[发明专利]多通道串行模拟量的串并处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明是一种将多通道串行的模拟量处理数据通过现场可编程门阵列器件处理成同步、并行数字信号，供主CPU使用，用于各种电力自动化装置中，可以极大地降低主CPU的负荷，提高系统效率及可靠性。属于电力自动化装置制造的技术领域。

背景技术

在电力系统中，各种基于电气量的保护测控装置及自动装置都需要对现场的电压电流等模拟量进行采集、处理，用做测量显示、保护出口的判据。在保护测控装置及自动装置的所有处理任务中，模拟量处理的工作量及实时性要求都是最高的，而且也是实现其他功能的先决条件。另一方面，由于处理模拟量需要消耗主CPU大量的资源、占用大部分的中断时间，加之主CPU还必须处理保护、通信、显示等其他任务，使得主CPU的负荷达到几乎饱和的程度，不利于装置运行的可靠性及保护出口的快速、灵敏。

使用多通道同步采样转换AD芯片虽然可以解决上述技术难点，但由于受到成本、装置体积等的限制，使用本技术发明的处理模式可以很好的解决。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种低成本、占有最小空间、将主CPU负荷降之最低、性能指标符合要求的多通道串行模拟量的串并处理装置及方法。

技术方案：为了实现以上目的，本发明采用成本相对低廉，精度、速度、稳定度、处理能力(如位数)完全优越的单通道串行AD器件+多路模拟转换开关的模式实现，辅之以现场可编程门阵列器件(FPGA)进行控制、数据格式转换、预存、通知读取等。主CPU只需收到读取信号后以并行方式一次性集中收读所有已转换完成的多路模拟量数据，大大减轻主CPU的负担，提高装置性能、降低装置故障率。

本发明的多通道串行模拟量的串/并处理装置包括：模拟量输入/低通滤波器、多路转换开关、运算放大器、模拟量调理电路、串行模/数转换器、现场可编程门阵列；其中，模拟量输入/低通滤波器、多路转换开关、运算放大器、模拟量调理电路、串行模/数转换器、现场可编程门阵列顺序串联连接，现场可编程门阵列的通道选择信号的输出端接多路转换开关的通道选择信号的输入端，现场可编程门阵列的转换/读取命令的输出端接串行模/数转换器的转换/读取命令的输入端；模拟量输入/低通滤波器的输入端为本装置的输入端，接输入信号“AIN1至AIN6”；现场可编程门阵列的输出端“INTO”为本装置的输出端，现场可编程门阵列的通过与主CPU交换数据的数据线与外部的主CPU连接。

其处理方法为：通过现场可编程门阵列控制多路转换开关及串行模/数转换器，获得所有待采集通道的转换数据并转换成主CPU读取的并行数据，具体方法为：

1.)现场可编程门阵列接收主CPU以“转换启动信号”为联络信号启动模/数转换，当现场可编程门阵列检测到“转换启动信号”上升沿时，以“A0-A3、EN”端控制多路转换开关的多路开关电路“ADG506A”的编码输入端及使能端，控制选通相应的模拟量，通过运算放大器中的第二运算放大器“OPA132”及第三运算放大器“OPA353”施加偏置及量程调理后送入串行模/数转换器中的串行模/数转换电路“AD7687”；

2.)现场可编程门阵列通过控制串行模/数转换电路“AD7687”的“CNV”端，当“CNV”变高时控制其进行模数转换，当“CNV”变低时控制其数据输出，串行模/数转换电路“AD7687”转换结束后现场可编程门阵列给出时钟信号接入串行模/数转换电路“AD7687”的“SCK”端，并从串行模/数转换电路“AD7687”的“SDO”端接收其输出的串行数据；

3.)完整的16bit数据接收完成后，现场可编程门阵列(6)内部将其整理成并行16位数据，预存至缓冲区中；现场可编程门阵列(6)禁止多路开关电路“ADG506A”的使能“EN”端，并通过“A0-A3”端给出下一路模拟量通道的相应编码，然后使能多路开关电路“ADG506A”的“EN”端，使被选的模拟量通过多路转换开关进入串行模/数转换器进行转换；

4.)现场可编程门阵列重复这些过程直至所有的模拟量转换完成，然后将输出端“int0”端拉低以通知主CPU读取准备好的数据，读取结束后现场可编程门阵列处于空闲状态，等待主CPU发起下一次模/数转换命令的到来。

有益效果：本发明的整个电路具有如下特点：

a)紧凑。由于使用单通道串行AD器件，本身体积小，加之仅要一片，所占空间大大缩减，可以降低PCB布线难度、提高抗干扰性能。

b)低成本。由于使用串行技术，技术指标完全符合产品需求，但成本可以大大降低，提高产品的市场竞争优势。