【正文】 集中器與上位機(jī)之間的通信采用公用電話(huà)線(xiàn)，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)必須通 MODEM進(jìn)行。 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(huà)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。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。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)。但是 RS232 傳輸距離太短，只是用短距離傳輸。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。 低電平規(guī)定為 +3V~+l5V 之間，高電平為 3V~15V 之間。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)。主處理器通過(guò) 5線(xiàn)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)。DSP 可以通過(guò)使用一個(gè) 300 點(diǎn)的 ROM 查詢(xún)表來(lái)產(chǎn)生擴(kuò)頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài)。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。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)。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(xiàn)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。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)。 [18]下圖為電力線(xiàn)載波通信模塊圖 49 SSC300 和 SSCP111 構(gòu)成的電力線(xiàn)載波通信模塊 [5]圖 410 基于 SC300 和 SSCP111 的輔助電路 [5]電力線(xiàn)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 P300 從電力線(xiàn)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(xiàn)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。主處理器 W77E58 作為控制核心,控制通過(guò) 5 線(xiàn)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。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(xiàn)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。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。電力線(xiàn)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(huà)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。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(xiàn)上 ,為了保障擴(kuò)頻信號(hào)能夠線(xiàn)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。將欲發(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。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。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)。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。發(fā)送時(shí)將該線(xiàn)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)矫浇椋唤邮諘r(shí)電力線(xiàn)上的線(xiàn)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(xiàn)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。線(xiàn)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(xiàn)性變化。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。 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(xiàn)圖 47 低壓電力線(xiàn)載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖電力線(xiàn)載波通信是電力線(xiàn)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(xiàn)載波通信設(shè)備則是電力線(xiàn)載波抄表的重要基礎(chǔ)工作。在信道特性最?lèi)毫拥那闆r下，也要保證不小于 600 米。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。電力線(xiàn)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(huà)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。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)。19 / 43圖 46 單片機(jī)與時(shí)鐘芯片 DS12887 的連接電路 電力線(xiàn)載波通信電路設(shè)計(jì)電力線(xiàn)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)。并能保證在 25℃環(huán)境溫度的情況下，計(jì)時(shí)精度在177。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。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(xún)方式，即查詢(xún)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。DS12887 的管腳圖如下：AD0AD7：地址/數(shù)據(jù)，應(yīng)接 P0 口；MOT：總線(xiàn)類(lèi)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。它在工業(yè)控制及智能儀器儀表中有廣泛用途,一般 PC 機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘信號(hào)就是由 DS12887 提供的。將時(shí)鐘放在集中器上還有利于上位機(jī)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行精確校時(shí)。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)主電源失去后，電池通過(guò) R1+R2 ，對(duì)存儲(chǔ)器供電端口進(jìn)行供電，供電電流通過(guò) R1+R2 之后，會(huì)有壓降，到達(dá)存儲(chǔ)器的 VCC 端口時(shí)，電壓就會(huì)比 低，一般會(huì)在 2V— 左右，但可以防止存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)丟失。正常工作時(shí)，由 VCC 5V 電源供電，此時(shí)，VCC 5V 電源通過(guò) D1 和 R1 ，對(duì)保護(hù)用電池進(jìn)行充電，以保證電池電量的充足。電池在主電源正常供電時(shí)，需要由主電源對(duì)其進(jìn)行充電；當(dāng)主電源失去時(shí)，又由電池放電以保持單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)電池經(jīng)過(guò)保護(hù)時(shí)間的使用之后，就需要補(bǔ)充電能，以便下一次保護(hù)時(shí)能夠正常投入保護(hù)工作。 電池在主電源失去時(shí)，對(duì)單片機(jī)存儲(chǔ)器的繼續(xù)運(yùn)行提供能源，此時(shí)的電池能源是非常寶貴的，而且隨著保護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，電池的電17 / 43量也會(huì)用完的。掉電之后，單片機(jī)會(huì)停止工作，時(shí)鐘會(huì)停止往前走，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)容易丟失，這種結(jié)果在許多場(chǎng)合往往是不希望的，為了保證單片機(jī)在主電壓失去時(shí)仍然能夠保持運(yùn)行，人們就利用干電池對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行供電。由于 W77E58 的低 8 位地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用，因此需要外部地址鎖存器 74LS373 和 ALE 鎖存信號(hào)來(lái)鎖存低 8 位地址，它在下降沿鎖存地址。當(dāng) WR/為低電平，片選端 CE/為低電平時(shí)，將 P0 口和 P2 口的 上的數(shù)據(jù)寫(xiě)到 A0~A13 選中的存儲(chǔ)單元中。擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器 2764 為 8 KB，需 13 根地址線(xiàn), 尋址范圍為:1000H2FFFH。P2 口的 作為高 5 位地址線(xiàn)，P0 口作為低 8 位地址/ 數(shù)據(jù)總線(xiàn)，P0、P2 口的 共同組成 13 位地址，尋址范圍為:0000H3FFFH。在系統(tǒng)中加入掉電保護(hù)電路，保護(hù)數(shù)據(jù)有很高的可靠性，可以和EEPROM 相媲美。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 的選擇本文采用 6264 作為擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。集中器要管理電表，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)集、處理、存儲(chǔ)，僅片內(nèi) 1KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是不夠的，需要擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。當(dāng)使能看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位后，這個(gè)復(fù)位會(huì)在其溢出并經(jīng)過(guò)512 個(gè)時(shí)鐘周期后結(jié)束。如果系統(tǒng)受到干擾，程序運(yùn)行發(fā)生異常，系統(tǒng)就可能不會(huì)運(yùn)行看門(mén)狗定時(shí)器的復(fù)位代碼，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)被看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位。如果不及時(shí)檢查，整個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)崩潰。看門(mén)狗定時(shí)器主要用作一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控器，在實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用中尤為重要。溢出時(shí)，如果看門(mén)狗有效（且看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位打開(kāi)），將引起系統(tǒng)復(fù)位。該定時(shí)器基于一組分頻器，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率進(jìn)行分割。片上MOVX SRAM，同外部RAM一樣只可由MOVX指令來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，但是片上MOVX SRAM 擁有最快的訪(fǎng)問(wèn)速度。由于這片區(qū)域只有256字節(jié)，因此僅適用于數(shù)據(jù)量較小的場(chǎng)合。另外W77E58 還有標(biāo)準(zhǔn)的256字節(jié)暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。任何訪(fǎng)問(wèn)地址為0000HFFFFH 的MOVX指令都將訪(fǎng)問(wèn)到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。當(dāng)?shù)刂贩秶^(guò) 03FFH后，系統(tǒng)將自動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)是受軟件控制的。不同于其他8051的衍生產(chǎn)品，W77E58 還內(nèi)建一個(gè) 1KB字節(jié)的MOVX SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(7) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器W77E58最多可以訪(fǎng)問(wèn)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(6) 程序存儲(chǔ)器W77E58提供32KB大小的程序存儲(chǔ)器，這些 ROM區(qū)與 8052的ROM 區(qū)功能類(lèi)似，所有指令都從這些區(qū)域中取出執(zhí)行。在空閑模式下，CPU 核心停止工作，而定時(shí)器、串行口、中斷時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行。(5) 電源管理類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)80C52，W77E58有空閑和掉電2種節(jié)電方式。由于存在新增功能和外設(shè)，中斷源的數(shù)量和中斷向量都相應(yīng)得增加。該定時(shí)器可用作系統(tǒng)監(jiān)控器，或超長(zhǎng)周期定時(shí)器。這位用戶(hù)提供了模擬8052時(shí)鐘運(yùn)行的一種方式。(3) 定時(shí)器W77E58有3個(gè)16位定時(shí)器，其功能與8052體系中的定時(shí)器類(lèi)似。注意串行口0可以用定時(shí)器 1或2做波特率發(fā)生器，但串行口1只能用定時(shí)器1做波特率發(fā)生器。(2) 串行口W77E58有2個(gè)增強(qiáng)型串行口，功能與標(biāo)準(zhǔn)8052串行口相似。 有CP/RL2 的復(fù)用功能是等待狀態(tài)中的控制信號(hào)。PP3 口是I/O 口同時(shí)具有不同的功能 。P2口主要提供 16位地址的高8位。當(dāng)處理器用MOVC 或MOVX指令執(zhí)行外部程序、訪(fǎng)問(wèn)外部設(shè)備/存儲(chǔ)器時(shí)，P0口可用作地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)。 W77E58具有所有8052的特性，同時(shí)也具有一些新的外設(shè)及特性。由于采用全靜態(tài) CMOS設(shè)計(jì)，W77E58 能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行，在相同指令吞吐量的情況下，電源消耗也降低。這樣提高了W77E58的指令執(zhí)行速度。他的指令集基本與8051相同；多了一條DEC DPTR ( 操作碼 A5H, DPTR減 1)指令。它只能用MOVX指令來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，可由軟件來(lái)選擇是否使用這個(gè)片上SRAM。這種設(shè)計(jì)使得W77E58能夠更有效的訪(fǎng)問(wèn)慢速或快速外部RAM及外設(shè)。這樣性能就提高了 。 W77E58中建有一個(gè)更加快速，性能更好的8位CPU ，它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)周期速度。其主要性能參數(shù)：(1) 8 位 CMOS 微控制器 (2)每 4 個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時(shí)鐘頻率為 40MHZ (3)與標(biāo)準(zhǔn) 80C52 管腳兼容 (4)指令與 MCS51 兼容 (5) 4 個(gè) 8 位 I/O 口 (6) 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (7) 12 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷能力 (8)片上振蕩器及時(shí)鐘電路 (9)二個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口 (10)32KB，F(xiàn)lash EPROM (11)256 字節(jié)片內(nèi)暫存 RAM (12)片內(nèi) 1KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（用 MOVX 指令訪(fǎng)問(wèn)） (13)可編程看門(mén)狗定時(shí)器，軟件復(fù)位，2 個(gè) 16 位數(shù)據(jù)指針 (14)對(duì)外部 RAM 及外設(shè)的訪(fǎng)問(wèn)周期可以進(jìn)行軟件編程 (15)封裝： DIP 40: W77E5840 ，PLCC 44：W77