【文章內(nèi)容簡介】 電路均和A相電路相同。表31 COD4053真值表禁止端INH控制端通道選擇1A B C﹉ ﹉ ﹉00 0 0ax bx cx01 1 1ay by cyA相、B相、C相電壓信號正負模擬輸入引腳分別為V2P/V2N、V4P/V4N、V6P/V6N，電壓信號經(jīng)過處理后從這些引腳進入到ATT7022B中。以A相為例，即適合輸入到V2P、V2N引腳的電壓幅度，然后通過電阻、電容構(gòu)成的RC濾波器濾波，再經(jīng)過兩對倒置開關(guān)二極管組成的電壓保護電路，最后才進入到V2P和V2N中。 數(shù)據(jù)管理模塊有功功率表的設(shè)計首先考慮的是精確，另一個要素是可靠，需要長期穩(wěn)定地運行，有功功率表投入使用后由于它自身的實際情況，維護起來手續(xù)多、范圍廣、難度大，因此設(shè)計出發(fā)點就是盡可能地使系統(tǒng)長期精確、穩(wěn)定可靠地工作，而且能夠免于經(jīng)常性的維護。其次，有功功率表的可擴展性也是一個需要考慮的因素，電表技術(shù)還在不斷地發(fā)展，用戶的需求也在不斷增加，為以后的需求留下一定的空間也是設(shè)計的一個重點。再次，有功功率表的性能、硬件成本應(yīng)該定位在適用的范圍內(nèi)，成本也是需要考慮的一個重要問題?；谏鲜隹紤]，本電能表的核心微控制器選擇Atmel公司的AT89C55。微控制器AT89C55是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有20K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C55為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。其具有的標準功能有：20K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，兩個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89C55可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89C55是有功功率表工作運行的核心，其主要功能有：(1)從ATT7022B讀取測量數(shù)據(jù)并處理；(2)和DS32C35通信，存儲測量數(shù)據(jù)及異常記錄并讀取實時時鐘；(3)將相應(yīng)數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上；(4)提供串口通信。 存儲時鐘芯片實時時鐘(RTC)采用DS32C35，它是(8k x 8位)的非易失FRAM存儲器，是業(yè)界精度最高的RTC。DS32C35的RTC采用雙電源供電模式，VCC為主電源輸入，VBAT為備份電源輸入。其供電模式選擇是有溫度補償參考電壓和比較電路所控制，當VCCVPF時，由VCC向RTC供電；當VCCVPF但VCCVBAT時，同樣由VCC向RTC供電；當VCCVPF且VCCVBAT時，由VBAT向RTC供電。RTC有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。此外，RTC還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器，時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。時鐘的運行和停止由0Eh單元EOSC控制，當EOSC＝1時，時鐘停止；EOSC=0時，時鐘運行。本有功功率表的數(shù)據(jù)存儲單元采用DS32C35的FRAM區(qū)域。 存儲電路存儲電路中，微處理器AT89C55是處理核心，電路中包括兩種通信協(xié)議：SPI和IIC。ATT7022B內(nèi)部集成的SPI串行通信接口采用從屬方式工作，使用兩條控制線和兩條數(shù)據(jù)線：CS、SCLK、DIN和DOUT，具體引腳功能可參考表32?？紤]到SPI傳輸信號線有可能受到干擾或者出現(xiàn)抖動，為此在SPI信號線上串聯(lián)一個10Ω小電阻，這個電阻與電容C結(jié)合起來可構(gòu)成一個低通濾波器，可以消除SPI接口信號上的任何振蕩，和微控制器的連接圖如33所示。存儲電路如圖34所示，，兩引腳均接有10k上拉電阻，VCC接有濾波電容。其存儲過程，首先是AT89C55通過SPI接口從ATT7022B的到相應(yīng)數(shù)據(jù)，并作相應(yīng)的處理，然后經(jīng)過IIC通信接口寫到DS32C35的FRAM區(qū)域。其中DS32C35具有連續(xù)讀寫的功能，從而大大提高了通信速度。表 32引腳標示特性功能描述35輸入CSSPI片選信號，低電平有效，內(nèi)部上拉200K電阻36輸入SCLKSPI串行時鐘輸入，上升沿放數(shù)據(jù)，下降沿取數(shù)據(jù)37輸入DINSPI串行數(shù)據(jù)輸入，內(nèi)部下拉200K電阻38輸出DOUTSPI串行數(shù)據(jù)輸出，CS為高時高阻輸出圖 33 連接電路圖 34 存儲時鐘電路 微處理器外圍及顯示電路本有功功率能表采用的微處理器AT89C55為貼片式芯片，其外圍R1與C1組成微處理器的上電復(fù)位電路，U4為微處理器正常工作的外置晶振，頻率為12MHz。其中JJJ3為三個功能按鍵。三個功能按鍵JJJ3的功能為：J1：按下顯示當前有功功率。J2：按下顯示故障記錄。J3：按下進行數(shù)據(jù)的清零。本設(shè)計顯示電路包含LCD液晶顯示部分和LED報警指示部分。其中LCD是主要的電能顯示屏，采用WH2004A高清晰字符液晶模塊，可提供有功功率、異常記錄、日期及時間的顯示；LED用于電表異常報警指示，包括斷相、錯相等報警。液晶屏WH2004A為20字符4行的顯示內(nèi)容，液晶模塊共有16個引腳，分別為：(1)Vcc:電源輸入引腳，接+5V。(2)CV:LCD驅(qū)動電壓(可調(diào)，一般為0V)。(3)GND:接地端。(4)E:輸入引腳。讀操作時，信號下降沿有效；寫操作時，高電平有效。(5)RS：輸入引腳。RS=0，當MCU進行讀模塊操作，指向地址計數(shù)器；當MCU進行寫模塊操作，指向指令寄存器；RS=1，無論MCU進行讀操作還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)寄存器。(6)PW:輸入引腳。RW＝0，寫操作；RW＝1，讀操作。(7)DB0～DB7:8位I/O口，MCU與LCD模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道。RS、RW、E為控制引腳，；DB0 ~ DB7為數(shù)據(jù)傳送引腳，與微控制器的P0口相連接，數(shù)據(jù)線均連有上拉電阻。數(shù)據(jù)通過P0口以ASCII碼形式傳送并寫入到LCD的內(nèi)部寄存器DDRAM，在傳送之前首先是LCD的忙檢測，通過DB7，即只有讀到DB7引腳為低電平時才可往LCD寫入數(shù)據(jù)。整個外圍連接及顯示電路如圖35所示。圖35 微處理器外圍及顯示電路 通信模塊 RS485通信協(xié)議RS485是一種串行數(shù)據(jù)接口標準，是由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)于1983年制訂并發(fā)布的。本設(shè)計的通信部分基于成本，多節(jié)點測試以及傳輸距離的角度考慮，選擇RS一485作為通信方式。RS一485是RS一422的變型，是自動化領(lǐng)域適應(yīng)分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展的需求發(fā)展起來的一種適合遠距離的數(shù)字通信總線。采用差分式接收數(shù)據(jù)和驅(qū)動總線。RS一485標準允許在電路中有多個收發(fā)器，節(jié)點數(shù)量與RS一485器件性能有關(guān)【5】。RS485是雙向、半雙工通信協(xié)議，即允許多個發(fā)送器和發(fā)送器連接到同一條總線上，其中每個驅(qū)動器都能脫離總線。該規(guī)范滿足所有RS422要求，而且比RS422穩(wěn)定性更強，具有更高的接收器輸入阻抗和更寬的共模范圍(7V至+12V)。同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，RS485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。RS485數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，根據(jù)A線和B線之間的電壓差判斷數(shù)據(jù)的“0”、“1”狀態(tài)，通常情況下，發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態(tài)，負電平在2～6V，是另一個邏輯狀態(tài)。接收器也作與發(fā)送端相對應(yīng)的規(guī)定，發(fā)端通過平衡雙絞線相連，當在接收端的AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。 RS485通信電路RS485的通信接口是由MAX485芯片構(gòu)成，通信方式上采用了半雙工方式，即指令和數(shù)據(jù)的傳送都采用應(yīng)答方式，為了防止工業(yè)現(xiàn)場的干擾，和對電表的保護，RS485通信接口和電表內(nèi)部電路實行光電隔離。它使通信總線上的節(jié)點之間沒有電氣上的連接，提高了各個節(jié)點工作的可靠性．一旦某個節(jié)點出現(xiàn)故障，避免整個系統(tǒng)陷入癱瘓。常用的光電隔離方法是將微控制器UART串口的RXD、TXD通過光電隔離電路連接MAX485芯片的RO、DI引腳，控制信號R/D同樣經(jīng)光電隔離電路去控制MAX485芯片的DE和/RE