【正文】 個孤立的光耦中 16 引腳塑料 DIP 封裝，集電極 發(fā)射極電壓： 55V（最小值），經(jīng)常轉(zhuǎn)移的比例： 50％（最小），隔離電壓： 2500 Vrms （最?。?。它包括一個集成了 Ether 的媒體訪問控制器 (MAC)， 10BASET 物理層收發(fā)器包括接收器、發(fā)送器、自適應、回環(huán)、極性糾正、 jabber、智能抑制噪聲和連接完整性功能 ， 支持自動協(xié)商模式和雙工模式 。 具有 14 個中斷源 ,CP2200 可以向主機申請中斷處理 ， 主機可以在響應中斷處理后 ， 通過讀 INT0\INT1 的中斷狀態(tài)寄存器來清除中斷 。 本系統(tǒng)硬件的核心是單片機和以太網(wǎng)傳輸?shù)脑O(shè)計與實現(xiàn) ， 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計可分三步進行。三相電的電壓有兩種說法，一是線電壓，即三相電的每兩條線之間的電壓，另一種是相電壓，即三相電一條線與零相 N 之間的電壓 [12][13]。 信號提取的設(shè)計 由于考慮到從三相電中提取信號供給單片機，所以可也采用電阻分壓 的法案來處理，如果要考慮隔離傳輸?shù)葐栴}，就必須的使用電壓互感器或者電流互感器來處理，本系統(tǒng)采用的是電阻分壓的方法。其工作過程為：當通過正半周較高電壓時，光電管 D1， T1 導通 Vo 為低電平，當正半周電壓反向接近零點時 D1 達不到導通電壓的值而截止，從而使 T1 截止 Vo 為高電平 。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 35 正負半軸過零檢測電路 但是由于該系統(tǒng)的考慮的三相四線制三相電，參考零點位選地線，所以電壓的范圍為 0 到 5V，沒有負半軸，于是只采用一個 TLP5211 即可。本文以 Silicon 公司的CP2200 以太網(wǎng)控制器為基礎(chǔ) ,著重介紹了嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口的軟硬件設(shè)計。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 38 按鍵電路 由于 VCC 是 5V 的直流電壓，所以當按鍵 K K K K4 分別按下時，其電壓值分別為 1V、 2V、 3V、 4V。這就用到嵌位電路，其電路圖如圖 39 所示。而 Keil軟件是目前最流行開發(fā) MCS51系列單片機的軟件。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。因此本系統(tǒng)使用 Keil作為系統(tǒng)軟件編譯及調(diào)試的工具 [11]。 器件時鐘的初始化：通過將特殊寄存器 OSCICN 的 IFCN1 和 IFCN0 位都置 ?1? 設(shè)置內(nèi)部晶振為最高頻率；通過將特殊寄存器 CLKMUL 的 MULEN 位置 ?1?使能時鐘乘法器，然后延時等待時鐘乘法器準備好。 LED 數(shù)碼管的顯示 在單片機應用系統(tǒng)中， 驅(qū)動 LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，顯示器顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。 硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成， CPU只要送出標準的 BCD碼即可，硬件接線有一定標準。 本系統(tǒng)中， LED 數(shù)碼管的數(shù)據(jù)處理流程圖以及數(shù)據(jù)顯示順序如下圖 52 和圖53 所示。1）位被設(shè)置為 0。由于 STC90C58AD 的處理速度、內(nèi)部集成的資源有限，而 TCP/IP協(xié)議種類繁多，不可能集成所有的 TEP/IP 協(xié)議，所以，使用裁剪后的 TCP/IP 協(xié)議。由于該系統(tǒng)應用于在線數(shù)字識別系統(tǒng)，可靠性要求高，所以，該系統(tǒng)采用了 TCP 協(xié)議。 本系統(tǒng)設(shè)計用于測量三相電的電壓有、頻率和相序參數(shù)。本測量儀表可以實時、準確測量電壓值、相序和頻率等各項三相電參數(shù)。 本設(shè)計可進行如下的改進： （ 1）采用處理速率更加快的控制平臺，比如 ARM、 FPGA、 DSP 等。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 參考文獻 [1] 邱關(guān)源著，羅先覺修訂 .電路 [M].高等教育出版社出版 .20xx 年 5 月 . 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[20] 李學海 .經(jīng)典 80C51 單片機輕松入門與上手 [J].清華大學出版社 20xx. 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 致 謝 值此畢業(yè)設(shè)計及論文完成之際，謹對四 個月 來指導、關(guān)心、幫助過我王延年教授、熊偉學長 和李濤學長 、我的搭檔戚偉同學致以深深的謝意。因此，本系統(tǒng)可在此方面進行改進，比如通過串口或者其他通信方式實現(xiàn)以太網(wǎng)的傳輸顯示等功能。此外，該測量系統(tǒng)還可以將測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過以太網(wǎng)傳輸大 PC 機上。適用于三相四線制三相電，能夠充分滿足三相電遠程控制的功能。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 開 始初 始 化 網(wǎng) 卡網(wǎng) 絡(luò) 上 有數(shù) 據(jù) ？是 A R P 包 ？A R P 處 理（ 請 求 / 應 答 ）是 I P 包 ？是 I C M P 包 ？是 U D P 包 ？U D P 處 理 丟 掉 該 包結(jié) 束P i n g 請 求 處 理P i n g 應 答 處 理NYNYYNYNY N 圖 55 CP2200 主程序流程圖 開 始T X B U S Y置 T X S T A R T H / T X S TA R T L 為 0 X 0 0 0前 一 個 數(shù) 據(jù)包 發(fā) 送 失 敗用 自 帶 寫 接 口 裝 載 數(shù)據(jù) 到 發(fā) 送 緩 沖 區(qū)用 隨 機 訪 問 模 式 裝 載數(shù) 據(jù) 到 發(fā) 送 緩 沖 區(qū)置 T X S T A R T H / T X S TA R T L 為 0 X 0 0 0T X G O 寫 1 開始 發(fā) 送結(jié) 束YNYNN 圖 56 CP2200 軟件發(fā)送流程圖 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 開 始接 收 緩 沖區(qū) 滿 ？接 收 緩 沖 區(qū) 清 0R X C F 置 0準 備 接 收 數(shù) 據(jù)接 收 正 常 ？丟 掉 該 包通 過 制 動 讀 接 口讀 取 整 個 數(shù) 據(jù) 包當 前 數(shù) 據(jù) 包 有 效 位 清 0準 備 接 收 新 的 數(shù) 據(jù) 包結(jié) 束NNYY 圖 57 CP2200 軟件接收流程 圖 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 主程序 流程圖 開 始初 始 化A / D 轉(zhuǎn) 換L E D 數(shù) 碼 管 顯 示并 傳 至 以 太 網(wǎng) 口判 斷 是 否 有按 鍵 操 作L E D 數(shù) 碼 管 顯 示并 傳 至 以 太 網(wǎng) 口校 準YN 圖 58 系統(tǒng)主程序流程圖 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 第 6 章 結(jié)論和展望 結(jié)論 本設(shè)計實現(xiàn)了具有以太網(wǎng)傳輸功能的三相電測量，使得三相電測量更加快捷和有效的監(jiān)控。由于 TCP 協(xié)議是基于連接的協(xié)議，在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前，必須和對方經(jīng)過 3 次對話，建立可靠的連接，而且當數(shù)據(jù)從 A 端傳到 B 端后， B端會發(fā)送一個確認包給 A 端，所以， TCP 協(xié)議適用于對可靠性要求較高的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。初始化時按以下步驟進行：等待復位引腳電平升高； MCU 通過中斷請求信號得到振蕩器是否完成初始化； MCU 查詢 INT0 來確定 CP2200 自身的初始化是否完成；禁止那些主處理器不監(jiān)視或不處理的事件的中斷；初始化物理層；用 IOPWR 寄存器使能所需要的活動（ Ack）、連接（ Link） LED；初始化媒體訪問控制器（ MAC）；配置接收過濾器。 1） CP2200 的初始化模塊 CP2200 的初始化是進行 CP2200 寄存器的配置。 本次設(shè)計中采用的是動態(tài)顯示和軟件譯碼。動態(tài)顯示需要 CPU 時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時間多。 器件 I/O 端口初始化：用端口輸入方式寄存器（ P0MDIN ）選擇所有端口引腳的輸入方式為數(shù)字輸入，而 P0MDIN 的默認方式為數(shù)字輸入因此無需修改；用端口輸出方式寄存器（ P0MDOUT ）選擇 SCK, MOSI 和 NSS 管腳為推挽輸出，因此需將 P0MDOUT 的第 0、 3 位分別置 ?1?；用端口跳過寄存器（ P0SKIP）選擇應被交叉開關(guān)跳過的那些引腳，本設(shè)計沒有被交叉開關(guān)跳過的引腳，因此不需修改；通過將特殊寄存器 XBR0 的 SPI0E 位置 ?1?將 SPI 連接到端口；使能交叉開關(guān)通過將特殊寄存器 XBR1 的 XBARE 位置 ?1?將交叉開關(guān)使能 。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 單 片 機 初 始 化 子 程 序 開 始看 門 狗 定 時 器 初 始 化器 件 時 鐘 初 始 化器 件 I / O 端 口 初 始 化單 片 機 初 始 化 子 程 序 結(jié) 束 圖 51 單片機初始化流程圖 看門狗定時器的初始化：通過對特殊寄存器 PCA0MD 的 WDTE 位將看門狗定時器使能，如果該位被置 “1”， PCA 模塊 4 被用作看門狗定時器，若為 ?0?看門狗定時器被禁止。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多 數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。掌握這一軟件的使用對于使用 51 系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是不二之選即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍 [16]。保證電壓在 0 到 5V 的范圍內(nèi)。 嵌位電路的設(shè)計 上章節(jié)基礎(chǔ)知識部分講述的嵌位電路，但是由于電路較復雜，成本較高，在此設(shè)計出一種更為簡單的嵌位電路 [14][15]。 CP2200 是 Silicon Laboratories 公司推出的一款 48 引腳的以太網(wǎng)控制器 ， 它符合 協(xié)議 ， 支持 10M 以太網(wǎng)接入 ，而且外圍接口電路簡單 ， 成本較低 ， 能夠滿足嵌入式設(shè)備接入以太網(wǎng)的要求。 圖 36 過零檢測電路 基于 CP2200 的嵌入式以太網(wǎng)模塊設(shè)計 近年來 ， 計算機技術(shù) ,通信技術(shù)的飛速發(fā)展 ， 使得我們在考慮通過計算機進西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的同時 ， 也要考慮許多領(lǐng)域的嵌入式設(shè)備如智能儀表 、 工業(yè)控制 、 數(shù)據(jù)采集 、 數(shù)控機床 、 安防監(jiān)控等也要接入網(wǎng)絡(luò)的需求。通過這個正負交越零點時的正脈沖信號向單片機 STC90C58AD 發(fā)出外部中斷 INT0，單片機根據(jù)該信號，經(jīng)過一定的延時后控制可控硅導通 [11]。 圖 34 信號提取電路 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 由分壓公式有： 用此方案依次將 A,B 和 C 相進行處理，得到 0 到 5V 的三相低壓電信號，供給單片機控制處理。依次為 A、 B、 C相。其中第一步是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，第一步要考慮到數(shù)據(jù)的處理速度，精確度，成本等問題。 CP2200 的基本結(jié)構(gòu)如圖 33 所示 。 8 位并行主機接口支持 Intel 和 Motorola 總線方式 ， 可以使用復用或非復用方式尋址 。 以太網(wǎng)部分是該系統(tǒng)的特色部分，但是這部分的軟件實現(xiàn)比較難，協(xié)議棧的問題是一個工作量很大的任務(wù)，同時，數(shù)據(jù)的傳輸速率與該部分有很大的關(guān)系，綜合考慮，該系統(tǒng)采用 Silicon 公司的以太網(wǎng)控制芯片 CP2200， Han Run 公司的HR911105A 為網(wǎng)絡(luò)變壓器。 TLP5