4.2 儀測系統建構
4.2.1 訊號處理單元
訊號處理單元包含電壓及電流探棒、訊號準位調整電路、數位訊號處理器(DSP)、LCD 顯示器、
與鍵盤，主要工作為訊號的擷取、轉換、與各項電力品質指標的計算，並且搭配 LCD 螢幕與鍵盤，提 供監測模式與對象選擇介面。圖 7 為監測模式架構，其中自動化監測模式可對監測之指標做即時的量 測分析與記錄。監測時若發生電力品質事件，可在事件結束後顯示於 LCD 螢幕上，並將記錄之資料存 入雙口記憶體中。使用者若想要了解系統目前的電力品質情況，則選擇即時監測模式，在此模式下，
只要透過鍵盤的選擇，便可即時更新電力品質情形。訊號處理單元軟及硬體組成之進一步說明如後。
圖 7 訊號處理單元之操作模式 4.2.1.1 前置信號擷取介面
前置信號擷取介面包含電壓及電流探棒與信號準位調整電路。因 DSP 中 ADC 模組可接受的輸入 範圍在 0V 至 3.3V，故需先透過電壓及電流探棒將訊號衰減，後再經由訊號準位調整電路，將訊號控 制在前述可接受的範圍，使 DSP 之 ADC 可以正常的取樣。表 1 及表 2 分別為電流探棒與電壓探棒規 格，其中電壓衰減倍率為 200 倍，電流轉換因素為 1A/10mV。圖 8 為訊號準位調整電路，其中運算放 大器的型號為 TL084，主要規格為:
(1) 電源供應：±15V，
(2) 輸入電壓：±15V，
(3) 電壓大小增益之頻寬：200 kHz。
表 1 電流探棒規格
Dimensions: (L x W x H) 231 x 36 x 67 mm
Type B: BNC-plug
Product Specifications: Transformer ratio: 100 mV/A - 10 mV/A Measurement range A/AC: 0.05 - 100 A
Output voltage: Max. 1 V
Base accuracy: 3 %
Opening range of current clamps: 12.5 mm
Power supply: 9 V battery pack Overvoltage category: CAT IV 300 V
Weight: 330 g
表 2 電壓探棒規格
FEATURE Economic（1300V）
Band Width 25MHz
Max Input Range（AC-p-p） 20mV～1300V Attenuator Selection x20,x50,x200 Input Impedance（Differential R/C） 4MΩ 1.7PF
Input R（Each Input R/C） 2MΩ 3.4PF
圖 8 前置信號準位轉換電路
4.2.1.2 訊號轉換與運算
本研究採用德州儀器(TI)公司的數位信號處理器(Digital Signal Processor, DSP) TMS320LF2407A 作 為訊號轉換與運算核心，其詳細規格如下[60]：
(1)
指令週期時間：25 ns (40MIPS)，(2)
工作電壓：3.3V，(3)
程式記憶體：32K words (16bits)，(4)
資料記憶體：DRAM_544 words、SRAM_2K words，(5)
Boot ROM：SCI/SPI Boot loader，(6)
事件管理者(EVA 與 EVB)模組包含以下功能：2 個 16bit 一般功能計時器，6 個 16bit 脈波寬度調變 (PWM)通道，3 個外部事件時間標記的捕捉器，看門狗(Watch Dog)計時模組，(7)
類比/數位轉換器：16 個 10bit 通道，轉換時間 500ns，圖 9 DSP 工作流程
4.2.1.3 周邊電路
為了讓現場的操作人員能方便得知系統電力品質情形與選擇監測模式，故在訊號處理單元中加入 了 LCD 顯示器，並搭配鍵盤，提供使用者操作的介面。其中 LCD 顯示器分為以下三種：
(1) 文字型 LCD，可分別顯示中文和英文兩種，最常見是顯示英文文字，其解析度有 16×2、16×4、20×2、
20×4、24×4 等，
(2) 繪圖型 LCD，純粹顯示圖形，其解析度有 122×32、128×64、128×128、240×128 等，
(3) 繪圖文字混合 LCD，可以顯示文字與圖形，其解析度有 240×128、320×240 等。
本研究所使用的 LCD 顯示器為繪圖文字型，其型號為 WG240128A，內建 8KB 的 SDRAM，解 析度為 240×128 點。由於可同時顯示文字與圖形，使得設計者能更方便規劃畫面格式。此外 LCD 顯示 器的中包含了控制匯流排及資料匯流排，透過固定的時序控制流程，讓 DSP 與 LCD 做好雙向溝通的 連結，正常顯示資料畫面。當使用者欲得知之電力品質指標資料時，DSP 即發出信號通知 LCD，告知 有資料要顯示。LCD 會先檢查可否接收資料，如果可以則會傳送旗標信號給 DSP。圖 10 為資料詳細 寫入流程：
(1) 檢查狀態是否允許寫入，
(2) 若可以，則傳送低位元組位址，
(3) 檢查狀態是否允許寫入，
(4) 若可，則傳送高位元組位址，
(5) 檢查狀態是否允許寫入，
(6) 若可以，則送 24H 指令告知 LCD 位址指標設定已完成，
(7) 檢查狀態是否允許寫入，
(8) 寫入欲顯示的資料到設定之位址，並於 LCD 上顯示，
(9) 檢查狀態是否允許寫入，送 C0H 指令告知 LCD 此資料已寫入完成。
圖 10 LCD 資料寫入流程
此外，控制匯流排採雙向溝通模式，但是 DSP 的工作電壓範圍為 0V 至 3.3V，而 LCD 的工作電 壓為 0V 至 5V。若 LCD 直接連接 DSP 就會造成 5 伏特電壓對 3.3 伏特電壓充電，充電電流將造成兩 者電路元件的損毀。故本研究採用德州儀器(TI)的電位轉換晶片 SN74LVC4245A 解決電位轉換問題，
圖 11 為其腳位配置情形，由圖中可見晶片兩邊分為 5 伏特的 Port A 及 3.3 伏特的 Port B，籍由 DSP 給
予 DIR 腳位的狀態，控制不同電位的轉換。當 DIR 腳位為低電位(L)則 Port B 資料流向 Port A，當 DIR 腳位為高電位(H)則 Port A 資料流向 Port B，詳細動作情形如表 3 所示。
圖 11 電位轉換晶片接腳 表 3 電位轉換晶片的電位轉換狀態
輸入 轉換動作
OE DIR
L L Port B 資料流向 Port A
L H Port A 資料流向 Port B