一种计量电能质量的芯片的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种计量电能质量的芯片，所述芯片包括CortexM3CPU核、片内SRAM、片内非易失性存储器、DDR2控制器、DMA模块、HPDMA模块、ADC模块、采样控制模块、电能质量参数计算模块、以太网接口、各类外设接口和AMBA总线控制模块。本实用新型集成了ADC、MCU以及电参量数据处理模块，可以为电能质量监测系统提供单芯片解决方案，具有简化设计、减少重复开发、减小装置体积、提高可靠性的优点。本实用新型所采用的计算电能质量参数设计的电参量数据处理模块，可以大大降低对MCU性能的要求，具有降低功耗、提高处理速度的优点。
【专利说明】一种计量电能质量的芯片
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力系统用的芯片，具体讲涉及一种计量电能质量的芯片。【背景技术】
[0002]随着新能源并网、各类电力电子设备的接入，电能质量问题日趋重要，对各种级别的电能质量监测终端提出了更高要求。一般电能质量监测终端多采用ADC+DSP+MCU的模式来实现，其中ADC负责采集，各厂家提出了对DSP进行编程计算电能质量参数的要求，总体由MCU完成控制、存储及通信。
[0003]而各厂家在计算算法上的重复劳动，而计算结果又各异，因此需要一套完善的电能质量计量芯片及其计量方法来满足电能质量的需要。
实用新型内容
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型提供一种计量电能质量的芯片。具体为提供一种集成了采集、电能质量参数计算和控制通信单片机的SoC芯片。由于电能质量参数的计算有标准可依，方法较为固定，集成ADC、电能质量参量计算单元和MCU的SoC芯片可以简化电能质量监测终端装置的硬件设计、减少各厂家在计算算法上的重复劳动、提高可靠性和一致性，在此基础上还可以开发出各种小型或手持式电能质量监测终端以配合各类新能源设备的接入。
[0005]本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的:
[0006]—种计量电能质量的芯片，其改进之处在于,所述芯片包括CortexM3CPU核、片内SRAM、片内非易失性存储器、DDR2控制器、DMA模块、HPDMA模块、ADC模块、采样控制模块、电能质量参数计算模块、以太网接口、各类外设接口和AMBA总线控制模块；
[0007]所述电能质量参数计算模块通过AMBA总线与CortexM3CPU核、、片内非易失性存储器、片内SRAM以及DDR2控制器进行数据交换的方式；
[0008]所述电能质量参数计算模块通过AMBA总线与DMA、HPDMA、ADC、采用控制模块、各类外设接口进行数据连接；
[0009]所述DMA模块为通过AMBA总线进行存储器到存储器、电能质量计算模块到存储器、存储器到电能质量计算模块、外设到存储器和存储器到外设的高速数据传输；
[0010]所述电能质量参数计算模块将ADC采样原始值传输至AMBA总线上。
[0011]优选的，所述Cortex-M3MCU 核为 RISC 架构的 ARM Cortex_M3MCU 核。
[0012]优选的，所述ADC模块为7通道16位精度数模转换模块，用于对7个电压电流测量参数进行采样。
[0013]优选的，所述以太网接口为2个以太网MAC与远端通信，支持61850协议并互为冗余。
[0014]优选的，所述各类外设接口包括RTC、看门狗、CAN、SP1、UART和IIC接口。
[0015]优选的，所述ADC模块分别对Va，Vb，Vc，la, lb, Ic和IO进行采样。[0016]与现有技术比，本实用新型的有益效果为:
[0017](I)本实用新型集成了 ADC、MCU以及电参量数据处理模块，可以为电能质量监测系统提供单芯片解决方案，具有简化设计、减少重复开发、减小装置体积、提高可靠性的优
占.[0018](2)本实用新型的单芯片集成方案具有降低芯片成本、降低板级材料成本、降低板级设计成本的优点；
[0019](3)本实用新型所采用的计算电能质量参数设计的电参量数据处理模块，可以大大降低对MCU性能的要求，具有降低功耗、提高处理速度的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实用新型提供的一种计量电能质量的芯片示意图。
[0021]图2为实用新型提供的一种计量电能质量的芯片中各类外设接口示意图。
[0022]图3为实用新型提供的一种计量电能质量的芯片流程图。
[0023]图4为实用新型提供的一种计量电能质量的芯片中ADC通道采集示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0025]本实用新型提供的计量电能质量的芯片，
[0026]芯片的主要构成为:
[0027](I) RISC 架构的 ARM Cortex_M3MCU 核；
[0028](2) 7通道16位精度数模转换(ADC)模块:测7个通道包括以下7个测量量:3相电流、3相电压以及零序电流；
[0029](3)计算电能质量参数的协处理器:计算电压、电流及功率、电量、频率、电压偏差、三相不平衡、谐波与间谐波、电压波动与闪变、电压暂降、暂升和电压中断、瞬态参量，并完成时钟与时钟冋步和标记；
[0030](4)AMBA总线控制模块:与电能质量参数计算协处理器通信以及各种接口通信；
[0031](5)2个以太网MAC:负责与远端通信，支持61850协议并互为冗余；
[0032](6)各种 I/O 接口:包括 UART、CAN、SP1、IIC 等常用接口 ；
[0033](7) RTC 模块；
[0034](8)看门狗模块；
[0035](9)片内存储:包括片内SRAM、NVM等；
[0036](10) DMA、HPDMA 模块；
[0037](11)DDR2 控制模块。
[0038]如图1所示，本实用新型包括CortexM3CPU核、片内SRAM、片内非易失性存储器、DDR2控制器、DMA模块、HPDMA模块、ADC模块、采样控制模块、电能质量参数计算模块、以太网接口 *2、时钟模块、RTC模块和各类外设接口。
[0039]其中两个ADC模块用来对7个电压电流测量参数进行采样；采用控制模块对ADC采样进行控制选择；电能质量参数计算模块对ADC采样结果进行处理，计算电能质量测量标准所要求的测量参数;AMBA总线模块为CPU核、电能质量计算模块和各类外设接口间数据共享提供支持；DMA模块为通过AMBA总线进行存储器到存储器、电能质量计算模块到存储器、存储器到电能质量计算模块、外设到存储器、存储器到外设的高速数据传输提供了支持；CorteX-M3CPU核为本SoC采用的MCU核，主要用来完成数据存储管理、以太网通信以及少部分数据处理功能；DDR2控制模块为CPU提供对DDR2存储器的读写支持；HPDMA模块为AMBA总线与DDR2之间传输数据提供了支持；两个MAC模块为两路以太网通信的链路层；各类外设接口模块为SoC提供了各种扩展。
[0040]如图2所示，各类外设接口包括了 RTC模块、看门狗模块、CAN总线控制器模块、SPI接口模块、UART接口模块、IIC接口模块。其中RTC模块用于产生秒脉冲授时信息输出；看门狗模块用以防止程序发生死循环；其他接口模块分别支持对应的接口外设。
[0041]如图3所示，电能质量参数计算模块的计算结果可以通过DMA控制模块控制AMBA总线共享给片内SRAM，还可以通过HPDMA模块的控制传输给DDR2控制器从而将大量数据存储在片外SDRAM上。
[0042]当发生存储数据量较大时，如录波，由CPU核发指令移交AMBA总线控制权给HPDMA模块，此时HPDMA模块控制数据从电能质量参数计算模块经由AMBA总线传送至DDR2控制器，进而由DDR2控制器对片外DDR2进行读写，待CPU核利用空闲时间再将片外DDR2中大
量数据转存至非易失性存储器如硬盘等。
[0043]数据量较小且需及时进行后期处理时，可通过DMA模块进行类似控制，但读写对象为内部SRAM以供CPU核尽快处理。此外各种外设(接口)都通过APBO和APBl链接总线，包括CAN总线接口、两个SPI接口、两个UART接口、两个IIC接口、看门狗模块、实时时钟RTC模块、中断定时器模块TMER以及GPIO。
[0044]如图4所示，7通道ADC模块分别对Va，Vb, Vc, la, lb, Ic, 107个模拟量经过采样保持电路和高速开关进行采样，然后经由一个高速ADC模块其进行模数转换并将数字采样值存到相应的寄存器地址，该结构主要用于实现电能质量要求的同步采样。
[0045]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种计量电能质量的芯片，其特征在于，所述芯片包括CortexM3CPU核、片内SRAM、片内非易失性存储器、DDR2控制器、DMA模块、HPDMA模块、ADC模块、采样控制模块、电能质量参数计算模块、以太网接口、各类外设接口和AMBA总线控制模块； 所述电能质量参数计算模块通过AMBA总线与CortexM3CPU核、片内非易失性存储器、片内SRAM以及DDR2控制器进行数据交换的方式； 所述电能质量参数计算模块通过AMBA总线与DMA、HPDMA, ADC、采用控制模块、各类外设接口进行数据连接； 所述DMA模块为通过AMBA总线进行存储器到存储器、电能质量计算模块到存储器、存储器到电能质量计算模块、外设到存储器和存储器到外设的高速数据传输； 所述电能质量参数计算模块将ADC采样原始值传输至AMBA总线上。
2.如权利要求1所述的一种计量电能质量的芯片，其特征在于，所述Cortex-M3MCU核为 RISC 架构的 ARM Cortex-M3MCU 核。
3.如权利要求1所述的一种计量电能质量的芯片，其特征在于，所述ADC模块为7通道16位精度数模转换模块，用于对7个电压电流测量参数进行采样。
4.如权利要求1所述的一种计量电能质量的芯片，其特征在于，所述以太网接口为2个以太网MAC与远端通信，支持61850协议并互为冗余。
5.如权利要求1所述的一种计量电能质量的芯片，其特征在于，所述各类外设接口包括 RTC、看门狗、CAN、SP1、UART 和 IIC 接口。
6.如权利要求1所述的一种计量电能质量的芯片，其特征在于，所述ADC模块分别对Va, Vb, Vc, la, lb, Ic 和 I。进行米样。
【文档编号】G05B19/042GK203772973SQ201320774286
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】郑哲, 袁玉湘, 姜学平, 胡鹏飞 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 国网山东省电力公司电力科学研究院