CN106201986A - 一种用于电力能源系统的soc芯片 - Google Patents

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CN106201986A CN201610465161.7A CN201610465161A CN106201986A CN 106201986 A CN106201986 A CN 106201986A CN 201610465161 A CN201610465161 A CN 201610465161A CN 106201986 A CN106201986 A CN 106201986A
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吴青华
王学健
陈子明
李梦诗
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South China University of Technology SCUT
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South China University of Technology SCUT
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    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/76Architectures of general purpose stored program computers
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    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Abstract

本发明公开了一种用于电力能源系统的SOC芯片,包括采集模块、存储模块、信号处理模块、传输模块及总线模块,所述总线模块包括相互连接的AHB高速系统总线及APB低速外设总线;所述信号处理模块、存储模块及传输模块与AHB高速系统总线相互连接,所述采集模块与APB低速外设总线相互连接;信号处理模块具体为ZSP400数字信号处理器;传输模块包括DMA单元;采集模块采集传感器侧的模拟及数字信号,通过传输模块传输至存储模块,信号处理模块读取存储模块的数据进行处理。本发明具有成本低、功耗低、体积小、使用方便、准确度高。

Description

一种用于电力能源系统的SOC芯片
技术领域
[0001]本发明涉及电气技术及微电子领域,具体涉及一种用于电力能源系统的SOC芯片。
背景技术
[0002]随着智能电网建设的不断发展,电网智能化使得电力设备的发展迅猛,智能电表、电能质量监测仪等设备的增长如雨后春笋,智能变电站的加速发展也表明了未来电力设备一直会保持良好的增长态势。
[0003]对智能电表这类设备从电子互感器侧采集得到的数据(电压、电流等)进行有效的处理是必要和关键的一步,数据处理的好坏直接影响到整个测量结果的准确性,目前市场上这类产品大多是直接通过专门的电表芯片将模拟信号转换为数字信号,再进行电能参数计算和处理,由于电表芯片的局限性使其应用范围必然很小。
发明内容
[0004]为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种电力能源系统的SOC芯片,具体应用在电力能量系统的测量及数字信号处理。芯片集成了模拟信号测量接口、数字信号采集接口、ADC转换器以及高性能数字信号处理器ZSP等。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006] 一种用于电力能源系统的SOC芯片,包括采集模块、存储模块、信号处理模块、传输丰旲块及总线t旲块;
[0007]所述总线模块包括相互连接的AHB高速系统总线及APB低速外设总线;
[0008]所述信号处理模块、存储模块及传输模块与AHB高速系统总线相互连接,所述采集模块与APB低速外设总线相互连接;
[0009] 所述信号处理模块具体为ZSP400数字信号处理器;
[0010]所述传输模块包括DMA单元;
[0011]所述采集模块采集传感器侧的模拟及数字信号,通过传输模块传输至存储模块,信号处理模块读取存储模块的数据进行处理。
[0012] 还包括两个AHB2APB桥,连接在AHB高速系统总线及APB低速外设总线之间。
[0013] 所述存储模块包括ELASH、R0M及SRAM存储单元。
[0014]所述采集模块包括用于模数转换的ADC单元及用于采集数字信号的GP1口、UART0/UARTUSP10/SPI1 及 I2C0/I2C1 口。
[0015] 所述ADC单元包括ADCO单元及ADCl单元,其中ADCO单元为12位8通道模数转换器,单端或差分模拟输入;ADCl单元为16位8通道模数转换器,单端或差分输入。
[0016]所述 GP1 口为 32 位。
[0017]本发明的有益效果:
[0018] I)本发明能够实时采集模拟、数字信号,并对最终得到的数字信号进行相关运算处理,此SOC芯片具有成本低、功耗低、体积小、使用方便、准确度高、可靠性高等特点。
[0019] 2)此SOC中集成了多种通信接口,包括UART/SPI/I2C,可方便与外部进行数据交换,且有多种合适的存储单元,可方便电力系统采集到的数据的存储,存储单元的大小和性能都是为电力系统实际应用专门定制的。
[0020] 3)此SOC内部集成了两个ADC单元,ADCO是8通道12位的且拥有两种功耗模式,ADCl是8通道16位的,拥有高性能高准确度,可根据应用场景的要求采用合适的ADC。
[0021] 4)此SOC芯片内部集成了ZSP高性能处理器,具有多种外设接口,具有16位处理能力,功耗低,而且其软件工具ZViewIDE中所定义的库函数涵盖了大部分C语言的标准库函数,并加入一些DSP独有的函数,在进行算法程序编译和调试时,在满足功能的情况下可开启程序优化功能,进一步对代码优化,同时可离线编译计算出在实际硬件实现中代码运行的周期,通过不算优化程序可以满足硬件实时性的要求。
[0022] 5)此SOC内部通过AHB总线连接了8/16/32位宽的DMA,由DMA单元完成数据传输,无需CPU操作,可节省CPU的开销,传输速度很快,若是通过CPU传输数据,速度就会相差很多倍,因为CPU要先读其寄存器,再从寄存器写到存储器,这种流水操作需要多余的4-8个时钟。
附图说明
[0023]图1是本发明的结构连接图。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例及附图,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
[0025] 实施例
[0026]如图1所示,一种用于电力能源系统的SOC芯片,包括采集模块、存储模块、信号处理模块、传输模块及总线模块。
[0027]所述总线模块包括相互连接的AHB高速系统总线及APB低速外设总线;
[0028]所述信号处理模块、存储模块及传输模块与AHB高速系统总线即AHBBus相互连接,所述采集模块与AI3B低速外设总线即APBBus相互连接;还包括两个AHB2Aro桥连接在AHB总线和AI3B总线之间,实现AHB高速总线及APB低速外设总线的连接,可接入UART/SPI/I2C/ADC,所述两个AHB2APB桥分别为AHB2APB BridgeO及AHB2APB Bridgel。
[0029]所述信号处理模块具体为ZSP400数字信号处理器,在保证对数据进行高速处理的同时可对开发算法进行优化以满足最优的计算效率。
[0030]所述传输模块包括DMA单元,由DMA单元直接控制数据在各个模块之间的传输,大大加速了数据处理效率。
[0031] 图1中ZSP表示ZSP400数字信号处理器。
[0032]此DMA单元拥有AMBA总线标准,且拥有五个传输通道,每个通道都支持单向传输,通道O将采集模块ADC的转换数据传输至存储模块SRAM中,通道I将采集模块中GP10、UART、SP1、I2C的测量数据传输至存储模块SRAM中。可支持16个外部DMA请求,支持内存到内存、内存到外设、外设到外设、外设到内存四种工作模式;支持32位编程传输和8/16/32位DMA传输。
[0033]所述采集模块采集传感器侧的模拟及数字信号,通过传输模块传输至存储模块,信号处理模块读取存储模块的数据进行处理。
[0034]所述存储模块包括EFLASH、R0M及SRAM存储单元。各个存储单元大小和规格都是为电力系统设备开发专门定制的,用于数据和程序的存储;
[0035]以本发明应用在智能电表为例说明本发明的工作过程:
[0036]采集模块包括用于模数转换的ADC单元及用于采集数字信号的GP1口、UART 0/1^尺11、3?10/3?11及120)/12(:1口40(:单元包括40(:0及40(:1单元将采集传感器侧模拟信号转化为数字信号,通过DMA单元通道O以8/16/32位的形式传输存储模块中的SRAM中存储;
[0037] GP1^UART 0/UARTl、SP10/SPIl、I2C0/I2Cl采集到的数字信号通过DMA单元通道I以8/16/32位的形式传输至SRAM存储单元中存储。
[0038] ZSP400数字信号处理器从SRAM存储单元中读取数据,用各个子函数形式对采集到的数据进行电压电流有效值、功率、功率因数和电量等电表相关参数的计算,其中对于每小时、每天、每月、每年的用电量,可储存在ef Iash存储单元中。
[0039] ZSP400数字信号处理器每次处理完后得到的数据通过UART/SPI/I2C接口与外部进行通信,若外部与单片机相连,则可将处理后的参数通过单片机控制在LCD显示屏上显示出来,并设置固定间隔的刷新时间。
[0040]本发明中SOC芯片可应用于电力能源系统测量和数字信号处理的各种场合和领域,包括智能电表,电能质量监测仪,继电保护仪等设备以及智能变电站领域数据采集的领域。这大大降低了电力设备的开发成本和难度、缩短了开发周期、也简化了硬件电路,有助于提高电力能源系统产品开发的准确性和可靠性。
[0041]上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于电力能源系统的SOC芯片,其特征在于,包括采集模块、存储模块、信号处理模块、传输模块及总线模块; 所述总线模块包括相互连接的AHB高速系统总线及APB低速外设总线; 所述信号处理模块、存储模块及传输模块与AHB高速系统总线相互连接,所述采集模块与APB低速外设总线相互连接; 所述信号处理模块具体为ZSP400数字信号处理器; 所述传输模块包括DMA单元; 所述采集模块采集传感器侧的模拟及数字信号,通过传输模块传输至存储模块,信号处理模块读取存储模块的数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的SOC芯片,其特征在于,还包括两个AHB2APB桥,分别连接在AHB高速系统总线及APB低速外设总线之间。
3.根据权利要求1所述的SOC芯片,其特征在于,所述存储模块包括EFLASH、R0M及SRAM存储单元。
4.根据权利要求1所述的SOC芯片,其特征在于,所述采集模块包括用于模数转换的ADC单元及用于采集数字信号的GP1口、UART 0/UARTUSP10/SPI1及I2C0/I2C1 口。
5.根据权利要求4所述的SOC芯片,其特征在于,所述ADC单元包括ADCO单元及ADCl单元,其中ADCO单元为12位8通道模数转换器,单端或差分模拟输入;ADCl单元为16位8通道模数转换器,单端或差分输入。
6.根据权利要求4所述的SOC芯片,其特征在于,所述GP1 口为32位。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111427840A (zh) * 2020-04-15 2020-07-17 南方电网数字电网研究院有限公司 一种继电保护系统及其专用多核心Soc芯片架构

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