基于单片机的电能质量检测分析平台设计（图）

2.4 方案设计

电能质量检测装置要完成的任务种类繁多。首先要实现对现场的电能参数进行实时采集，然后要对采集数据进行快速处理，最后还要对处理参数进行统计和存储，同时要完成与用户的通讯等多个任务。这就要求我们所设计的系统不仅具有高速的处理能力，还要具备实时任务调度能力，当然最主要的还要考虑到设备的成本问题。目前已经出现过多种电能质量检测装置的设计方案，如(1)基于采集卡+工控机的设计实现方式，(2)基于单片机的设计实现方式，(3)基于DSP 的设计实现方式。

采用上述方案都存在一些问题，基于采集卡+工控机的设计实现方式，设备成本偏高、体积大、灵活性不够，不适宜大量定点安放在各检测现场;基于单片机的设计实现方式，数据处理能力不够强大，内存资源不够丰富，实现大量的数据计算和交换比较困难;基于DSP 的设计实现方式，成本高，一般适用于数据处理运算量比较大，实时性要求高而对控制和通信能力要求相对较低的检测系统。另外还有一些组合方案，如基于单片机+DSP的设计实现方式，基于MCU+CPLD的设计实现方式，但系统复杂，开发困难，成本较高。

本项目采用基于带5级流水线的32位MIPS内核的高性能RISC处理器 PIC32进行开发，速度高，最高80 MHz的频率，带有单周期乘法单元和高性能除法单元，很好的整合了单片机和DSP的功能，构成一功能强大的32位DSC(数字处理控制器)，特别适合于控制、处理双密集型的场合，且该类处理器资源丰富、片内外设功能强大，足够满足常用控制场合。采用该设计方案，在满足处理大运算量实时任务要求的同时，系统的设计成本也相对较低。

PIC32系列单片机是Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)推出的高性能32位单片机，它是以MIPS32架构为基础设计的。目前推出的PIC32MX3XX分支为通用型，PIC32MX4XX分支带有USB功能，PIC32MX5XX分支带有USB和CAN功能，PIC32MX6XX分支带有USB和Ethernet功能，PICMX7XX分支则带有USB、CAN和Ethernet功能。PIC32系列单片机采用哈佛结构，带有5级流水线，工作频率最高80 MHz;具有高效指令架构、高性能硬件乘法器/累加器及多至8组32个内核寄存器，可实现1.56 DMIPS/MHz的运行速度。此外，PIC32系统具有指令和ROM数据预取缓冲器的64字节高速缓存，128位宽的闪存，可缩短单个指令的取指时间，支持MIPSl6e 16位指令集构架，可最多减少40%的代码。

PIC32系列单片机包括了闪存范围从32KB到512KB的可扩展器件，片上RAM从8KB到128KB，引脚与64/100引脚的16位单片机PIC24FJ-XXXGA系列兼容，新推出的PIC32MX5XX/6XX/7XX提供XBGA的封装。另外，PIC32系列单片机带有丰富的外设资源——5个定时器、16路通道的10位A/D转换器及通信接口，即SPI、I2C、UART和PMP，同时PIC32还有集成的CRC计算功能和基于模式的传输终端选择功能的DMA控制器。此外，PIC32MX5/6/7系列包括10/100 Mbps以太网、CAN2.0b控制器、USB主设备/从设备和OTG功能。

PIC32系列单片机不仅比PIC 8位、16位单片机速度更快、性能更强，同时相对于ARM系列的32位单片机也具有一定的优势。虽然Microc-hip能选择的MISP 4K最高时钟频率只有80 MHz，但是由于MIPS内核简洁，多家处理器评估机构确认PIC32的处理能力总体性能更高，而且PI-C32的指令多为单周期指令，比多周期指令执行速度更迅捷。PIC32系列单片机多达128 KB的RAM，使其在数据处理上更具优。Microchip微公司还有一个非常独特的优势，就是该公司所有8、16和32位的器件都是充分兼容的，所有的这些全系列的产品使用的都是同样的开发工具，单一的开发环境，软件库也是全面兼容的，这对于客户更为方便。此外，Ashling、Green Hills及Hi-Tech提供了完整工具链支持，CM-X、Exp-ress Logic等提供RTOS支持，EasyGUI、Segger、RamTeX及Micrium等提供绘图工具支持。值得一提的是，微芯公司为开发人员准备了入门工具包，示例源文件，同时免费提供了如USB、TCP/IP协议栈，以及Graphics和FATl6文件系统开发的中间件模块。PIC32的MPLAB C32编译器包括了16位Microchip MCU兼容的软件外设函数库，以更加方便快捷地使用外没模块。Microchip集成开发工具支持所有PIC32型号单片机，包括MPLAB集成开发环境(IDE)、MPLAB C32 C编译器、MPLAB REAL ICE仿真系统、MPLAB ICD2在线调试器及Explore 16开发板等。