【正文】 ；(5)可計(jì)算到 2100 年前的秒、分、小時(shí)、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償；(6)用二進(jìn)制碼或 BCD 碼來(lái)表示日歷和鬧鐘信息； (7)并有 128 字節(jié)帶掉電保護(hù)的RAM。DS12887 的管腳圖如下：AD0AD7：地址/數(shù)據(jù)，應(yīng)接 P0 口；MOT：總線類型選擇，與 89C51 連接時(shí)接地； CS：片選 ；AS：地址選通，與 89C51 連接時(shí)接 ALE；R/W：讀/寫(xiě)控制，與 89C51 連接時(shí)接 WD； DS：數(shù)據(jù)選通，與 89C51 連接時(shí)接 RD； RESET：復(fù)位，接+5V；圖 45 DS12887 的管腳圖 IRQ：中斷請(qǐng)求輸出。 時(shí)鐘模塊與單片機(jī)的連接 [14]時(shí)鐘芯片在智能電量測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用，顯示積累值及當(dāng)前時(shí)間。DS12887 芯片在為系統(tǒng)提供時(shí)間信息的同時(shí)，還保證了積累值及其它重要數(shù)據(jù)在掉電情況下不致丟失 ，對(duì)時(shí)間的讀取可以采用查詢方式，即查詢到位 IRQ/為 0 時(shí)讀時(shí)間，也可以采用中斷方式使芯片每秒鐘中斷一次，在中斷程序中讀時(shí)間，為了提高工作效率 通常采用中斷方式。 [16]DS12887 芯片與單片機(jī)的接口電路如圖所示 ,因?yàn)榕c 51 系列單片機(jī)連接，所以 MOT 接地；片選 CS 接 138 譯碼器的 Y2 端；IRQ 端接一上拉電阻連到 W77E58 的中斷 INT1 端，即采用中斷方式讀取時(shí)鐘參數(shù)，當(dāng)允許 DS12887 向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，SQW 端輸出為 500ns 的方波；數(shù)據(jù)模式為 BCD 碼，時(shí)間采取 24h 模式。由于 DS12887 內(nèi)部帶有鋰電池，可保證其正常工作達(dá)十年之久。所以不管外部供電電壓如何，一旦啟動(dòng) DS12887 的計(jì)時(shí)功能，它將自動(dòng)地進(jìn)行年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。并能保證在 25℃環(huán)境溫度的情況下，計(jì)時(shí)精度在177。1min/月的范圍內(nèi)。19 / 43圖 46 單片機(jī)與時(shí)鐘芯片 DS12887 的連接電路 電力線載波通信電路設(shè)計(jì)電力線載波電路是負(fù)責(zé)與載波電表的通信，能同時(shí)接收多路電力載通信，每一路電力載波均有獨(dú)立的收發(fā)系統(tǒng)。載波電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，本文采用 SSC P300 作為電力線載波專用調(diào)制解調(diào)芯片。需要配合外圍功率放大電路和接收回路才能工作，載波通信的距離與外圍電路設(shè)計(jì)優(yōu)劣、功率小等密切相關(guān)。從 SSCP300 輸出的信號(hào)幅度小、驅(qū)動(dòng)能力弱，而且有各種諧波，因此要放大濾波，然后通過(guò)耦合電路將信號(hào)調(diào)制到電力線上。電力線傳來(lái)的載波信號(hào)由 SSCP300 接收，需一個(gè)帶通濾波器，經(jīng)過(guò)預(yù)放大再送到 SSCP300 的接收端，再送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)供配電進(jìn)行控制。低壓擴(kuò)頻載波模塊主要由 SSCP300 低壓電力線擴(kuò)頻載波網(wǎng)絡(luò)控制器、前置功放和電力線藕合電路構(gòu)成，負(fù)責(zé)對(duì)單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性掃頻調(diào)制，放大后藕合到電力線上，對(duì)通過(guò)電力線送來(lái)的載波信號(hào)進(jìn)行掃頻解調(diào)后送給單片機(jī)。這種數(shù)據(jù)通信采用了收發(fā)分時(shí)控制的半雙工通訊。該模塊與配變集中器的設(shè)計(jì)通信距離為 1000 米。在信道特性最惡劣的情況下，也要保證不小于 600 米。低壓電力線載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 7 所示。 SSCP300緩沖器濾波器功率放大器前級(jí)放大器帶通濾波器載波耦合低壓電力線圖 47 低壓電力線載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖電力線載波通信是電力線載波抄表集中器的核心任務(wù)，采用先進(jìn)的載波調(diào)制原理，充分利用電子技術(shù)和微處理器技術(shù)，開(kāi)發(fā)通用的電力線載波通信設(shè)備則是電力線載波抄表的重要基礎(chǔ)工作。本文將以 SSC P300 為核心器件，就其工作原理、電路設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)展開(kāi)討論。擴(kuò)頻通信技術(shù)是將信息在載波調(diào)制的基礎(chǔ)上再進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，將信號(hào)頻帶展寬成比信息帶寬大得多的寬頻信息帶進(jìn)行通信的一種信息傳輸方式。擴(kuò)頻通信具有很強(qiáng)的抗干擾性能，通過(guò)相關(guān)分析實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。線性擴(kuò)頻是指在發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，其載波的頻率作線性變化。線性調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生可由一個(gè)鋸齒波信號(hào)調(diào)制壓控振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)（與掃頻信號(hào)相似） 。發(fā)送時(shí)將該線性調(diào)頻波作為載波來(lái)對(duì)傳送的基帶信號(hào)（信息數(shù)據(jù)）進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后形成相當(dāng)帶寬的低功率譜密度信號(hào)，通過(guò)輸出放大器和媒介耦合電路傳輸?shù)矫浇?；接收時(shí)電力線上的線性擴(kuò)頻信號(hào)通過(guò)耦合[ 濾波網(wǎng)絡(luò)輸入，并可采用匹配濾波器對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，使信號(hào)在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)輸出集中的能量。而與濾波器不匹配的信號(hào)在時(shí)間上沒(méi)有壓縮，甚至反被擴(kuò)展，從而提高信噪比。最后對(duì)檢出的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息。 載波通信芯片 SSCP300 的發(fā)送與接收原理SSCP300 是 Intellon 公司推出的網(wǎng)絡(luò)接口控制器提供了擴(kuò)頻載波電力線的傳輸技術(shù),是符合 CEBus 標(biāo)準(zhǔn)的低價(jià)位產(chǎn)品,P300 提供了 EIA600 標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)鏈路服務(wù),物理層收發(fā)器,串行外圍接口的主機(jī)接口；通訊中的數(shù)據(jù)鏈路功能的物理層的數(shù)據(jù)鏈路模式(DLL),控制模式(CON) 和監(jiān)控模式(MON)。圖 410 給出了 SSCP300 網(wǎng)絡(luò)接口控制器的節(jié)點(diǎn)圖，SSCP300 提供了通訊中的數(shù)據(jù)鏈路功能和物理層協(xié)議服務(wù),主處理器負(fù)責(zé)與 SSCP300 的通信及執(zhí)行特殊的應(yīng)用工作,SSCP300 提供數(shù)據(jù)鏈路功能和物理層的協(xié)議 LinkLa 服務(wù)。其中特殊的 DLL 服務(wù)包含了對(duì)通信分組的發(fā)送和接收,對(duì)發(fā)送的字符由字節(jié)向符號(hào)轉(zhuǎn)化,對(duì)于接收的分組由符號(hào)向節(jié)字轉(zhuǎn)化,以及發(fā)送信道的存取和 CRC 的產(chǎn)生與校驗(yàn),電力線模擬功能包括將信號(hào)頻率耦合到媒體上,放大信號(hào)以驅(qū)動(dòng)媒體的阻抗,對(duì)輸入信號(hào)濾波。模擬通過(guò)信號(hào)首先從其 SI21 / 43腳進(jìn)入 SSCP300,然后被緩存放大器(Amp)所放大,放大后的信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),以便于對(duì)信號(hào)實(shí)施數(shù)字信號(hào)處理。對(duì)輸入信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理,包括一個(gè)配套的濾波相關(guān)器以檢測(cè)擴(kuò)頻“Chirps”的波形,而載體檢測(cè)和媒介狀態(tài)信息則被從 DSP 電路傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層(DLL)的微處理器,以便于將分組解碼,協(xié)議功能和最終的分組傳輸?shù)街魈幚砥鳌⒂l(fā)送的分組先從主處理器傳輸?shù)絻?nèi)部的 DLL 微處理器,而 DLL 微處理器則將數(shù)據(jù)傳輸給 DSP 功能塊。DSP 可產(chǎn)生擴(kuò)頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài),通過(guò)D/A 產(chǎn)生擴(kuò)頻“Chirps”模擬波形。當(dāng)三態(tài)信號(hào)被置為高時(shí) ,此波形經(jīng)緩存后從 SO 腳輸出,經(jīng)功率放大模塊(如 P111)和變壓器耦合到電力線上 ,為了保障擴(kuò)頻信號(hào)能夠線性傳輸變壓器應(yīng)為 1∶1,主處理器與 SSCP300 通過(guò)發(fā)布指令進(jìn)行通信。 [17]從 SSCP300 輸出的信號(hào)幅度小、驅(qū)動(dòng)能力弱，而且有各種諧波，因此要放大濾波，然后通過(guò)耦合電路將信號(hào)調(diào)制到電力線上。電力線傳來(lái)的載波信號(hào)由 SSCP300 接收，需一個(gè)帶通濾波器，經(jīng)過(guò)預(yù)放大再送到 SSCP300 的接收端，再送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)供配電進(jìn)行控制。利用擴(kuò)頻載波技術(shù)開(kāi)發(fā)多用戶環(huán)境下的電力線 Modem 通信網(wǎng)絡(luò)的通信模塊是由電力線數(shù)據(jù)通信接口(PDCI)和電力線調(diào)制解調(diào)器(SSPM)構(gòu)成。PDCI 用于連接計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的上層(應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層)的通信協(xié)議。SSPM用于將數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)耦合到電力線上,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。SSPM 是由 SSC P300 和 SSC P111 構(gòu)成的,而 SSPM 是由主處理器 W77E58 控制核心控制的,SSC P111 媒介接口和電力線耦合電路部分完成緩沖放大、低通濾波和信號(hào)耦合等功能。SSC P300 網(wǎng)絡(luò)接口控制器,實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)鏈路層功能 (包括數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收、發(fā)送字節(jié)到符號(hào)的轉(zhuǎn)換、接收符號(hào)到字節(jié)的轉(zhuǎn)換及 CRC 的產(chǎn)生和校驗(yàn)等)。主處理器 W77E58 作為控制核心,控制通過(guò) 5 線的串行外圍接口(SPI)把即將發(fā)送的分組先傳輸?shù)?SSC P300 內(nèi)部的 DLL 處理器,而 DLL 處理器則將數(shù)據(jù)傳輸給 DSP 功能塊。DSP 可以通過(guò)使用一個(gè) 300 點(diǎn)的 ROM 查詢表來(lái)產(chǎn)生擴(kuò)頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài),此表可以驅(qū)動(dòng) 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生 SSCCH IRPS波的模擬波形。SSC P300 從電力線上耦合并解調(diào)出來(lái)產(chǎn)生解調(diào)后的信號(hào)，主處理通過(guò) 5 線的串行外圍接口 SP2 將從 S2 輸入的解調(diào)后信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)分組接收進(jìn)來(lái)，而 PDCI 實(shí)現(xiàn) SSPM和上位機(jī)的通信。我們選擇使用計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口 RS232 和 RS485 作為 SSPM 和上位機(jī)的通訊方式。 [18]下圖為電力線載波通信模塊圖 49 SSC300 和 SSCP111 構(gòu)成的電力線載波通信模塊 [5]圖 410 基于 SC300 和 SSCP111 的輔助電路 [5]電力線載波通信模塊是由 SSC P300 和 SSC P111 構(gòu)成的,且由主處理器 W77E58 控制核心控制的。SSC P111 媒介接口和電力線耦合電路部分完成緩沖放大、低通濾波和信號(hào)耦合等功能。SSC P300 網(wǎng)絡(luò)接口控制器,實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)鏈路層功能 (包括數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收、發(fā)送字節(jié)到符號(hào)的轉(zhuǎn)換、接收符號(hào)到字節(jié)的轉(zhuǎn)換及 CRC 的產(chǎn)生和校驗(yàn)等)。 單片機(jī)與 SSCP300 通信的控制工作過(guò)程單片機(jī) W77E58 是整個(gè)模塊工作的控制核心。首先解析上位機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù),根上位機(jī)的要求向電力線媒介發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，單片機(jī)對(duì)載波通信的控制是通過(guò)和23 / 43SSC P300 的交互來(lái)完成的。電力線媒介的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信是由 SSC P300 管理的,SSC P300 提供的由主制器通過(guò) SPI 端口管理的功能使得主處理器獲得最佳的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)。SSC P300 內(nèi)部供多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)定其運(yùn)行方式和表征其運(yùn)行狀態(tài)。單片機(jī)通過(guò)發(fā)送命令讀取這些數(shù)據(jù)結(jié)來(lái)判斷發(fā)生的事件及當(dāng)前狀態(tài),并通過(guò)發(fā)送相應(yīng)的命令做出相 SSC P300 之間的傳送是通過(guò) SPI 接口實(shí)現(xiàn)的。關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息和令協(xié)議的詳細(xì)信息,請(qǐng)參見(jiàn) SSC P300 的資料。 主處理器 W77E58 作為控制核心,控制通過(guò) 5 線的串行外圍接口(SPI)把即將發(fā)送的分組先傳輸?shù)?SSC P300 內(nèi)部的 DLL 處理器,而 DLL 處理器則將數(shù)據(jù)傳輸給 DSP 功能塊。DSP 可以通過(guò)使用一個(gè) 300 點(diǎn)的 ROM 查詢表來(lái)產(chǎn)生擴(kuò)頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài)。SSC P300 從電力線上耦合并解調(diào)出來(lái)產(chǎn)生解調(diào)后的信號(hào)。主處理器通過(guò) 5線的串行外圍接口 SP2 將從 S2 輸入的解調(diào)后信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)分組接收進(jìn)來(lái)。我們選擇使用計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口 RS232 作為集中器和上位機(jī)的通訊方式。圖 411 SSCP300 和單片機(jī)的通信 [5] RS232/RS485 接口標(biāo)準(zhǔn)MODEM 的通信接口采用的是 RS232 標(biāo)準(zhǔn)。RS232 是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的，完全與 TTL、CMOS 邏輯電平不同。 低電平規(guī)定為 +3V~+l5V 之間，高電平為 3V~15V 之間。MAX232 是多路 RS232 電平轉(zhuǎn)換芯片，分別提供了兩路 TTL/CMOS 電平輸入，RS232 電平輸出及兩路RS232 電平輸入， TTL/CMOS 輸出的轉(zhuǎn)換。MAX232 內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，只需+5V 電源便可實(shí)現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平轉(zhuǎn)換，使用起來(lái)十分方便。芯片的外圍電路也很簡(jiǎn)單，只需 4 個(gè)電容就可正常工作。但是 RS232 傳輸距離太短，只是用短距離傳輸。實(shí)際中常采用 RS485 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信，目前常用的與 TTL 的電平接口是 MAX485 和 MAX489, 其片內(nèi)含有一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，MAX485 為差分平衡型收發(fā)器。由 MAX485 芯片構(gòu)成的 PC 與單片機(jī)之間的通信為長(zhǎng)距離半雙工通信，利用 MAX485 與 PC 機(jī)配置的 RS232C 串行接口通信，必須外配一個(gè) RS232 /RS485 轉(zhuǎn)換器，可將 RS232 轉(zhuǎn)換為 RS485 電平，而 W77E58 的串行通信口輸出的是 TTL 電平，因此必須通過(guò)電平轉(zhuǎn)換才能符合串行通信標(biāo)準(zhǔn)。本文中的電平轉(zhuǎn)換采用 MAXIM 公司的 MAX485 芯片完成。其通信接口電路如下圖：圖 412 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信 [7]MAX485 芯片的 1 腳 R0 為接收器的輸出，接 TTL 電平 RXD 信號(hào)；4 腳 DI 為發(fā)送器輸入，接 TTL 電平 TXD 信號(hào)； 3 腳 DE 為發(fā)送使能端，接 +5V；2 腳 RE/為接受使能端，接地。因?yàn)?MAX485 一端接計(jì)算機(jī)，如果直接與單片機(jī)連接會(huì)引入干擾信號(hào)，所以在 MAX485 和單片機(jī)連接時(shí)，需要加光電隔離器，防止干擾信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，影響系統(tǒng)正常工作。 主控器與 MODEM 通信接口隨著當(dāng)代社會(huì)信息化的飛速發(fā)展，借用公用電話交換網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)己經(jīng)達(dá)到成熟階段。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，特別是在傳輸數(shù)據(jù)量不是很大、通信數(shù)據(jù)不是很頻繁的時(shí)候，使用 MODEM，并利用公用電話交換網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸不失為一種可行的方法。集中器與上位機(jī)之間的通信采用公用電話線，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)必須通 MODEM進(jìn)行。這是因?yàn)楣秒娫捑W(wǎng)為模擬電話線路，數(shù)字信號(hào)不能直進(jìn)入這樣的信道，必須25 / 43通過(guò)一個(gè)中間設(shè)備 MODEM，