【正文】 本文在分析了單片機(jī) 80C196KC 的系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，通過對 SJA1000 的詳細(xì)分析，利用 CAN 總線來實(shí)現(xiàn)變壓器終端的通訊。其次，由于某些地址線和數(shù)據(jù)線走得距離比較長，在單片機(jī)的數(shù)據(jù)和地址線上應(yīng)加緩沖器（74LS245） ，保證數(shù)據(jù)和地址的正確讀入和寫出，在緩沖器的輸入端最好有上拉電阻。由于外設(shè)復(fù)位的速度比較慢，可能當(dāng)80C196KC 已經(jīng)開始執(zhí)行程序了，但外設(shè)還沒有復(fù)位好，為了解決這個(gè)問題，在復(fù)位信號后加一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以延長復(fù)位信號，如圖 13。由于控制的是電力設(shè)備，干擾很大，所以輸入輸出的時(shí)候都要加上光電隔離器，光電隔離器的作用是將輸入輸出的地與系統(tǒng)的地隔離開來，這樣外部地上的干擾就不會(huì)串入系統(tǒng)內(nèi)部，影響儀器的正常工作 [14]。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，則該鍵所對應(yīng)的列線與行線短路。芯片連接圖 10 如下。80C196KC 的 TXD,RXD 與 MAX232 的 T1IN,R1IN 管腳相連，MAX232 將發(fā)送的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)的電平信號發(fā)送到接收端，產(chǎn)生發(fā)送中斷，供單片機(jī)處理；反之 MAX232 將接收的 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)的電平信號轉(zhuǎn)換為串行的數(shù)據(jù)傳給 80C196KC，產(chǎn)生接收中斷，供單片機(jī)處理，這樣就完成了 RS232 接口通信功能 [12]。 RS232 通訊接口RS232C 接口標(biāo)準(zhǔn)簡述：RS232C 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）與 BELL 等公司一起開發(fā)的 1969 年公布的通信協(xié)議。在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個(gè)站（如微機(jī)、終端等）之間進(jìn)行傳送，按照數(shù)據(jù)流的方向及對線路的使用方式可以分為以下幾種基本的傳輸方式：單工傳輸方式,半雙工傳輸方式,全雙工傳輸方式,多工傳輸方式。為了躲開這些保留單元，其他物理存貯器都映射到 8000~FFFFH 邏輯空間?？蓪ぶ贩秶鷥?nèi)的外部存貯器的擴(kuò)展方法比較簡單，超過尋址范圍擴(kuò)展外部存貯器時(shí)，在硬件和軟件上都需要有一些特殊的考慮。漢字顯示有兩種方式，即文本方式下的漢字顯示和圖形方式下的漢字顯示。當(dāng) MCU 讀寫數(shù)組時(shí)，還要判斷 STA2 或 STA3 狀態(tài)。并可允許 MPU 隨時(shí)訪問顯示緩沖區(qū)，甚至可以進(jìn)行位操作。圖 7 DS12887 的硬件連接 LCD 實(shí)時(shí)顯示電路液晶顯示器由于具有顯示信息豐富，功耗低，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最理想的顯示器件，近年來被廣泛的用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表、工業(yè)控制領(lǐng)域和家用電器當(dāng)中。DS12887 與 IBM AT 計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘相兼容，支持 Intel 和 Motorola 兩種總線方式，MOT 管腳是總線選擇端，接地時(shí)選擇 Intel 總線方式。DV2～DV0三位用來控制時(shí)鐘振蕩器的開關(guān)等，RS3～RS0 則控制輸出方波的頻率。總線兩端各有一個(gè) 120Ω 的電阻，對于匹配總線阻抗起著相當(dāng)重要的作用,否則，數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信[8]。SJA1000 的硬件連接如圖 4。圖 3 SJA1000 的功能方框圖 (1) 接口管理邏輯：它接收來自微控制器的命令，分配控制信息緩存器，并為微控制器提供終端和狀態(tài)信息。由于這些控制需檢測及交換大量的數(shù)據(jù)，采用硬接信號線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用 CAN 總線上述問題便得到很好的解決。除了高速輸入/輸出器外，MCS96還有5個(gè)8位的I/O口。 A/D轉(zhuǎn)換器及PTS外設(shè)MCS96單片機(jī)有一個(gè)8通道的10位可變（變?yōu)?位）的逐次逼近的A/D轉(zhuǎn)換器，它由一個(gè)8通道的模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、一個(gè)采樣/保持電路、一個(gè)10位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、A/D結(jié)果寄存器和控制邏輯組成，使得它特別適用于多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，智能儀器，控制系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域。其中，00H～017H是專用寄存器區(qū)，除了P3和P4外，其他所有的片外設(shè)裝置都由這些專用寄存器控制。定時(shí)器2根據(jù)外部引腳的觸發(fā)信號而計(jì)數(shù)，實(shí)際上是一個(gè)外部事件計(jì)數(shù)器。它提供 4 種總線控制方式：標(biāo)準(zhǔn)總線控制方式，寫選通方式，地址有效選通方式，地址有效且寫選通方式。同時(shí)，由于可通過專用的寄存器來直接控制 I/O 口，也就加速了輸入/輸出過程。3 硬件實(shí)現(xiàn) 80C196KC 的體系結(jié)構(gòu)和硬件描述由于變壓器監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)存貯、處理及通訊都是由 80C196KC 來完成的，這里，首先來了解 80C196KC 的原理。系統(tǒng)時(shí)鐘由可編程萬年歷時(shí)鐘芯片 DS12887 提供，同時(shí)由控制中心精確對時(shí)。兩部分通過雙口 RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和通訊。(5)終端有當(dāng)?shù)刈哉{(diào)試功能。統(tǒng)計(jì)電壓合格率，統(tǒng)計(jì)失電時(shí)間，記錄及上報(bào)失電的起始和終止時(shí)間（時(shí)間記錄精確到分） 。采集電能表脈沖或多功能電能表信息，實(shí)現(xiàn)有功電能量、無功電能量的測量。在文章的最后給出了在具體設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。傳統(tǒng)的電路測試是靠分立的儀器組合完成的，如功率裝置、波形監(jiān)測裝置、諧波分析裝置等。世界各國紛紛制定了日益完善的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來判斷電能質(zhì)量的優(yōu)劣。系統(tǒng)采用以 80C196KC 來控制各模塊的設(shè)計(jì)思想。 keyboard interface。它與輸電網(wǎng)自動(dòng)化(輸電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng))的監(jiān)控信息采集內(nèi)容相比較，具有系統(tǒng)規(guī)模大，涉及到的現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備數(shù)量大，種類繁多，從而導(dǎo)致遠(yuǎn)方饋線終端采集的信息量大，種類繁多，不僅在傳統(tǒng)“四遙”方面信息內(nèi)容有所變化，而且還新增加了許多配電網(wǎng)中特有的信息。之所以選擇它，是因?yàn)?80C196KC 特別擅長于進(jìn)行各種控制，而且它本身集成了許多的外設(shè)，這樣就節(jié)省了很多資源。其中電壓的輸入范圍是 0～260V，電流的輸入范圍是 0～5A，電壓及電流的采樣精度是177。(2)接收上一級的校對命令，時(shí)鐘日走時(shí)誤差≤1s，終端自身時(shí)鐘的日走時(shí)誤差≤5s。(4)能與上級站或主站控制終端通信，將采集和處理的信息向上發(fā)送并接受上級站或主站控制終端的命令。變壓器監(jiān)測終端通過采集這些參數(shù)，計(jì)算并判斷電能質(zhì)量的優(yōu)劣，同時(shí)與監(jiān)測主站進(jìn)行通訊，接收主站下達(dá)的各種命令，傳送主站所需的各種參數(shù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。DSP 同時(shí)控制 A/D 的采集，且把采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行公式計(jì)算和 FFT 運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)對各種參數(shù)的檢測，并把頻率、電壓、電流、有功功率、無功功率和諧波存入雙口RAM 并置位標(biāo)志位。終端響應(yīng)主站以 101 通訊規(guī)約發(fā)送的控制命令及各項(xiàng)設(shè)置命令，并按照一定的格式把主站需要的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。Intel 的 CHMOS 16 位單片機(jī)有很多型號，集成在單片內(nèi)的“外圍設(shè)備”花樣繁多，80C196KC 就嵌入了時(shí)鐘發(fā)生器，I/O 口，A/D 轉(zhuǎn)換器，PWM，串行口，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，監(jiān)視定時(shí)器，高速輸入/輸出器、還有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器 PTS 等外設(shè)，系統(tǒng)框圖見圖 2。 圖 2 80C196KC 的基本方框圖80C196KC 能提供幾種類型總線信號。其中非屏蔽中斷NMI、軟件陷阱TRAP和非法操作碼中斷是3種特殊的中斷源，各用了1個(gè)專門的中斷向量，其余25個(gè)中斷源分享另外15個(gè)中斷向量。復(fù)位時(shí)，程序?qū)?080H單元開始執(zhí)行。 全雙工串行口MCS96單片機(jī)具有與MCS51單片機(jī)兼容的全雙工串行口。 高速輸入器HIS/高速輸出器HSO高速輸入器HIS用于記錄某個(gè)外部事件發(fā)生的時(shí)間，時(shí)間基準(zhǔn)由定時(shí)器1提供，共可記下8個(gè)事件。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。SJA1000 是目前市場上用的較廣泛的一款 CAN 控制器，它在以往的 CAN 控制器上增添了一些新的功能 [5,6]：(1) 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)信息的發(fā)送和接收(2) 增加了接收 FIFO（64 字節(jié)）(3) 在標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展格式中都有單/雙接收過濾器（含接收代碼和接受屏蔽寄存器）(4) 增加了讀/寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器(5) 可編程的錯(cuò)誤限制報(bào)警(6) 由功能位定義的仲裁丟失中斷 控制器主要由下述幾部分構(gòu)成：(1) 接口管理邏輯：它接收來自微控制器的命令，分配控制信息緩存器，并為微控制器提供終端和狀態(tài)信息。(6) 收發(fā)邏輯：用來控制輸出驅(qū)動(dòng)器。82C250 的主要特性 [7]：(1) 與 ISO/DIS11898 標(biāo)準(zhǔn)全兼容(2) 高速（最高可達(dá) 1MBPS）(3) 具有抗工作環(huán)境下的瞬間干擾，保護(hù)總線能力(4) 降低射頻干擾(5) 低電流待機(jī)方式(6) 防護(hù)電源與地之間發(fā)生短路 SJA1000 和 82C250 的硬件連接SJA1000 和 82C250 的硬件連接如圖 5 所示。128RAM 中，有 14 個(gè)字節(jié)是時(shí)鐘和控制寄存器，另 114 個(gè)字節(jié)作為通用寄存器使用。C 寄存器的各位都是標(biāo)志位，PF、AF、UF 分別是周期中斷、鬧鈴中斷和刷新中斷的標(biāo)志位，當(dāng)中斷條件滿足時(shí)，產(chǎn)生中斷并置位標(biāo)志位。ALE 信號提供給DS12887 作為鎖存信號，讀寫線分別連接 DS 和 AS 管腳。（3） T6963C 的占空比可從 1/6 到 1/128。每次操作前最好先進(jìn)行狀態(tài)字的檢測。 表 2 LCD 的四種顯示方式N1 N0 D1 D2 指令代碼 功能0 0 低字節(jié) 高字節(jié) 40H 文本區(qū)首址0 1 字節(jié)數(shù) 00H 41H 文本區(qū)寬度（字節(jié)數(shù)/行）1 0 低字節(jié) 高字節(jié) 42H 圖形區(qū)首址1 1 字節(jié)數(shù) 00H 43H 圖形區(qū)寬度（字節(jié)數(shù)/行）文本區(qū)和圖形區(qū)首地址對應(yīng)顯示屏上左上角字符或字節(jié)位，修改該地址可以產(chǎn)生卷動(dòng)效果。MCU利用數(shù)據(jù)總線與控制信號直接采用I/O設(shè)備訪問形式控制T6963C類液晶顯示模塊。把 256KB 存貯器劃分為 8 頁，每頁為 32KB 或 16KW。（2）行通信的信息格式有異步和同步信息格式，與此對應(yīng)，有異步串行通信和同步串行通信兩種方式。在異步通信方式下，接口電路能在發(fā)送時(shí)自動(dòng)生成和接收時(shí)自動(dòng)去掉啟/停位，在面向字符