【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)， 電流小于 50uA； 在看門(mén)狗關(guān)閉時(shí)， 電流小于 10uA ；在讀操作時(shí)候，電流小于 2mA；◆具有數(shù)據(jù)的塊保護(hù)功能，可以保護(hù) 1/4,1/2 全部的 EEPROM，當(dāng)然也可以設(shè)置不保護(hù)狀態(tài)；用指令允許寫(xiě)操作寫(xiě)保護(hù)引腳；時(shí)鐘可達(dá) ；◆短的編程時(shí)間，16 字節(jié)的頁(yè)寫(xiě)模式，寫(xiě)時(shí)器件內(nèi)部自動(dòng)完成，典型的器件寫(xiě)周期 5ms.“喂” 狗 信 號(hào) 檢 測(cè)數(shù)據(jù)保護(hù)邏輯狀 態(tài) 寄 存 器看 門(mén) 狗 定 時(shí)器 復(fù) 位看 門(mén) 狗 及 其定 時(shí) 器復(fù) 位 時(shí) 基上 電 復(fù) 位 和降壓復(fù)位生成上 電 復(fù) 位邏 輯 控 制命 令 解 碼控 制 邏 輯數(shù) 據(jù) 寄 存 器3 K bits2 K bits1 K bitsV tripR ESETV C CS IS OS C KC S / WDIW P圖 X5045 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖本器件將四種功能融為一體，上電復(fù)位控制，看門(mén)狗定時(shí)器，降壓管理以及具有模塊功能的串行 EEPROM，有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少印制板的占用面積 ，提高可靠性。（1）CS/WDI：芯片選擇輸入，當(dāng) CS 是高電平時(shí)，芯片未選中，并將 SO 置為高阻態(tài)，器件處于標(biāo)準(zhǔn)的功耗模式，除非一個(gè)向非易失單元寫(xiě)的周期開(kāi)始，在 CS是高電平時(shí)，將 CS 拉低使器件處于選擇狀態(tài)，器件將處于工作功耗狀態(tài)，在上電后任何操作之前，CS 必須有一個(gè)高變低的過(guò)程。看門(mén)狗輸入，在看門(mén)狗定時(shí)1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12器超時(shí)并產(chǎn)生復(fù)位之前， 一個(gè)加載 WDI 引腳上的由高到低的電平的變換將復(fù)位看門(mén)狗定時(shí)器。（2）SO：串行輸出，SO 是一個(gè)推／拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)在SCK 脈沖的下降沿由這個(gè)引腳送出。（3）WP：寫(xiě)保護(hù)，當(dāng) WP 引腳是低電平時(shí)，向 X5045 中的寫(xiě)操作被禁止，但是其它的功能正常，當(dāng)引腳是高電平時(shí)，所有操作正常，包括寫(xiě)操作，如果在 CS 是低的時(shí)候，WP 變?yōu)榈碗娖剑瑒t會(huì)中斷向 X5045 中寫(xiě)的操作，但是，如果此時(shí)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?。?）SI：串行輸入，SI 是串行數(shù)據(jù)輸入端，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過(guò)這個(gè)引腳進(jìn)行輸入，在 SCK 脈沖的上升沿時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入，并且高位 WSB 在前。（5）SCK：串行時(shí)鐘，串行時(shí)鐘的上升沿時(shí)通過(guò) SI 引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入，下降沿通過(guò) SO引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。（6）RESET：復(fù)位輸出，RESET 是一個(gè)開(kāi)漏型輸出引腳，只要 Vcc 下降到最小允許 Vcc 值，這個(gè)引腳就會(huì)輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過(guò)最小允許值之后200ms，同時(shí)它也受到看門(mén)狗定時(shí)器控制，只要看門(mén)狗處于激活狀態(tài)，并且 WDI引腳上電平保持為高或者為低超過(guò)了定時(shí)時(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，CS 引腳上的一個(gè)下降沿將會(huì)復(fù)位看門(mén)狗定時(shí)器，由于這是一個(gè)開(kāi)漏型的輸出引腳，所以在使用時(shí)候必須接上拉電阻。 中的看門(mén)狗對(duì)系統(tǒng)提供保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過(guò)設(shè)置時(shí)間時(shí)， 電路中的看門(mén)狗將通過(guò) RESET 信號(hào)向 CPU 作出反應(yīng)。它提供了三個(gè)時(shí)間值供選擇， 它的具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)復(fù)位，X5045 存儲(chǔ)器與 CPU 可能通過(guò)串行通信方式接口，共有 5K 字位，來(lái)存儲(chǔ)抄表數(shù)據(jù)。圖 X5045 的電路連接1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13如何保證 WDT正常運(yùn)行也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，要針對(duì) 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(dòng)、尖峰、浪涌等，他們都是強(qiáng)度比較大的干擾源，要加強(qiáng)過(guò)濾與去除；（2）對(duì)本機(jī)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(jī)運(yùn)行的功能，一般應(yīng)放在上位機(jī)運(yùn)行，因?yàn)樯衔粰C(jī)的運(yùn)行環(huán)境良好，便于控制，從而減少本機(jī)出錯(cuò)的概率；（3）對(duì)地址指針、過(guò)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(shí)時(shí)備份， 當(dāng)由于數(shù)據(jù)被改而使 WDT 失效時(shí)， 可以從過(guò)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)。對(duì)沒(méi)有用到的 EPROM 和RAM 區(qū)，一律寫(xiě)在 FFH 或者 OOH ，當(dāng) CPU 由于干擾“跑飛”到這些不用區(qū)域中時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生誤操作。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(yùn)行。 數(shù)據(jù)傳輸模塊通常情況下，集中器都是安裝在小區(qū)某樓總出口處，對(duì)于城鄉(xiāng)用戶(hù)來(lái)說(shuō)， 集中器一般都會(huì)選擇較為集中的地方，這個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)就是比較復(fù)雜[13] ，因?yàn)檫@樣它的傳輸距離更大，往往達(dá)到千米以上，為此，我們選擇了 RS485 的數(shù)據(jù)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(jiàn)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 10M120m —— 10k 1M 1M1200m—— 3K 100K 100K可連接臺(tái)數(shù)1 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器1 臺(tái)接收器1 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器10 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器1 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器10臺(tái)接收器1 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器32 臺(tái)接收器 標(biāo)準(zhǔn)接口RS485為半雙工，在某一時(shí)刻，一個(gè)發(fā)送另一個(gè)接收，用于多站互連時(shí)，可以節(jié)省信號(hào)線，便于數(shù)據(jù)的傳輸。RS485 是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14展了 RS422 的性能， 允許雙導(dǎo)線上 1 個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng) 32 個(gè)負(fù)載設(shè)備， 同時(shí) RS485允許公用電話(huà)線網(wǎng)絡(luò)通信電路結(jié)構(gòu)在平衡連接兩端有終端電阻， 在平衡電纜上掛發(fā)送器、接收器或者收發(fā)器。所以這里，我們考慮采用 RS485 串行標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成采集模塊到上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。RS485 是一種電氣標(biāo)準(zhǔn)，與 TTL 標(biāo)準(zhǔn)完全不同，單片機(jī)與 RS485 之間必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以采用分立元件或集成電路專(zhuān)用芯片完成，本設(shè)計(jì)采用 MAX485 芯片。 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(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)收發(fā)器，適用于 RS485通信標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)引腳見(jiàn)圖 ①性能及特點(diǎn)：◆單+5V電源供電；◆低功耗，工作電流 120～50uA，靜態(tài)電流只有300uA；◆驅(qū)動(dòng)器有過(guò)載保護(hù)功能；◆通信傳輸線上可掛 32 個(gè)收發(fā)器；◆共模輸入電壓范圍7V～+12V；◆8 引腳封裝，適用于半雙工通信；圖 MAX485 引腳②引腳描述：RO：接收器輸出端，若 A 端高于B端 200mv 以上，R0為高，否則 R0 為低。RE：接收器輸出使能端，若 DE 為高，驅(qū)動(dòng)輸出 A 和 B 有效，器件作線驅(qū)動(dòng)器用（發(fā)送） ；若 DE 為低，它們呈高阻態(tài)，這時(shí) RE 為低，器件作線接收器使用（接收） 。DI：驅(qū)動(dòng)器輸入，DI 為低將迫使輸出為低，若 DI為高將迫使輸出為高。B：反相接收器輸入與反相驅(qū)動(dòng)器輸出。A：同相接收器輸入與同相驅(qū)動(dòng)器輸出。GND：接地Vcc：電源正極1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15 時(shí)鐘模塊時(shí)間信息對(duì)于自動(dòng)抄表系統(tǒng)而言是不可或缺的。 但將其放于何處則是一個(gè)值得爭(zhēng)議的問(wèn)題，其中的兩個(gè)障礙是無(wú)法回避的：一個(gè)是成本，一個(gè)是維護(hù)。所以在電表安裝時(shí)鐘和在集中器上安裝時(shí)鐘，我們選擇了后者。將時(shí)鐘放在集中器上既可以滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)時(shí)間信息的基本要求， 也不會(huì)給系統(tǒng)增加過(guò)多的負(fù)擔(dān)， 當(dāng)需要進(jìn)行底度凍結(jié)時(shí)， 集中器會(huì)發(fā)出廣播命令， 連發(fā)數(shù)次后 ，再依次向各電表發(fā)送命令， 這樣，所有電表收到命令的時(shí)間最長(zhǎng)也可以控制在幾分鐘之內(nèi)，可以滿(mǎn)足電力部門(mén)的要求，當(dāng)平時(shí)運(yùn)行抄送命令時(shí)，集中器會(huì)每抄送一塊電表就加上當(dāng)時(shí)的時(shí)間信息。 將時(shí)鐘放于集中器上還有利于上位機(jī)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行精確定時(shí)。本系統(tǒng)電路中的時(shí)鐘芯片選用的是DALLAS 公司的 DS1302。DS1302是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能 ，時(shí)鐘還可以通過(guò) AM/PM 來(lái)決定采用什么時(shí)制。DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單的采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅僅需要三個(gè)口線：RST、I/O、SCLK 串行時(shí)鐘。 芯片功能介紹◆實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有計(jì)算 2100 年之前的年、月、周、日、時(shí)、分、秒的能力，同時(shí)還有閏年的調(diào)整能力；◆318位暫存數(shù)據(jù)儲(chǔ)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：，小于 300uA；◆讀寫(xiě)時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時(shí)，有兩種傳輸方式：?jiǎn)巫止?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(jiǎn)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 及圖 ◆XX2 接標(biāo)準(zhǔn)的 的晶振引腳；◆GND：接地端；◆SCLK：串行時(shí)鐘，RST 復(fù)位引腳，I/O 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳；◆VccVcc2：電源供電管引腳；1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16 DS1302 引腳圖圖 DS1302 電路連接圖 串口的擴(kuò)展在采集模塊和網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備之間有一個(gè)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(dòng)完成數(shù)據(jù)的上網(wǎng)發(fā)送。采集模塊的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送都是通過(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 而 AT89C51 只有一個(gè)串口，為了不至于使接收和發(fā)送沖突，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)的走向選擇，也叫做串口擴(kuò)展。SP2338 串口擴(kuò)展芯片能將普通的 51 系列單片機(jī)的一個(gè)串口擴(kuò)展為三個(gè)獨(dú)立的全雙工串口，并且三個(gè)串口的波特率達(dá)到了 采用通用的 1 個(gè)起始位、8 個(gè)數(shù)據(jù)位、 1個(gè)停止位。同時(shí)，該芯片在與單片機(jī)相連時(shí)接口也非常簡(jiǎn)單。SP2338 共有四個(gè)串口，一個(gè)母串口，三個(gè)子串口，他們都是全雙工的串行通信口，允許同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。母串口與需要擴(kuò)展的 51 單片機(jī)的串口相連，子串口與其他串口設(shè)備相連，這樣就實(shí)現(xiàn) 只有一個(gè)串口的單片機(jī)可與三個(gè)串口設(shè)備相連。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。其電路圖連接如圖 所示：1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17圖 串口擴(kuò)展圖分別控制了兩個(gè)輸入輸出引腳，形成了兩個(gè)完整的回路，一個(gè)完整數(shù)據(jù)向MAX485 和網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送，另外一個(gè)連接MAX485 網(wǎng)絡(luò)和 MCU 內(nèi)核，完成采集模塊數(shù)據(jù)的上傳和 PC 機(jī)命令的下傳。，其工作過(guò)程是：(1)先向 SP2338 的串口地址線 ADRI0、ADRI1 送地址信號(hào)（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(jī)串口送來(lái)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。2 當(dāng)串口設(shè)備向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其工作過(guò)程是：（1）SP2338 的某個(gè)子串口從串口設(shè)備接收到數(shù)據(jù)時(shí)，送給母串口；（2）SP2338 的母串口把該數(shù)據(jù)再送給單片機(jī)串口，同時(shí)在 ADRO0 和 ADRO1 線上送出子串口的地址；（3）單片機(jī)根據(jù) SP2338 接收地址線 ADRO0、ADRO1 上的信號(hào)判定由哪個(gè)設(shè)備發(fā)出的；1 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18 電能的采集和計(jì)數(shù)模塊，產(chǎn)生功率脈沖功能。其核心是 AD7755芯片，該芯片是專(zhuān)門(mén)用于功率測(cè)試和電能測(cè)量的專(zhuān)用集成電路，是目前電子式電度表的核心芯片之一。功率計(jì)量部分包括 AD775分流器、分壓電流、基本電壓源、保護(hù)電路圖、光耦合器輸出電路。L PF561 1 2 1 5 1 67892 1 1 21 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 IPV INV2PV2NA D CA D C ΦH PF數(shù) 字 頻 率 轉(zhuǎn) 換 器相 位 校 正 基 準(zhǔn) 網(wǎng)P G AX1，X2，X8，X 1 6110101110101信號(hào)處理電路R E F I N / OU T C LKIN S C F S0 S1 R EVP C F F1 F2RESETD GN DD V D DA C / D CA D 7755A V D DA V D DG0 G1圖 AD7755 的內(nèi)部框圖 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ，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。通過(guò)分流器、分壓電路分別對(duì)電流和電壓信號(hào)進(jìn)行采樣；電流通道和電壓通道的信號(hào)經(jīng)放大器放大后，通過(guò) AD7755 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換器為兩路數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)乘法、低通濾波、數(shù)字頻率變換等電路的處理，AD7755 輸出與瞬時(shí)功率成正比的脈沖，并將此脈沖送至微處理器 MCU。 是CF