【模块化继电保护教学实验装置】
功能/作用介绍
简介
实验系统以TMS320C6722浮点处理器为核心。搭配了ARM协处理器作为控制核心，外部接口丰富，功能强大。实验系统自身可以发送与处理各种信号，特别是铁路轨道信号，完全可以作为信号处理、自动化、通信工程等专业工程技术人员的实验教学与开发硬件平台。
为了更好的应用于实验教学，本系统设计了一些具有创新性的综合实验和科研开发教学例程，包括A/D、D/A、DDS、音频等器件的控制和使用及一些算法(FFT、FIR和卷积)和具体的铁路轨道信号专业实验。并结合LABVIEW虚拟仪器平台设计了实验界面。
本系统可作为实验教学与科研开发的硬件平台，尤其可作为铁路轨道信号相关课题的研究平台。
本系统主处理器为DSP(TMS320C6722)负责完成数据处理任务，协处理器ARM(STM32F103ZET6)负责完成系统控制功能，外围电路包括专用的A/D、D/A、DDS信号源、音频电路、键盘控制、LCD显示、SD卡及USB接口。本系统的外围电路增强了通信控制单元的功能，主从处理器采用双口RAM通信。另外，为了便于实验系统的二次开发，对DSP芯片一些重要功能模块的引脚进行了信号总线扩展。
硬件部分：
(1)DSP处理器及ARM协处理器
DSP处理器处理器选用TI公司的浮点DSP芯片TMS320C6722B，负责整个实验系统的数据处理运算功能;协处理器选用ST公司的STM32F103ZET6，负责整个实验系统的控制输出和通信功能。
(2)电源
实验系统的电源为双CPU处理器提供独立的3.3V供电、并为模拟电路提供独立、稳定的±5V供电。
(3)存储器
实验系统通过主处理器浮点DSP 芯片TMS320C6722B的16位EMIF外部存储单元扩展接SDRAM、FLASH及双口RAM存储器件。
(4)模拟数据采集部分
数据采集部分包括专用的A/D、D/A、DDS信号发生器。专用的A/D是为了满足不同采样率的设定而添加的硬件，DDS信号发生器采用AD9831芯片实现，主要用来产生FSK、ASK、方波、三角波等各种信号源，D/A主要用于输出处理后的信号波形。
(5)语音部分
音频部分使用音频编解码器TLV320AIC23芯片，可以完成对语音信号的采集、处理，并输出处理后的语音信号。
(6)通信传输
通信传输部分主要负责主从处理器间的数据通信任务，有SPI方式和双口RAM两种方式;与上位机的数据通信方式也有USB2.0通信和RS232标准异步串行通信两种方式可以选择。
(7)输出显示
输出显示实验系统主要包括4×4键盘输入控制、128×64液晶显示两部分。实验系统前端采集到的数据信号，经过主处理器的运算分析后，结果传输至从处理器这一端，由控制单元完成输出显示及上灯等操作，以便用户实时观测到整个系统的运行情况。
(8)逻辑控制
实验系统使用可编程逻辑器件(CPLD)作为各功能模块单元之间的桥梁和控制接口。负责完成系统的逻辑译码、时序控制以及I/O复用功能，实现对外围电路的灵活配置。
软件支持：
实验系统主要设计了三个具有代表性的综合实验：DDS的使用及采样程序设计;卷积运算和FIR数字滤波器设计与实现;简单的铁路轨道信号的发送和接受解调实验设计。
DDS的使用及采样程序：通过实验可以让学生了解CCS3.3集成开发环境的使用方法，并学习DDS、A/D转换器的原理和使用方法。使学生熟悉双口RAM的使用方法，以及实验系统与PC机通信的两种方式(RS-232串口和USB)。
卷积运算和FIR数字滤波器设计与实现：使学生进一步了解实验系统的硬件原理，学习D/A的原理和使用方法，学习如何在实验系统上进行算法的实现。
简单的轨道信号的发送和解调实验设计：通过实验可以让学生了解轨道信号的特点和信号解调的一般方法，为轨道信号的科研开发做铺垫。
此外，实验系统还设计了一个模拟高速铁路轨道信号发送和接收解调例程。根据ZPW2000轨道信号的缺点和不足，提出了合理可靠的正交化改造方案，并完成了该正交化方案在TMS320C6722多功能实验平台上的实现。
作品名称：TMS320C6722多功能教学实验系统
完成单位：北京交通大学电子信息工程学院电工电子实验教学中心
