[摘要]：在對電力系統(tǒng)大型設備智能在線監(jiān)測中，傳統(tǒng)基于單片機的智能儀器系統(tǒng)暴露出系統(tǒng)靈活性不高軟硬件通用性不強等諸多弊病。本文以WSM2000 DSP智能電動機保護裝置項目為背景，提出DSP+CPLD新型智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案，它以DSP為底層主處理器，把所有控制電路、地址分配等設計在CPLD中，使整個系統(tǒng)結構簡單化，體積小型化，功能多樣化，為測控儀器向高層次智能化方向發(fā)展提供了充分的現實可行性。

　　[關鍵詞]：DSP+CPLD，智能監(jiān)測系統(tǒng)，液晶顯示，在線編程

一、背景及DSP+CPLD系統(tǒng)優(yōu)越性

　　作為電氣主設備，電動機是數量多的一種，電動機及其保護的運行正常與否，直接關系到國計民生。據統(tǒng)計，可靠的保護每年可減少約20萬臺（次）以上的電動機燒毀，減少經濟損失數億元。

　　傳統(tǒng)智能儀器大多數都是在單片機系統(tǒng)基礎上開發(fā)的。基于單片機的保護裝置受其內部結構、時鐘和總線的限制，運算能力弱，實時性差，軟硬件通用性不強，系統(tǒng)靈活性不高，日益不能滿足上述需要。DSP處理器因內部采用了區(qū)別于傳統(tǒng)單片機馮·諾依曼結構的哈佛結構而克服了取指令和數據都通過同一條總線完成而造成的傳輸通道瓶頸效應的問題。可編程邏輯器件（PLD）經歷了從PROM、PLA、PAL、GAL等低密度的PLD，發(fā)展到CPLD和FPGA兩種大規(guī)模的PLD，開發(fā)工具越來越完善，應用越來越普及。將CPLD/FPGA和DSP技術的結合起來實現DSP器件系統(tǒng)的解決方案，為測控儀器向高層次智能化方向發(fā)展提供了充分的現實可行性。

　　為實現對電力系統(tǒng)大型設備智能在線監(jiān)測，本文以WSM2000 DSP智能電動機保護裝置項目為背景，對一種DSP+CPLD新型的智能儀器結構進行了研究和設計。

二、系統(tǒng)結構

　　本系統(tǒng)采用美國TI 公司生產的浮點DSP器件TMS320C32作為底層主處理器件，實現對A/D采集得到的數字信號進行處理，并且把所有控制電路、地址分配等設計在EPM7128S中，使整個系統(tǒng)結構簡單化，體積小型化，功能多樣化。AD1674用來進行信號的采集，FLASH Memory用來存放軟件代碼、主要功能參數、故障數據記錄等；SRAM的功能一是程序仿真時使用，二是在系統(tǒng)脫機運行時，將FLASH Memory中的軟件搬運到SRAM中運行，提高軟的運行效率。

三、 CPLD開發(fā)流程

　　CPLD的開發(fā)是指用利用CPLD芯片并借助于其開發(fā)系統(tǒng)，按照開發(fā)系統(tǒng)的工作步驟，將用戶設計轉化成CPLD配置數據并到CPLD芯片中實現用戶設計要求的全過程。 無線SOC開發(fā)平臺499元 S3C44B0 ARM7開發(fā)板378元 S3C2410 ARM9開發(fā)板780元 AT91SAM7S64 ARM7
四、液晶顯示（LCD）模塊設計

1  硬件接口設計

　　內置T6963C控制器型液晶顯示模塊接口，由指令鎖存器、數據鎖存器、數據緩沖器、狀態(tài)寄存器以及數據控制電路、數據棧區(qū)等組成。接口部實現了CPU和T6963C內部寄存器及其所管理的顯示存儲器的存取操作，實現了CPU操作時序與T6963C內部工作時序的轉換。CPU對T6963C的每次操作時，接口部的鎖存器保留了其發(fā)來的指令代碼或顯示數據，并立即封鎖了接口部的對外電路，將后續(xù)的處理過程轉換到T6963C控制部的工作時序上，直到處理完成，方釋放接口部對外電路，等待下訪問。

　　TMS320C32的/IOSTROB 、A1、A0、引腳進行地址譯碼，參與系統(tǒng)的統(tǒng)一編址。/IOSTROB=0時，DSP對應有效地址為810000H--82FFFFH，當地址線A0為1時選通LCD，地址線A1用來實現液晶的數據通道和指令通道的區(qū)分，A1=1時為指令通道，A1=0時為數據通道。LCD接口地址為： 818003H為指令通道818001H 為數據通道。

2  軟件設計

　　本系統(tǒng)T6963C接口部設計了一個數據棧，在寫帶有參數的指令時，先向數據通道寫入參數，接口部將其存在數據棧中，然后通道寫入指令代碼。T6963C將根據指令代碼的含義將數據棧內近的數據作為其參數一同進行處理。讀顯示數據時，先寫入操作的指令代碼，T6963C將所需的顯示數據放入數據棧中，然后讀數據操作將數據棧中的數據讀出。

3  內置T6963C液晶顯示模塊的軟件實現

（1）、地址分配及定義

         .data

      LCDC_ADD   .equ   820003H；指令通道

LCDD_ADD   .equ   820001H；數據通道

（2）、狀態(tài)字檢測子程序

      LCDR_ST：  LDI  @LCDC_ADD，R0

                   RETS

　　由此程序派生出判斷有關標志位的子程序：

         <1>判斷狀態(tài)位STA1和STA0子程序，在寫指令的讀、寫數據之前，這兩個標志位必須同時為“1”。

            LCDST01：   CALL  LCDR_ST

                        LDI   R0,R1

                        AND   01H,R1

                        BZ    LCDST01

                        AND   02H,R0

                        BZ    LCDST01

                        RETS

         <2>判斷狀態(tài)位STA3子程序（數據自動寫狀態(tài)）

            LCDST3：    CALL  LCDR_ST

AND   08H,R0

BZ    LCDST3

RETS

（3）、寫指令和寫數據子程序

      LCDPR1：     CALL  LCDST01；雙字節(jié)參數指令寫入入口

                   LDI   AR1,R0   

                   CALL  LCDPR13 

      LCDPR11：    CALL  LCDST01  ；單字節(jié)參數指令寫入入口

                   LDI   AR2,R0    

                   CALL  LCDPR13  

      LCDPR12：    CALL  LCDST01  ；無參數指令寫入入口

                   LDI   AR3,R0     

      LCDPR14：    STI   R0,@LCDC_ADD ；寫入指令操作

                   RETS             

      LCDPR13：    STI   R0,@LCDD_ADD；寫入數據操作

RETS

（4）、讀數據子程序

        LCDPR2：    CALL  LCDST01       ；判狀態(tài)位

                    LDI   @LCDD_ADD,R0  ；讀數據操作

        RETS

五、  系統(tǒng)在線編程

　　因系統(tǒng)終要脫仿真器獨立運行，所以要把程序燒寫到掉電非丟失存儲器FLASHROM中。本系統(tǒng)開發(fā)所采用的將存儲器安裝到用戶電路板上進行編程的方法將用戶程序代碼裝入 FLASH存儲器的。它包括現在普遍采用的在系統(tǒng)編程(In System Programming，ISP)，通過系統(tǒng)的微處理器實現對FLASH存儲器的編程。

1、  FLASH在線編程實現

　　對FLASH的基本操作主要有讀、字節(jié)編程、復位、扇區(qū)擦除、片擦除等。Am29F010B閃爍存儲器讀操作與普通的存儲器操作相同，不需要特定的時序，在電路上電或內部編程等操作技術后，自動進入讀數據狀態(tài)。而擦除和寫操作相對復雜一些。它不能簡單的直接寫入，.OUT文件不能LOAD到FLASH中，CCS和C Source Debugger中的LOAD命令均不能對FLASH寫入，需要專門的程序寫入一系列Flash Memory的命令寄存器，然后調用嵌入式算法的內部程序來完成相應的命令。Am29F010B編程一般步驟是復位、擦除、字節(jié)編程等。

2、  系統(tǒng)軟件加載程序設計

　　系統(tǒng)軟件加載程序的主要作用是在系統(tǒng)上電處理器初始化后，開始執(zhí)行的一段代碼，將用戶實時運行的程序和數據從外部低速FLASH Memory中加載到內部或外部高速靜態(tài)RAM存儲器中，然后跳到程序的進入點開始全速運行。

　　TMS320C32 DSP芯片引導裝載程序的執(zhí)行過程將復位中斷向量表中存放引導程序的起始地址，上電復位或手動復位之后，程序指針將指向引導程序。在運行搬移程序之前，要注意關中斷。向量如果MC/MP#=1，而且系統(tǒng)沒有接在仿真器上，那么DSP芯片自動運行固化在0h~0fffh中的引導裝載程序。這一程序會自動判斷是INT0~INT2,還是INT3中斷。如果是INT0~INT2中斷，DSP將存放在BOOT1~BOOT3中的一段程序裝載到片內RAM或片外SRAM中；如果是INT3中斷，則DSP將從串口中把程序裝載到片內RAM或SRAM中。如果沒有中斷，DSP根據0H單元中的復位矢量，跳到該矢量所指出的單元為首地址，執(zhí)行一段引導裝載程序。TMS320C32引導裝載程序關鍵代碼如下：

LDI   01H,AR0

           LDI   *AR0,AR0

           LDI   02H,AR2

           LDI    *AR2,AR1

           LDI    87,RC

           RPTB   dload

           LDI  *AR0++,R0

Dload： STI   R0,*AR1++

            LDI   03H,AR0

            LDI   *AR0,AR0

            LDI    04H,AR2

            LDI   *AR2,AR1

            LDI    4000H,RC

            RPTB   pload

            LDI  *AR0++,R0

Pload：  STI   R0,*AR1++

            BR  900000H

六、結束語

　　上述討論的方法在軟、硬件上都已得到實現，效果理想。利用了Flash ROM的嵌入式算法，體現了DSP高效性和靈活性。非常適合應用于實時控制系統(tǒng)中，解決了只能依賴于燒錄器的問題，也可經常調整系統(tǒng)的參數，降低了系統(tǒng)成本、縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。

參考文獻:

[1]. TMS320C32 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/TMS320C32_1703301.html.
[2]. EPM7128S datasheet http://hbjingang.com/datasheet/EPM7128S_301040.html.
[3]. AD1674 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/AD1674_121105.html.
[4]. T6963C datasheet http://hbjingang.com/datasheet/T6963C_635050.html.
[5]. Am29F010B datasheet http://hbjingang.com/datasheet/Am29F010B_1080575.html.