一種用於電力能源系統的SOC晶片的製作方法

2023-04-24 10:21:51 1

本發明涉及電氣技術及微電子領域，具體涉及一種用於電力能源系統的SOC晶片。

背景技術：

隨著智能電網建設的不斷發展，電網智能化使得電力設備的發展迅猛，智能電錶、電能質量監測儀等設備的增長如雨後春筍，智能變電站的加速發展也表明了未來電力設備一直會保持良好的增長態勢。

對智能電錶這類設備從電子互感器側採集得到的數據(電壓、電流等)進行有效的處理是必要和關鍵的一步，數據處理的好壞直接影響到整個測量結果的準確性，目前市場上這類產品大多是直接通過專門的電錶晶片將模擬信號轉換為數位訊號，再進行電能參數計算和處理，由於電錶晶片的局限性使其應用範圍必然很小。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種電力能源系統的SOC晶片，具體應用在電力能量系統的測量及數位訊號處理。晶片集成了模擬信號測量接口、數位訊號採集接口、ADC轉換器以及高性能數位訊號處理器ZSP等。

本發明採用如下技術方案：

一種用於電力能源系統的SOC晶片，包括採集模塊、存儲模塊、信號處理模塊、傳輸模塊及總線模塊；

所述總線模塊包括相互連接的AHB高速系統總線及APB低速外設總線；

所述信號處理模塊、存儲模塊及傳輸模塊與AHB高速系統總線相互連接，所述採集模塊與APB低速外設總線相互連接；

所述信號處理模塊具體為ZSP400數位訊號處理器；

所述傳輸模塊包括DMA單元；

所述採集模塊採集傳感器側的模擬及數位訊號，通過傳輸模塊傳輸至存儲模塊，信號處理模塊讀取存儲模塊的數據進行處理。

還包括兩個AHB2APB橋，連接在AHB高速系統總線及APB低速外設總線之間。

所述存儲模塊包括ELASH、ROM及SRAM存儲單元。

所述採集模塊包括用於模數轉換的ADC單元及用於採集數位訊號的GPIO口、UART 0/UART1、SPI0/SPI1及I2C0/I2C1口。

所述ADC單元包括ADC0單元及ADC1單元，其中ADC0單元為12位8通道模數轉換器，單端或差分模擬輸入；ADC1單元為16位8通道模數轉換器，單端或差分輸入。

所述GPIO口為32位。

本發明的有益效果：

1)本發明能夠實時採集模擬、數位訊號，並對最終得到的數位訊號進行相關運算處理，此SOC晶片具有成本低、功耗低、體積小、使用方便、準確度高、可靠性高等特點。

2)此SOC中集成了多種通信接口，包括UART/SPI/I2C，可方便與外部進行數據交換，且有多種合適的存儲單元，可方便電力系統採集到的數據的存儲，存儲單元的大小和性能都是為電力系統實際應用專門定製的。

3)此SOC內部集成了兩個ADC單元，ADC0是8通道12位的且擁有兩種功耗模式，ADC1是8通道16位的，擁有高性能高準確度，可根據應用場景的要求採用合適的ADC。

4)此SOC晶片內部集成了ZSP高性能處理器，具有多種外設接口，具有16位處理能力，功耗低，而且其軟體工具ZViewIDE中所定義的庫函數涵蓋了大部分C語言的標準庫函數，並加入一些DSP獨有的函數，在進行算法程序編譯和調試時，在滿足功能的情況下可開啟程序優化功能，進一步對代碼優化，同時可離線編譯計算出在實際硬體實現中代碼運行的周期，通過不算優化程序可以滿足硬體實時性的要求。

5)此SOC內部通過AHB總線連接了8/16/32位寬的DMA，由DMA單元完成數據傳輸，無需CPU操作，可節省CPU的開銷，傳輸速度很快，若是通過CPU傳輸數據，速度就會相差很多倍，因為CPU要先讀其寄存器，再從寄存器寫到存儲器，這種流水操作需要多餘的4-8個時鐘。

附圖說明

圖1是本發明的結構連接圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。

實施例

如圖1所示，一種用於電力能源系統的SOC晶片，包括採集模塊、存儲模塊、信號處理模塊、傳輸模塊及總線模塊。

所述總線模塊包括相互連接的AHB高速系統總線及APB低速外設總線；

所述信號處理模塊、存儲模塊及傳輸模塊與AHB高速系統總線即AHBBus相互連接，所述採集模塊與APB低速外設總線即APBBus相互連接；還包括兩個AHB2APB橋連接在AHB總線和APB總線之間，實現AHB高速總線及APB低速外設總線的連接，可接入UART/SPI/I2C/ADC，所述兩個AHB2APB橋分別為AHB2APB Bridge0及AHB2APB Bridge1。

所述信號處理模塊具體為ZSP400數位訊號處理器，在保證對數據進行高速處理的同時可對開發算法進行優化以滿足最優的計算效率。

所述傳輸模塊包括DMA單元，由DMA單元直接控制數據在各個模塊之間的傳輸，大大加速了數據處理效率。

圖1中ZSP表示ZSP400數位訊號處理器。

此DMA單元擁有AMBA總線標準，且擁有五個傳輸通道，每個通道都支持單向傳輸，通道0將採集模塊ADC的轉換數據傳輸至存儲模塊SRAM中，通道1將採集模塊中GPIO、UART、SPI、I2C的測量數據傳輸至存儲模塊SRAM中。可支持16個外部DMA請求，支持內存到內存、內存到外設、外設到外設、外設到內存四種工作模式；支持32位編程傳輸和8/16/32位DMA傳輸。

所述採集模塊採集傳感器側的模擬及數位訊號，通過傳輸模塊傳輸至存儲模塊，信號處理模塊讀取存儲模塊的數據進行處理。

所述存儲模塊包括EFLASH、ROM及SRAM存儲單元。各個存儲單元大小和規格都是為電力系統設備開發專門定製的，用於數據和程序的存儲；

以本發明應用在智能電錶為例說明本發明的工作過程：

採集模塊包括用於模數轉換的ADC單元及用於採集數位訊號的GPIO口、UART 0/UART1、SPI0/SPI1及I2C0/I2C1口；ADC單元包括ADC0及ADC1單元將採集傳感器側模擬信號轉化為數位訊號，通過DMA單元通道0以8/16/32位的形式傳輸存儲模塊中的SRAM中存儲；

GPIO、UART 0/UART1、SPI0/SPI1、I2C0/I2C1採集到的數位訊號通過DMA單元通道1以8/16/32位的形式傳輸至SRAM存儲單元中存儲。

ZSP400數位訊號處理器從SRAM存儲單元中讀取數據，用各個子函數形式對採集到的數據進行電壓電流有效值、功率、功率因數和電量等電錶相關參數的計算，其中對於每小時、每天、每月、每年的用電量，可儲存在eflash存儲單元中。

ZSP400數位訊號處理器每次處理完後得到的數據通過UART/SPI/I2C接口與外部進行通信，若外部與單片機相連，則可將處理後的參數通過單片機控制在LCD顯示屏上顯示出來，並設置固定間隔的刷新時間。

本發明中SOC晶片可應用於電力能源系統測量和數位訊號處理的各種場合和領域，包括智能電錶，電能質量監測儀，繼電保護儀等設備以及智能變電站領域數據採集的領域。這大大降低了電力設備的開發成本和難度、縮短了開發周期、也簡化了硬體電路，有助於提高電力能源系統產品開發的準確性和可靠性。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。