【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 無(wú)關(guān)的看門(mén)狗啟用 PFUSE, PVIN 20,11 I 安全使用保險(xiǎn)絲 SPCE061A 系統(tǒng)的特性參數(shù) SPCE061A 系統(tǒng)的特性參數(shù)如表所示 [8]： 表 22 SPCE061A 系統(tǒng)的特性參數(shù) 特性參數(shù) SPCE061A 工作電壓 最大工作速率 CPU 16 位 μ’nSP? SRAM 容量 2K 字 ROM 容量（字） 32K 閃存 ROM 并行 I/O 端 口 A IOA150 并行 I/O 端口 B IOB150 音頻輸出方式 DACx2 中斷源 TimerA/B 時(shí)基信號(hào)發(fā)生器 外部中斷 觸鍵喚醒 喚醒源 IOA70 其他中斷源 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 雙 16 位加計(jì)數(shù)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 雙通道 PWM 輸出 UART 具備 ADC 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）和單通道聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） 串行 SRAM 接口 具備（凌陽(yáng)格式） 晶振 具備 低電壓復(fù)位 具備 低電壓監(jiān)測(cè) 具備 內(nèi)置 ICE 接口 具備 上電復(fù)位 具備 麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益 控制 單通道 節(jié)電功能 具備 中斷控制功能 具備 觸鍵喚醒功能 具備 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 SPCE061A 功能說(shuō)明 （ 1） 處理器 SPCE061A 配備了凌陽(yáng)科技開(kāi)發(fā)的最新的 16位微處理器 μ39。nSP?。 8 個(gè)寄存器參與μ39。nSP?： R1 R4 的（通用寄存器）， PC（程序計(jì)數(shù)器）， SP（堆棧指針），基本指針（ BP）和 SR（段寄存器）。 該 中斷包括三個(gè) FIQs（快速中斷請(qǐng)求）和 8 個(gè) IRQ（中斷請(qǐng)求） ， 以及一個(gè)軟件中斷。此外，高性能的硬件乘法器 和 FIR 濾波器的能力以減少軟件乘法加載 [9]。 （ 2） 內(nèi)存 a． 靜態(tài)存儲(chǔ)器 擁有 2K 字的 SRAM（包括堆棧 區(qū) ），訪問(wèn)兩個(gè) CPU 時(shí)鐘周期的速度介于 $0000 到$07FF。 b． 閃存 快閃記憶體（ $008000? $00FFFF）是一種高速記憶體， 是 訪問(wèn)兩個(gè) CPU 時(shí)鐘周期的速度。使用 IDE 工具 完成 閃存擦除和程序的功能。 （ 3） 鎖相環(huán)，時(shí)鐘，電源模式 a． PLL（鎖相環(huán)） PLL 的目的是提供一個(gè)基本頻率（ 32768Hz）和抽 取 頻率 到 系統(tǒng) 時(shí)鐘（振蕩頻率）。 默認(rèn)鎖相環(huán)頻率為 。 b． 系統(tǒng)時(shí)鐘 基本上，系統(tǒng)時(shí)鐘是由 PLL和程序 由 Port_SystemClock（ W）來(lái)確定時(shí)鐘頻率 系統(tǒng)。如果沒(méi)有指定 ， 默認(rèn)的系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩頻率 = 的和 八分之一的 CPU時(shí)鐘振蕩頻率。 最初 八分之一的 CPU 時(shí)鐘振蕩頻率后，系統(tǒng)醒來(lái)并調(diào)整到所需的 CPU 時(shí)鐘的編程Port_SystemClock（ W）。這避免了閃存 ROM 讀取失敗時(shí)系統(tǒng)醒來(lái)。 c． 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）通常用于手表，時(shí)鐘或其他相關(guān)產(chǎn)品的時(shí)間。加載在 SPCE061A的 一個(gè) 2Hz時(shí)鐘（ 1/2 秒）函數(shù)。 RTC 的計(jì)數(shù)時(shí)間以及醒來(lái)時(shí)， CPU最高時(shí)鐘發(fā)生。是由于時(shí)鐘產(chǎn)生的每 秒，時(shí) 間可追溯這些數(shù)字對(duì) RTC 的發(fā)生。此外， SPCE061A 的支持 32768Hz振蕩器模式和強(qiáng)大的 auto_weak模式。在強(qiáng)大的模式， 32768Hz振蕩始終運(yùn)行在最高功耗。但是，在 auto_weak模式， 它運(yùn)行的第一個(gè) 750 強(qiáng)模式秒和更改回自動(dòng)模式 auto_weak保存的權(quán)力。 （ 4） 功率節(jié)省模式 該 SPCE061A 的還提供了省電模式（待機(jī)模式）用于低功耗應(yīng)用的需求。要進(jìn)入待機(jī)模式下，所需的鍵喚醒端口（ IOA [7:0]）必須被配置為輸入的第一個(gè)。和閱讀Port_IOA_Latch（ R）的鎖存 IOA 前的狀態(tài)進(jìn)入 待機(jī)模式。還記得讓對(duì)應(yīng)的中斷源（ s）為喚醒。在此之后， CPU時(shí)鐘停止時(shí)鐘寄存器（ b0? b2 的 Port_SystemClock（ W））進(jìn)基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 入待機(jī)模式。在這種模式下，靜態(tài)存儲(chǔ)器和 I/O 留在 CPU 的到以前的狀態(tài)正喚醒。在SPCE061A 的該喚醒來(lái)源包括港口 IOA70 和 IRQ1IRQ6。 隨著 SPCE061A 喚醒后，該組繼續(xù)執(zhí)行程序。程序員也可以啟用或禁用 32768Hz振蕩時(shí)的 CPU處于待機(jī)模式 [10]。 （ 5） 低電壓檢測(cè)和低電壓復(fù)位 a． 低電壓檢測(cè)（ LVD）認(rèn)證 有兩個(gè) 電壓 級(jí)別選擇：為 。這些都可 通過(guò) Port_LVD_Ctrl（ W） 進(jìn)行控制 。假設(shè) VLVD=。當(dāng)電壓下降 ， 那么 對(duì) Port_LVD_Ctrl b15讀 數(shù)就 高。在這種狀態(tài)，可以設(shè)計(jì)程序以應(yīng)對(duì)這種情況。 b． 低電壓復(fù)位 除了 低電壓檢測(cè) ， SPCE061A 的另一個(gè)重要的功能 是 低電壓復(fù)位（ LVR） 。 那么 有了 LVR 功能，電壓下降為低于 時(shí)會(huì)在 連續(xù) 4 個(gè)時(shí)鐘周期 后產(chǎn)生 一 個(gè) 復(fù)位信號(hào) 完成復(fù)位系統(tǒng)的操作。 無(wú) LVR，故障時(shí) CPU變得不穩(wěn)定，工作電壓下降為 。 （ 6） 中斷 SPCE061A有 14個(gè)中斷源，分為兩種類(lèi)型， FIQ（快速 中斷請(qǐng)求）和 IRQ（中斷請(qǐng)求）。 FIQ的優(yōu)先權(quán)高于 IRQ。 FIQ是高優(yōu)先級(jí)中斷而 IRQ是低優(yōu)先級(jí)之一。 一個(gè) IRQ，可以通過(guò)FIQ中斷，而不是 通過(guò) 其他的 IRQ。一個(gè) FIQ不能中斷任何其他中斷源 。 表 23 SPCE061A的 中斷源 中斷源 中斷優(yōu)先級(jí) 優(yōu)先級(jí) Fosc/1024 溢出信號(hào) FIQ/IRQ0 高 Timer A 溢出信號(hào) FIQ/IRQ1 高 Timer B 溢出信號(hào) FIQ/IRQ2 高 外部時(shí)鐘源輸入信號(hào) EXT2 IRQ3 低 外部時(shí)鐘源輸入信號(hào) EXT1 IRQ3 低 觸鍵喚醒信號(hào) IRQ3 低 4096Hz時(shí)基信號(hào) IRQ4 低 2048Hz時(shí)基信號(hào) IRQ4 低 1024Hz時(shí)基信號(hào) IRQ4 低 4Hz時(shí)基信號(hào) IRQ5 低 2Hz時(shí)基信號(hào) IRQ5 低 頻選信號(hào) TMB1 IRQ6 低 頻選信號(hào) TMB2 IRQ6 低 UART 傳輸中斷 IRQ7 低 （ 7） 輸入 /輸出端口 SPCE061A 內(nèi)置 的兩個(gè) I/O 端口 ， A 口 和 B 口 。 A 口 具有 普通的 I/O 可編程喚醒功能。除了定期的 IO 功能， B 口還可以執(zhí)行某些引腳 的 一些特殊功能。假設(shè)工作電壓在 運(yùn)行（ VDD）和 VDDIO（ 用于 I/O 電源）從至 （ VDD）至 。 在這種情況下，I/O 板是從 0V通過(guò) VDDIO 控制的。 然而 IOB13 和 IOB14 操作建議在待機(jī)狀態(tài) =模式，否則這兩個(gè)內(nèi)部 端口會(huì) 漏電 。 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 雖然數(shù)據(jù)可以從不同的地方寫(xiě)入相同的寄存器通過(guò) Port_Data和 Port_Buffer， 緩沖區(qū)（ R）和數(shù)據(jù)（ R） 。 IOA [7:0]是關(guān)鍵喚醒端口。要激活鍵喚醒功能，閂鎖 PORT_IOA_Latch是 數(shù)據(jù)使喚醒功能的關(guān)鍵。喚醒時(shí)，就會(huì)觸發(fā)該門(mén)的狀態(tài)在不同的時(shí)間鎖定。除了一個(gè)普通的 I/O 端口， PORTB 的帶有一些特殊功 能。 PORTB 的一些 特殊功能的摘要列舉如下： 表 24 B 口 的 特殊功能 端口 B 特殊功能 功能說(shuō)明 標(biāo)注 IOB0 SCK 時(shí)鐘串行接口 參照見(jiàn)串口部分 IOB1 SDA 數(shù)據(jù)串行接口 參照見(jiàn)串口部分 IOB2 EXT1 外部中斷源 1（負(fù)邊沿觸發(fā)） IOB2 設(shè)置為輸入模式 IOB2 反饋輸出 1 與 IOB4 工程之間，增加了 RC 電路來(lái)得到一個(gè)振蕩器來(lái) EXT1中斷 IOB2 設(shè)置為反向輸出 IOB3 EXT2 外部中斷源 2 IOB3 設(shè)置為輸入模式 IOB3 反饋輸出 2 與 IOB5工程之間增加了 RC 電路來(lái) 得到一個(gè)振蕩器來(lái)的 EXT2中斷 IOB3 設(shè)置為反向輸出 IOB4 反饋輸入 1 IOB5 反饋輸入 2 IOB7 Rx UART 接收器 參照看到的 UART 部分 IOB8 APWMAO TimerA 的 PWM 輸出 參照定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器部分 IOB9 BPWMAO TimerB 的 PWM 輸出 參照定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器部分 IOB10 Tx UART 發(fā)送器 參照 UART 部分 參照上表，在 IOB2， IOB3， IOB4 配置，和 IOB5 涉及反饋功能，其中一個(gè)振蕩器頻率可從 EXT1（ EXT2 文件），通過(guò)簡(jiǎn)單地增加 RC 電路與 IOB2（ IOB3）和 IOB4（ IOB5）。 （ 8） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 SPCE061A 提供了兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，定時(shí)器 A 和定時(shí)器 B。定時(shí)器 A 被稱為通用計(jì)數(shù)器。定時(shí)器 B 是一個(gè)通用計(jì)數(shù)器。定時(shí)器 A 的時(shí)鐘源來(lái)從時(shí)鐘源和時(shí)鐘源組合 B， 在定時(shí)器 B 的時(shí)鐘源給出 C，當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出，一個(gè) INT 信號(hào)發(fā)送到 CPU 的產(chǎn)生超時(shí)信號(hào) 。 表 25 SPCE061A 的 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘源 A 時(shí)鐘源 B 時(shí)鐘源 C Fosc/2 2048Hz Fosc/2 Fosc/256 1024Hz Fosc/256 32768Hz 256Hz 32768Hz 8192Hz TMB1 8192Hz 4069Hz 4Hz 4069Hz 1 2Hz 1 0 1 0 EXT1 EXT2 EXT1 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 電壓傳感器的選擇 和設(shè)計(jì) 霍爾元件的工作原理 所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是 1879 年被美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過(guò)金屬箔片時(shí) ， 若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明 顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，如圖所示。當(dāng)有電流 I 流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)，上述半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。 原理 （如圖 31） 簡(jiǎn)述如下：激勵(lì)電流 I 從 a、 b 端流入，磁場(chǎng) B 由正上方作用于薄片 ， 這時(shí)電子 e 的運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反，將受到洛侖茲力 FL的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，該側(cè)形成電子的堆積，從而在薄片的 c、 d 方向產(chǎn)生電場(chǎng) E。電子積累得越多， FE也越大，在半導(dǎo)體薄 片 c、 d 方向的端面之間建立的電動(dòng)勢(shì) EH 就是霍爾電勢(shì)。 流入激勵(lì)電流端的電流 I 越大、作用在薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度 B 越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。磁場(chǎng)方向相反，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變，因此霍爾傳感器能用于測(cè)量靜態(tài)磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)。 利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器。 假如磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 α?xí)r，實(shí)際上是作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即 Bcosα，這時(shí)的 霍爾 電動(dòng)勢(shì) EH 的基本關(guān)系為 ： EH=KHIBcosα 式中 KH— 霍爾系數(shù)； I— 通過(guò)的電流 ； B— 垂直 于 I 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 。 圖 31 霍爾元件的原理 圖 由于通電導(dǎo)線周?chē)嬖诖艌?chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測(cè)量出磁場(chǎng)，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 電流傳感器 。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感 [11]。 如果把霍爾元件集成的開(kāi)關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)列可以傳感出該運(yùn)動(dòng)物體的位移。若測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動(dòng) 速度 [12]。 霍爾電壓傳感器的選擇 LV28P 霍爾電壓傳感器， LV系列 霍爾電壓傳感器 是應(yīng)用霍爾效應(yīng)的閉環(huán)（補(bǔ)償）電壓傳感器 ， 符合 94－ V0 標(biāo)準(zhǔn)的絕緣外殼，對(duì)于電壓測(cè)量原邊電流與被測(cè)電壓的比一定要通過(guò)一個(gè)由用戶選擇的外部電阻確定，并串聯(lián)在傳感器原邊回路上。其優(yōu)點(diǎn)在于：出色的精度，良好的線性度，低溫漂，最佳的反應(yīng)時(shí)間，寬頻帶，無(wú)插入損壞，抗干擾能力強(qiáng)。 霍爾電壓傳感器 的 原邊回路和副邊回路之間高度絕緣隔離，可用于測(cè)量直流、交流、