【模塊化繼電保護教學(xué)實驗裝置】

　　功能/作用介紹

　　簡介

　　實驗系統(tǒng)以TMS320C6722浮點處理器為核心。搭配了ARM協(xié)處理器作為控制核心，外部接口豐富，功能強大。實驗系統(tǒng)自身可以發(fā)送與處理各種信號，特別是鐵路軌道信號，完全可以作為信號處理、自動化、通信工程等專業(yè)工程技術(shù)人員的實驗教學(xué)與開發(fā)硬件平臺。

　　為了更好的應(yīng)用于實驗教學(xué)，本系統(tǒng)設(shè)計了一些具有創(chuàng)新性的綜合實驗和科研開發(fā)教學(xué)例程，包括A/D、D/A、DDS、音頻等器件的控制和使用及一些算法(FFT、FIR和卷積)和具體的鐵路軌道信號專業(yè)實驗。并結(jié)合LABVIEW虛擬儀器平臺設(shè)計了實驗界面。

　　本系統(tǒng)可作為實驗教學(xué)與科研開發(fā)的硬件平臺，尤其可作為鐵路軌道信號相關(guān)課題的研究平臺。

　　本系統(tǒng)主處理器為DSP(TMS320C6722)負責(zé)完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)，協(xié)處理器ARM(STM32F103ZET6)負責(zé)完成系統(tǒng)控制功能，外圍電路包括專用的A/D、D/A、DDS信號源、音頻電路、鍵盤控制、LCD顯示、SD卡及USB接口。本系統(tǒng)的外圍電路增強了通信控制單元的功能，主從處理器采用雙口RAM通信。另外，為了便于實驗系統(tǒng)的二次開發(fā)，對DSP芯片一些重要功能模塊的引腳進行了信號總線擴展。

　　硬件部分：

　　(1)DSP處理器及ARM協(xié)處理器

　　DSP處理器處理器選用TI公司的浮點DSP芯片TMS320C6722B，負責(zé)整個實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理運算功能;協(xié)處理器選用ST公司的STM32F103ZET6，負責(zé)整個實驗系統(tǒng)的控制輸出和通信功能。

　　(2)電源

　　實驗系統(tǒng)的電源為雙CPU處理器提供獨立的3.3V供電、并為模擬電路提供獨立、穩(wěn)定的±5V供電。

　　(3)存儲器

　　實驗系統(tǒng)通過主處理器浮點DSP 芯片TMS320C6722B的16位EMIF外部存儲單元擴展接SDRAM、FLASH及雙口RAM存儲器件。

　　(4)模擬數(shù)據(jù)采集部分

　　數(shù)據(jù)采集部分包括專用的A/D、D/A、DDS信號發(fā)生器。專用的A/D是為了滿足不同采樣率的設(shè)定而添加的硬件，DDS信號發(fā)生器采用AD9831芯片實現(xiàn)，主要用來產(chǎn)生FSK、ASK、方波、三角波等各種信號源，D/A主要用于輸出處理后的信號波形。

　　(5)語音部分

　　音頻部分使用音頻編解碼器TLV320AIC23芯片，可以完成對語音信號的采集、處理，并輸出處理后的語音信號。

　　(6)通信傳輸

　　通信傳輸部分主要負責(zé)主從處理器間的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，有SPI方式和雙口RAM兩種方式;與上位機的數(shù)據(jù)通信方式也有USB2.0通信和RS232標準異步串行通信兩種方式可以選擇。

　　(7)輸出顯示

　　輸出顯示實驗系統(tǒng)主要包括4×4鍵盤輸入控制、128×64液晶顯示兩部分。實驗系統(tǒng)前端采集到的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過主處理器的運算分析后，結(jié)果傳輸至從處理器這一端，由控制單元完成輸出顯示及上燈等操作，以便用戶實時觀測到整個系統(tǒng)的運行情況。

　　(8)邏輯控制

　　實驗系統(tǒng)使用可編程邏輯器件(CPLD)作為各功能模塊單元之間的橋梁和控制接口。負責(zé)完成系統(tǒng)的邏輯譯碼、時序控制以及I/O復(fù)用功能，實現(xiàn)對外圍電路的靈活配置。

　　軟件支持：

　　實驗系統(tǒng)主要設(shè)計了三個具有代表性的綜合實驗：DDS的使用及采樣程序設(shè)計;卷積運算和FIR數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn);簡單的鐵路軌道信號的發(fā)送和接受解調(diào)實驗設(shè)計。

　　DDS的使用及采樣程序：通過實驗可以讓學(xué)生了解CCS3.3集成開發(fā)環(huán)境的使用方法，并學(xué)習(xí)DDS、A/D轉(zhuǎn)換器的原理和使用方法。使學(xué)生熟悉雙口RAM的使用方法，以及實驗系統(tǒng)與PC機通信的兩種方式(RS-232串口和USB)。

　　卷積運算和FIR數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn)：使學(xué)生進一步了解實驗系統(tǒng)的硬件原理，學(xué)習(xí)D/A的原理和使用方法，學(xué)習(xí)如何在實驗系統(tǒng)上進行算法的實現(xiàn)。

　　簡單的軌道信號的發(fā)送和解調(diào)實驗設(shè)計：通過實驗可以讓學(xué)生了解軌道信號的特點和信號解調(diào)的一般方法，為軌道信號的科研開發(fā)做鋪墊。

　　此外，實驗系統(tǒng)還設(shè)計了一個模擬高速鐵路軌道信號發(fā)送和接收解調(diào)例程。根據(jù)ZPW2000軌道信號的缺點和不足，提出了合理可靠的正交化改造方案，并完成了該正交化方案在TMS320C6722多功能實驗平臺上的實現(xiàn)。

　　作品名稱：TMS320C6722多功能教學(xué)實驗系統(tǒng)

　　完成單位：北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院電工電子實驗教學(xué)中心