【模塊化繼電保護教學實驗裝置】
功能/作用介紹
簡介
實驗系統以TMS320C6722浮點處理器為核心。搭配了ARM協處理器作為控制核心，外部接口豐富，功能強大。實驗系統自身可以發送與處理各種信號，特別是鐵路軌道信號，完全可以作為信號處理、自動化、通信工程等專業工程技術人員的實驗教學與開發硬件平臺。
為了更好的應用于實驗教學，本系統設計了一些具有創新性的綜合實驗和科研開發教學例程，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實驗。并結合LABVIEW虛擬儀器平臺設計了實驗界面。
本系統可作為實驗教學與科研開發的硬件平臺，尤其可作為鐵路軌道信號相關課題的研究平臺。
本系統主處理器為DSP(TMS320C6722)負責完成數據處理任務，協處理器ARM(STM32F103ZET6)負責完成系統控制功能，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，為了便于實驗系統的二次開發，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協處理器
DSP處理器處理器選用TI公司的浮點DSP芯片TMS320C6722B，負責整個實驗系統的數據處理運算功能;協處理器選用ST公司的STM32F103ZET6，負責整個實驗系統的控制輸出和通信功能。
(2)電源
實驗系統的電源為雙CPU處理器提供獨立的3.3V供電、并為模擬電路提供獨立、穩定的±5V供電。
(3)存儲器
實驗系統通過主處理器浮點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)模擬數據采集部分
數據采集部分包括專用的A/D、D/A、DDS信號發生器。專用的A/D是為了滿足不同采樣率的設定而添加的硬件，DDS信號發生器采用AD9831芯片實現，主要用來產生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主從處理器間的數據通信任務，有SPI方式和雙口RAM兩種方式;與上位機的數據通信方式也有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。實驗系統前端采集到的數據信號，經過主處理器的運算分析后，結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的運行情況。
(8)邏輯控制
實驗系統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。負責完成系統的邏輯譯碼、時序控制以及I/O復用功能，實現對外圍電路的靈活配置。
軟件支持：
實驗系統主要設計了三個具有代表性的綜合實驗：DDS的使用及采樣程序設計;卷積運算和FIR數字濾波器設計與實現;簡單的鐵路軌道信號的發送和接受解調實驗設計。
DDS的使用及采樣程序：通過實驗可以讓學生了解CCS3.3集成開發環境的使用方法，并學習DDS、A/D轉換器的原理和使用方法。使學生熟悉雙口RAM的使用方法，以及實驗系統與PC機通信的兩種方式(RS-232串口和USB)。
卷積運算和FIR數字濾波器設計與實現：使學生進一步了解實驗系統的硬件原理，學習D/A的原理和使用方法，學習如何在實驗系統上進行算法的實現。
簡單的軌道信號的發送和解調實驗設計：通過實驗可以讓學生了解軌道信號的特點和信號解調的一般方法，為軌道信號的科研開發做鋪墊。
此外，實驗系統還設計了一個模擬高速鐵路軌道信號發送和接收解調例程。根據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。
作品名稱：TMS320C6722多功能教學實驗系統
完成單位：北京交通大學電子信息工程學院電工電子實驗教學中心
