【正文】 ；(5)可計算到 2100 年前的秒、分、小時、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補償；(6)用二進制碼或 BCD 碼來表示日歷和鬧鐘信息； (7)并有 128 字節(jié)帶掉電保護的RAM。DS12887 的管腳圖如下：AD0AD7：地址/數(shù)據(jù)，應接 P0 口；MOT：總線類型選擇，與 89C51 連接時接地； CS：片選 ；AS：地址選通，與 89C51 連接時接 ALE；R/W：讀/寫控制，與 89C51 連接時接 WD； DS：數(shù)據(jù)選通，與 89C51 連接時接 RD； RESET：復位，接+5V；圖 45 DS12887 的管腳圖 IRQ：中斷請求輸出。 時鐘模塊與單片機的連接 [14]時鐘芯片在智能電量測量儀的設計中有著廣泛的應用，顯示積累值及當前時間。DS12887 芯片在為系統(tǒng)提供時間信息的同時，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 ，對時間的讀取可以采用查詢方式，即查詢到位 IRQ/為 0 時讀時間，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 芯片與單片機的接口電路如圖所示 ,因為與 51 系列單片機連接，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鐘參數(shù)，當允許 DS12887 向單片機申請中斷，SQW 端輸出為 500ns 的方波；數(shù)據(jù)模式為 BCD 碼，時間采取 24h 模式。由于 DS12887 內部帶有鋰電池，可保證其正常工作達十年之久。所以不管外部供電電壓如何，一旦啟動 DS12887 的計時功能，它將自動地進行年、月、日、星期、時、分、秒的計時。并能保證在 25℃環(huán)境溫度的情況下，計時精度在177。1min/月的范圍內。19 / 43圖 46 單片機與時鐘芯片 DS12887 的連接電路 電力線載波通信電路設計電力線載波電路是負責與載波電表的通信，能同時接收多路電力載通信，每一路電力載波均有獨立的收發(fā)系統(tǒng)。載波電路是整個系統(tǒng)的核心，本文采用 SSC P300 作為電力線載波專用調制解調芯片。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計優(yōu)劣、功率小等密切相關。從 SSCP300 輸出的信號幅度小、驅動能力弱，而且有各種諧波，因此要放大濾波，然后通過耦合電路將信號調制到電力線上。電力線傳來的載波信號由 SSCP300 接收，需一個帶通濾波器，經(jīng)過預放大再送到 SSCP300 的接收端，再送給單片機進行處理，單片機中存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計算機，控制計算機根據(jù)數(shù)據(jù)對供配電進行控制。低壓擴頻載波模塊主要由 SSCP300 低壓電力線擴頻載波網(wǎng)絡控制器、前置功放和電力線藕合電路構成，負責對單片機送來的數(shù)據(jù)進行線性掃頻調制，放大后藕合到電力線上，對通過電力線送來的載波信號進行掃頻解調后送給單片機。這種數(shù)據(jù)通信采用了收發(fā)分時控制的半雙工通訊。該模塊與配變集中器的設計通信距離為 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構框圖如圖 4 7 所示。 SSCP300緩沖器濾波器功率放大器前級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構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，采用先進的載波調制原理，充分利用電子技術和微處理器技術，開發(fā)通用的電力線載波通信設備則是電力線載波抄表的重要基礎工作。本文將以 SSC P300 為核心器件，就其工作原理、電路設計開發(fā)展開討論。擴頻通信技術是將信息在載波調制的基礎上再進行擴頻調制，將信號頻帶展寬成比信息帶寬大得多的寬頻信息帶進行通信的一種信息傳輸方式。擴頻通信具有很強的抗干擾性能，通過相關分析實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。線性擴頻是指在發(fā)送數(shù)據(jù)信號的一個周期內，其載波的頻率作線性變化。線性調頻信號的產(chǎn)生可由一個鋸齒波信號調制壓控振蕩器來實現(xiàn)（與掃頻信號相似） 。發(fā)送時將該線性調頻波作為載波來對傳送的基帶信號（信息數(shù)據(jù)）進行擴頻調制，實現(xiàn)頻譜擴展后形成相當帶寬的低功率譜密度信號，通過輸出放大器和媒介耦合電路傳輸?shù)矫浇?；接收時電力線上的線性擴頻信號通過耦合[ 濾波網(wǎng)絡輸入，并可采用匹配濾波器對線性調頻信號進行壓縮處理，使信號在一個很短的時間內輸出集中的能量。而與濾波器不匹配的信號在時間上沒有壓縮，甚至反被擴展，從而提高信噪比。最后對檢出的信號進行解調及相關處理，恢復原始信息。 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)絡接口控制器提供了擴頻載波電力線的傳輸技術,是符合 CEBus 標準的低價位產(chǎn)品,P300 提供了 EIA600 標準中的數(shù)據(jù)鏈路服務,物理層收發(fā)器,串行外圍接口的主機接口；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)絡接口控制器的節(jié)點圖，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,主處理器負責與 SSCP300 的通信及執(zhí)行特殊的應用工作,SSCP300 提供數(shù)據(jù)鏈路功能和物理層的協(xié)議 LinkLa 服務。其中特殊的 DLL 服務包含了對通信分組的發(fā)送和接收,對發(fā)送的字符由字節(jié)向符號轉化,對于接收的分組由符號向節(jié)字轉化,以及發(fā)送信道的存取和 CRC 的產(chǎn)生與校驗,電力線模擬功能包括將信號頻率耦合到媒體上,放大信號以驅動媒體的阻抗,對輸入信號濾波。模擬通過信號首先從其 SI21 / 43腳進入 SSCP300,然后被緩存放大器(Amp)所放大,放大后的信號通過 A/D 轉化為數(shù)字信號,以便于對信號實施數(shù)字信號處理。對輸入信號的數(shù)字信號處理,包括一個配套的濾波相關器以檢測擴頻“Chirps”的波形,而載體檢測和媒介狀態(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?。將欲發(fā)送的分組先從主處理器傳輸?shù)絻炔康?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)生擴頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài),通過D/A 產(chǎn)生擴頻“Chirps”模擬波形。當三態(tài)信號被置為高時 ,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 ,為了保障擴頻信號能夠線性傳輸變壓器應為 1∶1,主處理器與 SSCP300 通過發(fā)布指令進行通信。 [17]從 SSCP300 輸出的信號幅度小、驅動能力弱，而且有各種諧波，因此要放大濾波，然后通過耦合電路將信號調制到電力線上。電力線傳來的載波信號由 SSCP300 接收，需一個帶通濾波器，經(jīng)過預放大再送到 SSCP300 的接收端，再送給單片機進行處理，單片機中存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計算機，控制計算機根據(jù)數(shù)據(jù)對供配電進行控制。利用擴頻載波技術開發(fā)多用戶環(huán)境下的電力線 Modem 通信網(wǎng)絡的通信模塊是由電力線數(shù)據(jù)通信接口(PDCI)和電力線調制解調器(SSPM)構成。PDCI 用于連接計算機和計算機、計算機和嵌入式設備,實現(xiàn)網(wǎng)絡通信的上層(應用層和網(wǎng)絡層)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,實現(xiàn)網(wǎng)絡通信的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡服務。SSPM 是由 SSC P300 和 SSC P111 構成的,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、低通濾波和信號耦合等功能。SSC P300 網(wǎng)絡接口控制器,實現(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)到符號的轉換、接收符號到字節(jié)的轉換及 CRC 的產(chǎn)生和校驗等)。主處理器 W77E58 作為控制核心,控制通過 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 可以通過使用一個 300 點的 ROM 查詢表來產(chǎn)生擴頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài),此表可以驅動 8 位 D/A 轉換器以產(chǎn)生 SSCCH IRPS波的模擬波形。SSC P300 從電力線上耦合并解調出來產(chǎn)生解調后的信號，主處理通過 5 線的串行外圍接口 SP2 將從 S2 輸入的解調后信號經(jīng)過信號轉換得到的數(shù)據(jù)分組接收進來，而 PDCI 實現(xiàn) SSPM和上位機的通信。我們選擇使用計算機和嵌入式設備的標準接口 RS232 和 RS485 作為 SSPM 和上位機的通訊方式。 [18]下圖為電力線載波通信模塊圖 49 SSC300 和 SSCP111 構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、低通濾波和信號耦合等功能。SSC P300 網(wǎng)絡接口控制器,實現(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)到符號的轉換、接收符號到字節(jié)的轉換及 CRC 的產(chǎn)生和校驗等)。 單片機與 SSCP300 通信的控制工作過程單片機 W77E58 是整個模塊工作的控制核心。首先解析上位機發(fā)送的命令和數(shù)據(jù),根上位機的要求向電力線媒介發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，單片機對載波通信的控制是通過和23 / 43SSC P300 的交互來完成的。電力線媒介的實時網(wǎng)絡通信是由 SSC P300 管理的,SSC P300 提供的由主制器通過 SPI 端口管理的功能使得主處理器獲得最佳的網(wǎng)絡應用層的實現(xiàn)。SSC P300 內部供多個數(shù)據(jù)結構設定其運行方式和表征其運行狀態(tài)。單片機通過發(fā)送命令讀取這些數(shù)據(jù)結來判斷發(fā)生的事件及當前狀態(tài),并通過發(fā)送相應的命令做出相 SSC P300 之間的傳送是通過 SPI 接口實現(xiàn)的。關于數(shù)據(jù)結構的詳細信息和令協(xié)議的詳細信息,請參見 SSC P300 的資料。 主處理器 W77E58 作為控制核心,控制通過 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 可以通過使用一個 300 點的 ROM 查詢表來產(chǎn)生擴頻載波(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出來產(chǎn)生解調后的信號。主處理器通過 5線的串行外圍接口 SP2 將從 S2 輸入的解調后信號經(jīng)過信號轉換得到的數(shù)據(jù)分組接收進來。我們選擇使用計算機和嵌入式設備的標準接口 RS232 作為集中器和上位機的通訊方式。圖 411 SSCP300 和單片機的通信 [5] RS232/RS485 接口標準MODEM 的通信接口采用的是 RS232 標準。RS232 是早期為促進公用電話網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信制定的標準，其邏輯電平對地是對稱的，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 輸出的轉換。MAX232 內部有電壓倍增電路和轉換電路，只需+5V 電源便可實現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平轉換，使用起來十分方便。芯片的外圍電路也很簡單，只需 4 個電容就可正常工作。但是 RS232 傳輸距離太短，只是用短距離傳輸。實際中常采用 RS485 標準進行長距離數(shù)據(jù)通信，目前常用的與 TTL 的電平接口是 MAX485 和 MAX489, 其片內含有一個發(fā)送器和一個接收器，MAX485 為差分平衡型收發(fā)器。由 MAX485 芯片構成的 PC 與單片機之間的通信為長距離半雙工通信，利用 MAX485 與 PC 機配置的 RS232C 串行接口通信，必須外配一個 RS232 /RS485 轉換器，可將 RS232 轉換為 RS485 電平，而 W77E58 的串行通信口輸出的是 TTL 電平，因此必須通過電平轉換才能符合串行通信標準。本文中的電平轉換采用 MAXIM 公司的 MAX485 芯片完成。其通信接口電路如下圖：圖 412 單片機與計算機的通信 [7]MAX485 芯片的 1 腳 R0 為接收器的輸出，接 TTL 電平 RXD 信號；4 腳 DI 為發(fā)送器輸入，接 TTL 電平 TXD 信號； 3 腳 DE 為發(fā)送使能端，接 +5V；2 腳 RE/為接受使能端，接地。因為 MAX485 一端接計算機，如果直接與單片機連接會引入干擾信號，所以在 MAX485 和單片機連接時，需要加光電隔離器，防止干擾信號進入單片機系統(tǒng)，影響系統(tǒng)正常工作。 主控器與 MODEM 通信接口隨著當代社會信息化的飛速發(fā)展，借用公用電話交換網(wǎng)進行信息傳輸?shù)募夹g己經(jīng)達到成熟階段。在單片機應用系統(tǒng)中，特別是在傳輸數(shù)據(jù)量不是很大、通信數(shù)據(jù)不是很頻繁的時候，使用 MODEM，并利用公用電話交換網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸不失為一種可行的方法。集中器與上位機之間的通信采用公用電話線，在數(shù)據(jù)傳輸時必須通 MODEM進行。這是因為公用電話網(wǎng)為模擬電話線路，數(shù)字信號不能直進入這樣的信道，必須25 / 43通過一個中間設備 MODEM，