【正文】 于簡化系統(tǒng)的設(shè)計，減少印制板的占用面積 ， 提高可靠性。 （ 3） WP：寫保護，當(dāng) WP 引腳是低電平時，向 X5045 中的寫 操作被禁止，但是其 它的功能正常，當(dāng)引腳是高電平時，所有操作正常，包括寫操作，如果在 CS 是 低的時候， WP 變?yōu)榈碗娖剑瑒t會中斷向 X5045 中寫的操作，但是，如果此時內(nèi) 部易失性周期已經(jīng)初始化了， WP 變?yōu)榈碗娖讲黄鹱饔谩? 的電路連接如圖 中的看門狗對系統(tǒng)提供保護功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障 而超過設(shè)置時間時， 電路中的看門狗將通過 RESET 信號向 CPU 作出反應(yīng)。 采取以上措施，可以較好的提高 WDT 的穩(wěn)定性，有利于系統(tǒng)的正常運行。所以這里，我們考慮采用 RS485 串行標(biāo)準(zhǔn)來完成 采集模塊到上位機的數(shù)據(jù)傳輸問題。 RE：接收器輸出使能端，若 DE 為高，驅(qū)動輸出 A 和 B 有效，器件作線驅(qū)動器用 （發(fā)送） ；若 DE 為低，它們呈高阻態(tài)，這時 RE 為低，器件作線接收器使用（接 收） 。 GND：接地 Vcc：電源正極 1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 時鐘模塊 時間信息對于自動抄表系統(tǒng)而言是不可或缺的。 將時鐘放于集中器上還有利于上位機對時鐘進(jìn) 行精確定時。 芯片功能介紹 ◆實時時鐘具有計算 2100 年之前的年、月、周、日、時、分、秒的能力，同時 還有閏年的調(diào)整能力； ◆ 31 8 位暫存數(shù)據(jù)儲存 RAM； ◆串行 I/O 方式使得管腳數(shù)量最少； ◆寬范圍工作電壓： ～ ； ◆工作電流： 時，小于 300uA； ◆讀寫時鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時，有兩種傳輸方式：單字節(jié)傳送或者多字節(jié)傳送； ◆ 8 腳 DIP 封裝或可先 8 腳 SOIC 封裝； ◆簡單的 3 線接口，與 TTL 兼容（ Vcc=5V） ； ◆可選擇的工作溫度范圍較廣： 40～ +85 攝氏度； 引腳及其電路連接 DS1302 引腳及其電路連接圖分別見圖 及圖 ◆ X X2 接標(biāo)準(zhǔn)的 的晶振引腳； ◆ GND：接地端； ◆ SCLK：串行時鐘， RST 復(fù)位引腳， I/O 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳； ◆ Vcc Vcc2：電源供電管引腳； 1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 圖 DS1302 引腳圖 圖 DS1302 電路連接圖 串口 的擴展 在采集模塊和網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備之間有一個中間設(shè)備，讓它具有承上啟下的功 能，一是接受采集模塊的數(shù)據(jù)，另外把從采集模塊中的數(shù)據(jù)接收后發(fā)送上傳到網(wǎng) 絡(luò)接入設(shè)備， 從而讓網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備自動完成數(shù)據(jù)的上網(wǎng)發(fā)送。 SP2338 共有四個 串口，一個母串口，三個子串口，他們都是全雙工的串行通信口，允許同時接收 和發(fā)送數(shù)據(jù)。 ，其工作過程是： (1)先向 SP2338 的串口地址線 ADRI0、 ADRI1 送地址信號（ ADRI0、 ADRI1=00 子 串口 0， ADRI0、 ADRI1=01 子串口 1， ADRI0、 ADRI1=10 子串口 2） ；再向與自己 相連的線串口的通信線 上送數(shù)據(jù)； （ 2） SP2338 的母串口收到單片機串口送來的數(shù)據(jù)后就根據(jù) ADRI0 和 ADRI1 的狀 態(tài)，把數(shù)據(jù)送往相應(yīng)的子串口； （ 3）該子串口再把數(shù)據(jù)送往相連的串口設(shè)備。 L PF 5 6 1 1 2 1 5 1 6 7 8 9 2 1 1 2 1 2 1 4 1 3 2 0 2 2 2 4 2 3 1 0 1 7 18 電源監(jiān)控電路 V IP V IN V2P V2N A D C A D C Φ H PF 數(shù) 字 頻 率 轉(zhuǎn) 換 器 相 位 校 正 基 準(zhǔn) 網(wǎng) P G A X1， X2， X8， X 1 6 110101 110101 信號處理電路 R E F I N / OU T C LKIN S C F S0 S1 R EVP C F F1 F2 RESET D GN D D V D D A C / D C A D 7755 A V D D A V D D G0 G1 圖 AD7755 的內(nèi)部框圖 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，在該芯片上集成了增益可選的放大器 （ PGA） 、增益固定的放大器、 16 位二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） 、相伴校正電路、可 選的高通濾波（ HPF） 、數(shù)字乘法器、低通濾波（ LPF） 、數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器（ D/F） 、 電壓監(jiān)視器及 的內(nèi)部電壓基準(zhǔn)源。 AD7755 通過計算通道 1 和通道 2 兩個輸出電壓的乘積，然后對乘積進(jìn)行 低通濾波，獲取有功功率信息。 F=（ U1 U2 G F） /Uref 式中； F 為引腳 F1 和 F2 輸出的頻率（ HZ） ； U1 為差動輸入電壓的有效 值（ V） ； U2 為差動輸出電壓的有產(chǎn)值（ V） ； G 為 16 取決于 PGA 的增益，由 G0 和 G1 的邏輯輸入決定； Uref 為基準(zhǔn)電壓（ 177。顯示數(shù)字亮度可由數(shù)字進(jìn)行控制，每位具有閃爍使能控制位 。 RET：復(fù)位引腳； LOAD：裝載數(shù)據(jù)輸入，當(dāng) LOAD 位高電平，串行輸入數(shù)據(jù)的最后 16 位被鎖定； DIN：串行數(shù)據(jù)輸入，在 CLK 的下降沿，數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部 16 位移位寄存器； CKL：時鐘輸入，最高頻率為 500KHz。 本章小結(jié) 在本章中詳細(xì)介紹了抄表 系統(tǒng)的底層的硬件結(jié)構(gòu)， 完成電能數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù) 傳輸?shù)哪K設(shè)計，對其中各個部分的硬件設(shè)計都進(jìn)行了詳細(xì)的說明，這也是本設(shè) 計中最基本的部分， 在接下去的章節(jié)中，我們要對其硬件電路的軟件控制及其流 程進(jìn)行詳細(xì)的論述。 因此，智能儀表的設(shè)計很大程度上可以 說是軟件的設(shè)計，系統(tǒng)使用的方便性和靈活性主要體現(xiàn)在計算機的軟件設(shè)計上 。由于生產(chǎn)過程自動化程度越來越高，測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜， 設(shè) 計人員很難在短時間內(nèi)就能對整個系統(tǒng)理解得準(zhǔn)確無誤， 軟件的設(shè)計與調(diào) 試也不 可能一揮而就，在發(fā)現(xiàn)問題時又要便于修改和完善。 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的軟件設(shè)計就是采用上述模塊化設(shè)計方法。 。這對整個系統(tǒng)具有重要意義，對遠(yuǎn)程 抄表系統(tǒng)而言就更具有實際 意義，其結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接關(guān)系到千家萬戶的切身利益。近年。 。其二是軟件設(shè)計工作完成后，首先在模擬環(huán)境下運行， 經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運行，證明準(zhǔn)確無誤后才可投入實際使用。如果每個子 程序都能單獨運行，那么，像搭積木一樣，把他們聯(lián)合起來的時候，只要安排恰 當(dāng)，一般來說不會有太大的問題。先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個目標(biāo)逐步 分解成一個個任務(wù)，任務(wù)又可以進(jìn)一步分解成若干個子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分、 逐 個實現(xiàn)。 軟件設(shè)計的基本原則 為了滿足遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計要求，應(yīng)根據(jù)以下基本原則進(jìn)行軟件的編制： 。系統(tǒng)的硬件電路 一旦確定以后，系統(tǒng)的主要功能還需要通過軟件來實現(xiàn)。 PS7219 的 SA～ SG、 SDP 端連接到各 LED 數(shù)碼管對應(yīng)的 a 一 f 及 dP 端， DIG0～ DIG8 分別接 8 位 LED 數(shù)碼管共陰極，以實現(xiàn)位選，如圖 所示。 PS7219 還有一個掉電模式、一個允許用戶從 1 位 數(shù)顯示到 8 位數(shù)顯示選擇的掃描界限寄存器和一個強迫所有 LED 接通的測試模 式。它是由武漢力源公 司推出 的 24 腳雙列直插式芯片，采用流行的同步串行外設(shè)接口 (SPI)，可與任何 一種單片機方便接口，可同時驅(qū)動 8 位 LED(或 64 只獨立 LED)，本設(shè)計中，只要 求顯示不同用戶的戶號以及用電量， 戶號用 2 位整數(shù)表示， 而電量用 6 位數(shù)表示 ， 其中 5 位整數(shù)， 1 位小數(shù)，因此需要 8 個 LED 數(shù)碼顯示管 119]。 這個頻率是對有功功率信號經(jīng)過相當(dāng)長的時間累 積產(chǎn)生的，因此這個輸出頻率與平均有功功率成正比，有功功率放大器平均過程 中隱含在數(shù)字 頻率轉(zhuǎn)換中完成的，加在 AD7755 上的輸出電壓值為 U1 和 U2。 是 CF 引腳可以提供脈沖常數(shù)為 1600IMP/KWH（脈沖數(shù) /千瓦時） ， 將此輸出脈沖用 LED 和光電耦合器隔離輸出，然后送入 MCU 的終端輸出引腳，由 MCU 控制計量功率脈沖。其核心 是 AD7755 芯片，該芯片是專門用于功率測試和電能測量的專用集成電路，是目 前電子式電度表的核心芯片之一。 SP2338 有 兩根發(fā)送地址線，兩根接收地址線，用以選擇發(fā)送串口和接收串口。 SP2338 串口擴展芯 片能將普通的 51 系列單片機的一個串口擴展為三個獨立的全雙工串口，并且三 個串口的波特率達(dá)到了 采 用通用的 1 個起始位、 8 個數(shù)據(jù)位、 1 個停止位。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘 芯片，它可以對年、月、周、日、時、分、秒進(jìn)行計時，且具有閏年補償功能 ， 時鐘還可以通過 AM/PM 來決定采用什么時制。所以 在電表安裝時鐘和在集中器上安裝時鐘，我們選擇了后者。 B：反相接收器輸入與反相驅(qū)動器輸出。 芯片 MAX485 芯片是 MAXIM 公司生產(chǎn)的差分平衡性收發(fā)器芯片，集成片包含一個 驅(qū)動器和一個收發(fā)器，適用于 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)通信接口電路的主要性能參數(shù)見表 表 標(biāo)準(zhǔn)通信接口 電路的主要性能參數(shù) RS232 RS423A RS422A RS485 操作方式 單端 單端 差分 差分 最大線纜距離 15m 600m 1200m 1200m 最大數(shù) 據(jù)速率 （ bps) 12m —— 300K 10M 10M 120m —— 10k 1M 1M 1200 m —— 3K 100K 100K 可連接臺數(shù) 1 臺驅(qū)動器 1 臺接收器 1 臺驅(qū)動器 10 臺驅(qū)動器 1 臺驅(qū)動器 10 臺接收器 1 臺驅(qū)動器 32 臺接收器 標(biāo)準(zhǔn)接口 RS485 為半雙工，在某一時刻，一 個發(fā)送另一個接收，用于多站互連時， 可以節(jié)省信號線，便于數(shù)據(jù)的傳輸。 圖 X5045 的電路連接 1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 如何保證 WDT 正常運行也是一個關(guān)鍵問題，要針對 WDT 失效的原因，采取多種措 施，防止失效，從而進(jìn)步提高系統(tǒng)的可靠性： （ 1）盡 量減少干擾源的存在，并且降低不可去除干擾的影響，如電源電壓的 波動、尖峰、浪涌等，他們都是強度比較大的干擾源，要加強過濾與去除； （ 2）對本機任務(wù)進(jìn)行分流，合理的配置 CPU 的操作任務(wù)，能在上位機運行的 功能，一般應(yīng)放在上位機運行，因為上位機的運行環(huán)境良好，便于控制，從而減 少本機出錯的概率； （ 3）對地址指針、過程控制程序中判斷轉(zhuǎn)換的條件狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實時 備份， 當(dāng)由于數(shù)據(jù)被改而使 WDT 失效時， 可以從過備份 RAM 中恢復(fù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù) ， 從而也使得系統(tǒng)恢復(fù)。 （ 5） SCK：串行時鐘，串行時鐘的上升沿時通過 SI 引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入，下降 沿通過 SO 引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出?？撮T狗輸入，在看門狗定時 1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 器超時并產(chǎn)生復(fù)位之前， 一個加載 WDI 引腳上的由高到低的電平的變換將復(fù)位看 門狗定時器。 其電路結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，八引腳封裝。外部不擴展而單片機應(yīng)用時，則作 為一般的雙向 I/O 口用。在訪問外部程序存儲 器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二 次 PSEN 信號，在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時，不產(chǎn)生 PSEN 信號，在訪問外部數(shù) 據(jù)時，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號； （ 9） P0、 P P P3 口 P0 口（ ～ ）是一個 8 位漏極開路雙向 I/O 端口，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時 ， 它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。 （ 7） EA/Vpp.：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼（存于外部 EPROM ） 來執(zhí)行程序，在 8051 中， EA 引腳必須接低電平，因為 其內(nèi)部無程序存儲空間 。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時， 將 跳過一個 ALE 脈沖。 當(dāng)采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸 入 ； （ 5） RST： AT89C51 的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片復(fù)位時，只 要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間， AT89C51 便能 完成系統(tǒng)復(fù)位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)部均被設(shè)為已知狀態(tài)； （ 6） ALE/PROG:ALE 是英文“ ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫，表示地址鎖存允 許信號。 芯片主 要引腳介紹 [9][10] 圖 AT89C51 外形引腳 （ 1） VCC： AT89C51 電源正極輸入，接＋５ V 電