(shí)鐘3與所述的鎖相環(huán)模塊4連接，還包括用于對(duì)雙端口并口 RAM2進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描的16位并口 CPLD 計(jì)數(shù)掃描模塊5，所述的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊5與所述的鎖相環(huán)模塊4交互連接， 所述的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊5還與所述的雙端口并口 RAM2的地址掃描口連接；還包括用于規(guī)定幅值的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器6、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器7， 所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器6的數(shù)據(jù)口、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器7的數(shù)據(jù)口均與所述的高速單片機(jī)1連接，所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器6的REF 口、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器7的REF 口與基準(zhǔn)模塊8的輸出連接；還包括用于控制輸出波形的第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器9、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器10，所述的第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器9、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器10均與所述的雙端口并口 RAM2的數(shù)據(jù)輸出口連接；所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器6、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器7的輸出口與第一運(yùn)放陣列11連接，所述第一運(yùn)放陣列11的輸出端與所述第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器9、第四 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器10的REF 口連接，所述第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器9、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器10的輸出端與第二運(yùn)放陣列12連接，所述第二運(yùn)放陣列12具有諧波輸出端。本實(shí)用新型的工作原理是高速單片機(jī)1將波形數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入口及地址輸入口寫(xiě)入雙端口并口 RAM2內(nèi)，建立波形表格，寫(xiě)入的地址不同即可實(shí)現(xiàn)移相。高速單片機(jī)1 分別將幅值信號(hào)的高8位、低8位傳送給第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器6和第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器7，第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器6和第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器7通過(guò)基準(zhǔn)模塊8計(jì)算輸出電壓，傳遞給第一運(yùn)放陣列11，第一運(yùn)放陣列11通過(guò)比例累加，將輸出值傳遞給第三8 位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器9和第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器10的REF 口，從而規(guī)定輸出波形的幅值。高速單片機(jī)1將輸出的波形數(shù)據(jù)寫(xiě)入雙端口并口 RAM2，雙端口并口 RAM2通過(guò)16 位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊5的實(shí)時(shí)掃描，將每一時(shí)刻點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器9和第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器10，第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器9和第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器10通過(guò)自身的REF 口的基準(zhǔn)電壓，計(jì)算輸出電壓，傳送給第二運(yùn)放陣列12，從而輸出需要的波形(相位)。通過(guò)改變硬件時(shí)鐘3的輸出基準(zhǔn)脈沖周期，控制鎖相環(huán)模塊4的鎖相頻率。鎖相環(huán)模塊4的高頻脈沖由16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊5計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定值后，反饋給鎖相環(huán)模塊4，從而達(dá)到鎖相功能。同時(shí)，16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊5將高頻脈沖的每個(gè)計(jì)數(shù)值，以16位地址形式對(duì)雙端口并口 RAM2進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描。改變硬件時(shí)鐘3的輸出脈沖周期， 就改變了 16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊5的掃描頻率，從而達(dá)到了改變輸出波形頻率的作用。
權(quán)利要求1. 一種三相諧波源，包括用于寫(xiě)入波形數(shù)據(jù)的高速單片機(jī)，其特征在于還包括雙端口并口 RAM，該雙端口并口 RAM具有數(shù)據(jù)輸入口、數(shù)據(jù)輸出口、地址輸入口、地址掃描口，所述雙端口并口 RAM的數(shù)據(jù)輸入口、地址輸入口與所述的高速單片機(jī)連接；還包括用于控制輸出波形頻率的硬件時(shí)鐘、鎖相環(huán)模塊，所述的硬件時(shí)鐘與所述的鎖相環(huán)模塊連接，還包括用于對(duì)雙端口并口 RAM進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊，所述的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊與所述的鎖相環(huán)模塊交互連接，所述的16位并口 CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊還與所述的雙端口并口 RAM的地址掃描口連接；還包括用于規(guī)定幅值的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)口、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)口均與所述的高速單片機(jī)連接，所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF 口、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF 口與基準(zhǔn)模塊的輸出連接；還包括用于控制輸出波形的第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述的第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器均與所述的雙端口并口 RAM的數(shù)據(jù)輸出口連接；所述的第一 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二 8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出口與第一運(yùn)放陣列連接，所述第一運(yùn)放陣列的輸出端與所述第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF 口連接，所述第三8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二運(yùn)放陣列連接，所述第二運(yùn)放陣列具有諧波輸出端。
專利摘要一種三相諧波源，包括高速單片機(jī)、與其連接的雙端口并口RAM；還包括用于控制頻率的硬件時(shí)鐘、鎖相環(huán)模塊、用于對(duì)雙端口并口RAM進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描的16位并口CPLD計(jì)數(shù)掃描模塊、用于規(guī)定幅值的第一8、第二8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其均與高速單片機(jī)連接，還包括用于控制輸出波形的第三、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其均與雙端口并口RAM連接；第一、第二8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出口與第一運(yùn)放陣列連接，第一運(yùn)放陣列的輸出端與第三、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的REF口連接，第三、第四8位并口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二運(yùn)放陣列連接，第二運(yùn)放陣列具有諧波輸出端。本實(shí)用新型的三相諧波源靠性高、硬件成本較低、工作效率較高。
文檔編號(hào)G01R35/04GK202230197SQ20112033249
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者吳偉宗 申請(qǐng)人:寧波偉吉電力科技有限公司