TLC7225 Application in Electric Power & Quantity Measurement System
圖1 TLC7225 功能框圖
圖2 TLC7225參考電壓實現電路
系統簡介
本電力電量參數測量系統包括兩個獨立的硬件模塊：參數測量模塊和諧波信號源模塊。TLC7225用于產生諧波信號。系統要求產生3路電流信號、3路電壓信號，每一路輸出信號幅度在0~2V內可調，調節精度為0.1mV。本系統作為單獨的諧波信號源工作時，6路信號的幅度、相位等參數通過PC機傳到諧波信號源，諧波信號源系統按照用戶給出的命令參數輸出標準信號。由于系統處理的數據量較大，實時性要求較高，普通的微處理器已不能滿足速度、精度等方面的要求，而DSP處理器以其ns級指令系統和哈佛結構的計算能力和實時性，正逐漸應用到電力系統中來。筆者選取TI公司的TMS320F206(以下簡稱F206)。F206獨有的32K片內Flash是一種可電擦除和編程的非易失性存儲器，可用于存儲數據或程序。本系統中將應用程序和一張正弦波母表燒錄在Flash中，以便實時調用，可減少由于實時計算而引起的延時。
TLC7225
TLC7225是TI公司的高性能D/A轉換器，片內包含四路8位電壓輸出數/模轉換器(DAC)，每個DAC都有分離的片內鎖存器(見圖1)，數據通過一個公共的8位TTL /CMOS兼容(5V)輸入口送入這些數據寄存器之一。由A0和A1決定/WR變低時哪個DAC被加載。在/WR的上升沿，數據被鎖存在被尋址的輸入寄存器，只有保存在DAC寄存器中的數據決定轉換器的模擬輸出。由圖1可見，/LDAC信號是所有四個DAC共有的，控制從輸入寄存器到DAC寄存器的信息傳輸。在/LDAC的上升沿，數據被同時鎖存到四個DAC寄存器。/LDAC信號是電平觸發的，因此，可將/LDAC連接到低電平而使DAC寄存器透明，本系統即是如此。
TLC7225包含四個相同的8位電壓型數/模轉換器，每個轉換器由一個單獨的基準輸入，這正好符合本系統中6路信號幅度單獨可控的要求。
當TLC7225處于單極性工作時，輸入輸出有如下關系：
(1)
其中(包括)由TLC7226的輸出提供(如圖2)。
TLC7226和TLC7225唯一的區別是TLC7226片上的4路DAC共用同一個基準電壓(由系統中的LM399提供，為6.95V)，在基準電壓保持不變的情況下，各路的輸入值不同，輸出值也就不同。可以通過控制TLC7226的輸入值來間接控制TLC7225的輸出值，TLC7226和TLC7225單極性工作時的輸入輸出關系為：
(2)
其中為6.95V。TLC7225數字輸入是與TTL或CMOS電平兼容的，為使電源電流最小，一般數字輸入電壓的驅動應盡可能接近電源滿度() 。
TLC7225的軟硬件設計
要正確使用TLC7225，必須同時保證硬件邏輯電路的正確連接和軟件編程的準確無誤。
硬件邏輯電路
TLC7225 參考電壓的硬件實現電路如圖2，其中的D0—D7直接與F206的低8位數據線相連，TLC7225的輸入數據值由F206從固化在Flash中的正弦波母表中提取，參考電壓由TLC7226提供。系統中筆者采用3片TLC7226。由于TLC7226的輸入為8位，在基準電壓值固定的情況下，TLC7226輸出信號的變化精度只能是的1/256， 則TLC7225的輸出變化精度也是這個基準電壓的1/256。作為一個用于測試設備性能的標準信號源，這個變化精度是遠遠不夠的。為了解決這個問題，筆者在信號源系統中采用兩路8位輸入的TLC7226構成一路16位輸入的直流模擬信號，經過運放作為TLC7225中各通路的參考電壓(如圖2)。
此時當TLC7226的輸入每增加1時，TLC7225的輸出增加0.106mV，達到系統的0.1mV可調的要求。
TLC7225輸入滿幅時的TLC7226的輸入值可以通過下式得到：
(3)
當TLC7225輸出幅度為2v時TLC7226的16位輸入值為49F5h。
軟件設計
timer:
mar *, ar1
sst #1, *+
sst #0, *+
sar ar0,*+
sar ar5,*+ ;以上為現場保護
lar ar0, #240 ;每一路波形取240個點，共6路
mar *,ar5 ;設置AR5為當前輔助寄存器
lar ar5, nextdata ;AR5存儲待發數據首地址
out *0+, 0723h ;輸出a相電流
out *0+, 0727h ;輸出b相電流
out *0+, 072bh ;輸出c相電流
out *0+, 0713h ;輸出a相電壓
out *0+, 0717h ;輸出b相電壓
out *+, 071bh ;輸出c相電壓
;注意：此處不能為*0+
sar ar5, nextdata ;保存ar5的值
lacc nextdata
sub #1200
sacl nextdata
sub endaddr ;以上判斷有沒有到表尾
bcnd again, eq ;若已到表尾則跳轉到again
clrc sxm ;禁止符號擴展
mar *, ar1 ;以下恢復現場
lacc *-
add *-, 16
lar ar5, *-
lar ar0, *-
lst #0, *-
lst #1, *
clrc intmnverted-space>
ret
程序中除了現場保護與恢復之外，最重要的語句是out *0+,0723h，此語句不但將數據輸出到TLC7225的一個引腳0723h，而且將當前輔助寄存器中的值增加了240(存儲在AR0中)，實現了下一路數據的簡便輸出而無需再移動當前輔助寄存器指針。需要注意的是輸出最后一路數據時一定不能用out *0+, 071bh，否則超出數據表范圍，得不到所需的正弦波。
結語
綜合利用TLC7225和TLC7226實現6路信號的單獨可調輸出，硬件上可以減少外圍電路的復雜性，軟件設計簡單方便。本系統在硬件上已經實現，具有速度快、精度高等特點。