李广宇 魏 丰
电力系统故障录波装置是一种电力系统的运行监测设备，用于记录系统中由于外界干扰而引起的电流电压变化的全过程，以监测各参量在暂态过程中的变化。在电力系统中三相电压的各相之间有着固定的相位差，测量中引入的微小相位变化将会影响到测量的精度，因此在对其进行数据采集时要尽量避免引入附加的相位差，这就需要在采样过程中对各相信号进行同步采样。为此我们选用了MAXIM公司生产的同步采样数据采集芯片MAX125。
MAX125的特点
MAX125是2×4通道、高速的14位数据采集芯片。它内置有四个采样／保持器(T/H)，每个采样／保持器前各有一个两输入的多路开关，所有的多路开关均由同一逻辑电路控制，所以每次采集可以有四个通道被同时采样。输入分为A、B两组，通过开关的切换可以对八个通道进行采集。每个通道的信号转换需要3μs，当输入只有1个通道时转换速率可达250 ksps，4个通道全部使用时为76ksps。转换所得的数字量都存储在RAM中，通过双向的数据总线读出。
MAX125的信号输入范围是±5V，但其最高过压值可达到±17V，由于各通道相互独立，因此任一通道的故障不会影响其它通道。其供电电源为±5 V，内部有2.5V的参考电压源，也可外接参考电压源，其高速的并行接口可方便地与DSP相连。
MAX125的工作过程
图1表示的是MAX125的工作时序，其工作过程主要分为两部分，即采样方式的设置和信号的采样转换。
设置采样方式 MAX125上电工作后，芯片默认的采样方式是只采集A组的第一通道。如果采集其它通道，就要对采样方式进行设置以确定采集的通道数，最多可以同时采样四个通道。设置参数是通过引脚A3~A0写入的，其格式如附表所示。地址一旦写入，采样方式即被确定，若要改变已写入的方式，必须重新写入新值。这些操作对应图中CS和WR为低电平的部分。
当A3写入‘0时，芯片处于一般工作状态，A2~A0的不同组合确定所要采集的通道；当A3写入‘1时，芯片进入省电工作状态，功耗降低，当重新写入‘0时就返回到一般工作状态。
采样和转换 采样方式确定后，MAX125就可以开始采样和转换输入信号，这些操作通过外部的CONVST信号的上升沿来启动。采样／保持器在上升沿到来之前跟踪输入信号；在CONVST的上升沿保持输入电压，输入信号被采样，各通道的转换开始依次连续地进行。每个通道的转换时间为3μs ，当全部的四个通道都需要转换时，一个转换周期需要12μs。在此转换完成之前，所有输入的CONVST信号都将被忽略。当最后一个通道转换完毕后，INT信号产生，其下降沿标志着转换过程的结束，转换结果保存在14位×4的RAM中。INT信号变为低电平后，采样／保持器就返回到跟踪状态，为下一次的采样做准备。在读数据的过程中，第一次的读操作使INT信号变高。在读取转换所得的数字量时，CS、RD两个信号需要同时为低电平，每一个RD信号对应着一个通道的数据(如图1所示)，四个连续的读脉冲可依次从数据总线读取四个通道的数据。
MAX125和DSP的接口设计
在进行故障录波装置的设计中，需要检测的有A、B、C三相和零相电压，这四相属于同一组电压，必须进行同步测量。MAX125的同步采样性能正好能满足这种要求，由于它有2×4个通道，本系统使用了一片MAX125对两组电压进行测量。
根据MAX125的特点，设计中使用了DSP和CPLD来控制MAX125的采集和转换操作。DSP使用的是Texas Instruments公司的TMS320F206，CPLD是LATTICE公司的ispLSI1016E。由于两者都属于5V电平器件，因此所有的信号线都可以无需电平转换直接和MAX125相连，图2是它们的连接框图。MAX125采用外部的2.5V参考电压源，时钟由外接10MHz的晶振提供，数据线、读信号RD和写信号WR与DSP对应的信号线相连。中断输出INT连接至DSP的INT1，作为其外部中断输入。
在读写操作中，MAX125作为外部设备占用DSP的I/O空间地址，通过CPLD地址译码，使设置参数的写入地址为2000H，CONVST的地址为2001H，RAM的四个存储单元的地址为2002H、2003H、2004H、2005H。CS信号也是通过CPLD译码产生的。
TMS320F206的部分程序可到本刊网上查询。
结束语
MAX125转换速度快、使用方便、具有较高的精度，在本系统对三相电压的同步检测中，工作稳定可靠，取得了较好的效果。
