【正文】 是一款帶有 128 字節(jié)的不掉電 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。 定時(shí)監(jiān)測電路由于整個(gè)系統(tǒng)需要定時(shí)采集數(shù)據(jù)，記錄越限值的出現(xiàn)時(shí)間，統(tǒng)計(jì)總的掉電時(shí)間等，因此，全局的時(shí)鐘信號(hào)是必須的。串行數(shù)據(jù)通過光隔離放大器 6N137，250 將發(fā)送的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)的差分電平信號(hào)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，82C250 將接收的 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)的差分電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，傳給SJA1000，完成 CAN 總線通信功能。82C250 的主要特性 [7]：(1) 與 ISO/DIS11898 標(biāo)準(zhǔn)全兼容(2) 高速（最高可達(dá) 1MBPS）(3) 具有抗工作環(huán)境下的瞬間干擾，保護(hù)總線能力(4) 降低射頻干擾(5) 低電流待機(jī)方式(6) 防護(hù)電源與地之間發(fā)生短路 SJA1000 和 82C250 的硬件連接SJA1000 和 82C250 的硬件連接如圖 5 所示。82C250 是 CAN 控制器和物理總線間的接口，它可以提供對總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對 CAN 控制器的差動(dòng)接收能力。圖 4 SJA1000 的硬件連接圖由于 SJA1000 內(nèi)部有數(shù)據(jù)鎖存器，所以直接將數(shù)據(jù)/地址信號(hào)與它相連，通過 ALE信號(hào)將數(shù)據(jù)、地址信號(hào)分離，同時(shí)通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)串行口的選通信號(hào)， /WR，/RD 信號(hào)用來控制數(shù)據(jù)傳輸方向。(8) 控制器接口邏輯：它是與外部微控制器的接口，SJA1000 可直接與多種微控制器接口。(6) 收發(fā)邏輯：用來控制輸出驅(qū)動(dòng)器。(4) 位流處理器：它是一個(gè)控制發(fā)送緩存器和接收緩存器（并行數(shù)據(jù)）與 CAN 總線（串行數(shù)據(jù)）之間數(shù)據(jù)流的序列發(fā)送器。(2) 發(fā)送緩沖器：它有 10 個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元組成，存儲(chǔ)由微控制器寫入，將被發(fā)送到 CAN 總線的報(bào)文。SJA1000 的功能方框圖如圖 3 所示。SJA1000 是目前市場上用的較廣泛的一款 CAN 控制器，它在以往的 CAN 控制器上增添了一些新的功能 [5,6]：(1) 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)信息的發(fā)送和接收(2) 增加了接收 FIFO（64 字節(jié)）(3) 在標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展格式中都有單/雙接收過濾器（含接收代碼和接受屏蔽寄存器）(4) 增加了讀/寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器(5) 可編程的錯(cuò)誤限制報(bào)警(6) 由功能位定義的仲裁丟失中斷 控制器主要由下述幾部分構(gòu)成：(1) 接口管理邏輯：它接收來自微控制器的命令，分配控制信息緩存器，并為微控制器提供終端和狀態(tài)信息。 SJA1000 簡介和 82C250 簡介CAN 的通信協(xié)議主要由 CAN 控制器完成。CAN 總線的突出優(yōu)點(diǎn)使其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速發(fā)展，這使得許多器件廠商竟相推出各種 CAN 總線器件產(chǎn)品，已逐步形成系列。眾所周知，現(xiàn)代汽車越來越多的采用電子裝置控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)、注油控制、加速、剎車控制（ASC）及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)（ABS）等。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。 CAN 通訊電路CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。這些口有相當(dāng)一部分是多用途的。“高速”意味著這些功能是“自動(dòng)地”（相對于定時(shí)器）實(shí)現(xiàn)地，無需CPU的干預(yù)。 高速輸入器HIS/高速輸出器HSO高速輸入器HIS用于記錄某個(gè)外部事件發(fā)生的時(shí)間，時(shí)間基準(zhǔn)由定時(shí)器1提供，共可記下8個(gè)事件。外部事件服務(wù)器 PTS（Peripheral Transaction Server）是一種微代碼硬件中斷處理器，它可以大大降低 CPU 響應(yīng)中斷的開銷。作為D/A轉(zhuǎn)換器輸出,MCS96單片機(jī)可以直接提供脈寬調(diào)制信號(hào)，某些電機(jī)可以用它字節(jié)驅(qū)動(dòng)。串行口可利用內(nèi)部的專門的波特率發(fā)生器。 全雙工串行口MCS96單片機(jī)具有與MCS51單片機(jī)兼容的全雙工串行口。進(jìn)行切換時(shí)，只要寫窗口選擇寄存器就可以。018H～0FFH是附加的寄存器陣列，可由RALU直接訪問，宛如有232個(gè)累加器。表1 80C196KC存貯器布局00H～1FFH單元包含寄存器陣列、專用寄存器和256字節(jié)的附加RAM。復(fù)位時(shí)，程序?qū)?080H單元開始執(zhí)行。這樣WDT就提供了一種使系統(tǒng)從瞬時(shí)故障中自動(dòng)恢復(fù)的能力。4個(gè)軟件定時(shí)器受高速輸出器控制，到達(dá)預(yù)定時(shí)間時(shí)，設(shè)置相應(yīng)的軟件定時(shí)器標(biāo)志，可以激活軟件定時(shí)器中斷。 定時(shí)器80C196KC有2個(gè)16位定時(shí)器和4個(gè)軟件定時(shí)器，其中定時(shí)器1在系統(tǒng)中作實(shí)時(shí)時(shí)鐘用，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不停地循環(huán)計(jì)數(shù)。其中非屏蔽中斷NMI、軟件陷阱TRAP和非法操作碼中斷是3種特殊的中斷源，各用了1個(gè)專門的中斷向量，其余25個(gè)中斷源分享另外15個(gè)中斷向量。 和 決定采取哪種方式上鎖，提供對內(nèi)部 ROM/EPROM 的保護(hù)。器件內(nèi)部提供了 4 種就緒控制方式，這些方式取決于 和 的值，內(nèi)部就緒控制邏輯用來限制等待的狀態(tài)周期數(shù)，采用慢速器件時(shí)，可以把等待狀態(tài)插入到總線周期內(nèi)。這 3 根控制線所實(shí)現(xiàn)的功能由 和 決定。 圖 2 80C196KC 的基本方框圖80C196KC 能提供幾種類型總線信號(hào)。這些都由芯片配置寄存器 CCR (CHIP CONFIGURATION REGISTER)完成。在執(zhí)行過程中，MCS96 單片機(jī)的總線可以動(dòng)態(tài)地改變，配置成標(biāo)準(zhǔn)的 16 位分時(shí)切換的地址/數(shù)據(jù)總線，或配置成最小方式型的 16 位地址/8 位數(shù)據(jù)總線，以便適應(yīng)對外部寄存器進(jìn)行字節(jié)操作或字操作的不同需求 [3]。該 CPU 在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是：RALU 沒有采用習(xí)慣的累加器結(jié)構(gòu)，改用寄存器－寄存器結(jié)構(gòu)，CPU 的操作直接面向 256 字節(jié)的寄存器空間（由 232 字節(jié)的寄存器陣列和 24 字節(jié)的專用寄存器構(gòu)成），消除了一般結(jié)構(gòu)中存在的累加器的“瓶頸”效應(yīng)，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。Intel 的 CHMOS 16 位單片機(jī)有很多型號(hào)，集成在單片內(nèi)的“外圍設(shè)備”花樣繁多，80C196KC 就嵌入了時(shí)鐘發(fā)生器，I/O 口，A/D 轉(zhuǎn)換器，PWM，串行口，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，監(jiān)視定時(shí)器，高速輸入/輸出器、還有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器 PTS 等外設(shè)，系統(tǒng)框圖見圖 2。MCS－96 家族中的全部成員共享一套指令系統(tǒng)，有一個(gè)共同的 CPU 組織結(jié)構(gòu)。繼 8051，8096BH 之后，Intel 公司又推出了一系列高性能的 CHMOS16 位單片機(jī)——8X196XX.。系統(tǒng)的電源部分采用開關(guān)電源模塊，使裝置能在較寬的電壓范圍內(nèi)正常工作。終端響應(yīng)主站以 101 通訊規(guī)約發(fā)送的控制命令及各項(xiàng)設(shè)置命令，并按照一定的格式把主站需要的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。如果值沒有越限，繼續(xù)定時(shí)發(fā)出信號(hào)，控制 DSP 部分開始采集及進(jìn)行校驗(yàn)。它的各項(xiàng)控制由可編程邏輯器件CPLD(XC95108)完成。一旦上電，80C196KC 單片機(jī)將自動(dòng)的從 EPROM 中讀取程序，進(jìn)行操作。DSP 同時(shí)控制 A/D 的采集，且把采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行公式計(jì)算和 FFT 運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)對各種參數(shù)的檢測，并把頻率、電壓、電流、有功功率、無功功率和諧波存入雙口RAM 并置位標(biāo)志位。信號(hào)經(jīng)過過零比較器生成頻率相同的方波，以利于測頻和實(shí)現(xiàn)缺相檢測。參見圖 1。DSP 負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及處理，而80C196KC 負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存貯處理及通訊。變壓器監(jiān)測終端通過采集這些參數(shù)，計(jì)算并判斷電能質(zhì)量的優(yōu)劣，同時(shí)與監(jiān)測主站進(jìn)行通訊，接收主站下達(dá)的各種命令，傳送主站所需的各種參數(shù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。能防止負(fù)荷引起的瞬時(shí)電流過大和電壓過低、電容器投切時(shí)的瞬時(shí)浪涌電壓或電流且能防止將異常數(shù)據(jù)作為運(yùn)行參數(shù)的最高值和最低值存入記錄。具有自診斷功能，發(fā)現(xiàn)終端的內(nèi)存、時(shí)鐘、I/O 口等工作異常時(shí)應(yīng)記錄及保存。接受并執(zhí)行遙控指令及控制繼電器的開、合動(dòng)作，并具有越限報(bào)警、過壓壓、欠、缺相、缺零、諧波越限、保護(hù)閉鎖及當(dāng)?shù)乜刂乒δ堋?4)能與上級(jí)站或主站控制終端通信，將采集和處理的信息向上發(fā)送并接受上級(jí)站或主站控制終端的命令。可以按日、月統(tǒng)計(jì)并保存數(shù)據(jù)，月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可連續(xù)保存 2 個(gè)月。當(dāng)終端電源失電時(shí)，儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)不能丟失。(3)當(dāng)電壓、電流連續(xù)超整定值時(shí)，記錄并上報(bào)其極限值、發(fā)生的起始時(shí)間和終止時(shí)間（時(shí)間記錄精確到分） ，至少記錄最近 5 次。(2)接收上一級(jí)的校對命令，時(shí)鐘日走時(shí)誤差≤1s，終端自身時(shí)鐘的日走時(shí)誤差≤5s。采集 2 路數(shù)字輸入量，控制 8 路輸出量，事件順序記錄的分辨率≤2ms。有功電量的精度是177。％，要求能耐浪涌電壓 1200V。其中電壓的輸入范圍是 0～260V，電流的輸入范圍是 0～5A，電壓及電流的采樣精度是177。變壓器監(jiān)測終端的最主要功能是采集、存貯及通訊。2 變壓器監(jiān)測終端的設(shè)計(jì)概述 變壓器監(jiān)測終端的技術(shù)指標(biāo)隨著電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，供電質(zhì)量和供電可靠性越來越受到重視，電壓、電流、諧波、負(fù)荷電流水平和功率因數(shù)等參數(shù)是衡量電能質(zhì)量的重要參數(shù)。本文詳細(xì)分析了 80C196KC 的原理，闡述了利用 80C196KC 和各種外設(shè)芯片來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、顯示和通訊，接著討論了 CAN 總線，并分析了通過 SJA1000CAN 控制器實(shí)現(xiàn) CAN 通訊的原理、方式和過程。之所以選擇它，是因?yàn)?80C196KC 特別擅長于進(jìn)行各種控制，而且它本身集成了許多的外設(shè)，這樣就節(jié)省了很多資源。本文針對供電企業(yè)的需求，建立配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)控和負(fù)荷現(xiàn)場管理，提高用電監(jiān)測及負(fù)荷管理水平，為加強(qiáng)電力需求側(cè)管理提供技術(shù)支持，首先討論了本設(shè)計(jì)的產(chǎn)生、應(yīng)用背景和設(shè)計(jì)要求，接著討論了電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)測的集成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，設(shè)計(jì)了一種基于 80C196KC 和 CPLD 的監(jiān)控裝置，來完成弱電對強(qiáng)電的控制。這種測試裝置的弊端是體積太大、自動(dòng)化程度低，無法完成無人監(jiān)控的目的和數(shù)據(jù)不集中。在國外，很多國家都制定了有關(guān)電力信號(hào)采集和數(shù)據(jù)通訊的標(biāo)準(zhǔn)，最近我國也制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) IEC6087C5101（配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的信息采集與通信規(guī)約） ，這將大大提高通訊的標(biāo)準(zhǔn)化，有效的