【正文】 。 圖 4l 集中器組成結(jié)構(gòu)框圖 集中器主控器的設(shè)計 主控器的作用 [11] 集中器是通信的樞紐，它負責中心計算機和采集終端之間的聯(lián)系。集中器上行通信采取MODME通過電話線與 中心基站聯(lián)系，或是通過串口直接與計算機聯(lián)系。 主控器是集中器的核心部件，選擇時一般從以下幾個指標：價格、速度、位數(shù)、電壓、功耗、系統(tǒng)擴展與驅(qū)動能力等。 51系列單片機有極多的器件可供選擇，并且數(shù)量還在日益增多，價格便宜，技術(shù)成熟，擴展力強。 主控器的選型 [11] 電力載波收發(fā)電路 時鐘模塊 數(shù)據(jù)存儲模塊 主 控 單 元 Modem 接口電路 公用電話網(wǎng) 低壓電力網(wǎng) 第 13 頁 共 46 頁 13 在集中器的設(shè)計中，單片機既要與上位機通信，又要和電話網(wǎng)進行通信，所以 需要兩個串口。在它內(nèi)部 20kB 的程序存儲器，而且擴展能力強，完全能滿足系統(tǒng)的要求。經(jīng)過這種改進以后，在相同的時鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標準 8051 要快許多。整體來看， W77E58 的速度比標準的 8051 快 倍。由于采用全靜態(tài) CMOS 設(shè)計， W77E58 能夠在低時鐘頻率下運行。其主要性能參數(shù)： (1) 8 位 CMOS 微控制器 (2)每 4 個時鐘周期為一個機器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時鐘頻率為 40MHZ (3)與標準 80C52 管腳兼容 (4)指令與 MCS51 兼容 (5) 4 個 8 位 I/O 口 (6) 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 (7) 12 個中斷源， 2 級中斷能力 (8)片上振蕩器及時鐘電路 (9)二個增強型全雙工串行口 (10)32KB， Flash EPROM (11)256 字節(jié)片內(nèi)暫存 RAM (12)片內(nèi) 1KB 外部數(shù)據(jù)存儲器（用 MOVX 指令訪問） (13)可編程看門狗定時器，軟件復(fù)位， 2 個 16 位數(shù)據(jù)指針 (14)對外部 RAM 及外設(shè)的訪問周期可以進行軟件編程 (15)封裝： DIP 40: W77E5840 ， PLCC 44： W77E58P40 ， QFP 44： W77E58F40 單片機 W77E58 的簡單介紹 W77E58與 8052在管腳及指令集上兼容。 W77E58中建有一個更加快速，性能更好的 8位 CPU，它的內(nèi)核經(jīng)過重新設(shè)計，提高了時鐘速度和存儲器訪問周期速度。這樣性能就提高了 。這種設(shè)計使得 W77E58能夠更三門峽職業(yè)技術(shù) 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 第 14 頁 共 46 頁 14 有效的訪問慢速或快速外部 RAM及外設(shè)。它只能用 MOVX指令來訪問，可由軟件來選擇是否使用這個片上 SRAM。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。這樣提高了 W77E58的指令執(zhí)行速度。由于采用全靜態(tài) CMOS設(shè)計， W77E58能夠在低時鐘頻率下運行，在相同指令吞吐量的情況下，電源消耗也降低。 W77E58具有所有 8052的特性，同時也具有一些新的外設(shè)及特性。當處理器用 MOVC或 MOVX指令執(zhí)行外部程序、訪問外部設(shè)備 /存儲器時， P0口可用作地址 /數(shù)據(jù)總線。 P2口主要提供 16位地址的高 8位。 P P3口是 I/O口同時具有不同的功能 。 CP/RL2 的復(fù)用功能是等待狀態(tài)中的控制信號。 (2) 串行口 W77E58有 2個增強型串行口，功能與標準 8052串行口相似。注意串行口 0可以用定時器 1或 2做波特率發(fā)生器，但串行口 1只能用定時器 1做波特率發(fā)生器。 (3) 定時器 W77E58有 3個 16位定時器，其功能與 8052體系中的定時器類似。這位用戶提供了模擬 8052時鐘運行的一種方式。該定時器可用作系統(tǒng)監(jiān)控器，或超長周期定時器。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。 (5) 電源管理 類似于標準 80C52， W77E58有空閑和掉電 2種節(jié)電方式。在空閑模式下， CPU核心停止工作，而定時器、串行口、中斷時鐘繼續(xù)運行。 (6) 程序存儲器 W77E58提供 32KB大小的程序存儲器，這些 ROM區(qū)與 8052的 ROM區(qū)功能類似，所有指令都從這些區(qū)域中取出執(zhí)行。 (7) 數(shù)據(jù)存儲器 W77E58最多可以訪問 64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器。不同于其他 8051的衍生產(chǎn)品， W77E58還內(nèi)建一個 1KB字節(jié)的 MOVX SRAM數(shù)據(jù)存儲器。對該數(shù)據(jù)存儲器的訪 問是受軟件控制的。當?shù)刂贩秶^ 03FFH后，系統(tǒng)將自動訪問外部數(shù)據(jù)存儲器。任何訪問地址為 0000HFFFFH的 MOVX指令都將訪問到外部數(shù)據(jù)存儲器。另外 W77E58還有標準的 256字節(jié)暫存數(shù)據(jù)存儲器。由于這片區(qū)域只有 256字節(jié)，因此僅適用于數(shù)據(jù)量較小的場合。片上 MOVX SRAM，同外部 RAM一樣只可由 MOVX指令來訪問，但是片上 MOVX SRAM擁有最快的訪問速度。該定時器基于一組分頻器，對系統(tǒng)時鐘頻率進行分割。溢出時，如果看門狗有效（且看門狗定時器復(fù)位打開），將引起系統(tǒng)復(fù)位。 看門狗定時器主要用作一個系統(tǒng)監(jiān)控器，在實時控制的應(yīng)用中尤為重要。如果不及時檢查，整個系統(tǒng)可能會崩潰。如果系統(tǒng)受到干擾，程序運行發(fā)生異常，系統(tǒng)就可能不會運行看門狗定時器的復(fù)位代碼，此時系統(tǒng)就會被看門狗定時器復(fù)位。當使能看門狗定時器復(fù)位后，這個復(fù)位會在其溢出并經(jīng)過 512個時鐘周期后結(jié)束。集中器要管理電表，對其進行數(shù)據(jù)集、處理、存儲，僅片內(nèi) 1KB 數(shù)據(jù)存儲器是不夠的，需要擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 的選擇 本文采用 6264 作為擴展的數(shù)據(jù)存儲器。在系統(tǒng)中加入掉電保護電路，保護數(shù)據(jù)有很高的可靠性，可以和 EEPROM相媲美。P2 口的 作為高 5 位地址線， P0 口作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)總線， P0、 P2 口的 共同組成 13 位地址，尋址范圍為 :0000H3FFFH。擴展的程序存儲器 2764 為 8 KB，需 13 根地址線 , 尋址范圍為 :1000H2FFFH。當 WR/為低電平，片選端 CE/為低電平時，將 P0 口和 P2 口的 上的數(shù)據(jù)寫到 A0~A13 選中的存儲單元中。由于 W77E58 的低 8 位地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用，因此需要外部地址鎖存器 74LS373 和 ALE 鎖存信號來鎖存低 8 位地址，它在下降沿鎖存地址。掉電之后，單片機會停止工作，時鐘會停止往前走， 存儲器的數(shù)據(jù)容易丟失， 這種結(jié)果在許多場合往往是不希望的，為了保證單片機在主電壓失去時仍然能夠保持運行，人們就利用干電池對單片機系統(tǒng)繼續(xù)進行供電。 電池在主電源失去時，對單片機 存儲器 的繼續(xù)運行提供能源，此時的電池能源是非常寶貴的 ，而且 隨著保護時間的延長，電池的電量也會用三門峽職業(yè)技術(shù) 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 第 18 頁 共 46 頁 18 完的。當電池經(jīng)過保護時間的使用之后，就需要補充電能，以便下一次保護時能夠 正常投入保護工作。電池在主電源正常供電時，需要由主電源對其進行充電；當主電源失去時，又由電池放電以保持單片機系統(tǒng)的運行。正常工作時， 由 VCC 5V 電源供電，此時， VCC 5V 電源通過 D1 和 R1 ，對保護用電池進行充電，以保證電池電量的充足。 當主電源失去后， 電池通過 R1+R2 ，對 存儲器 供電端口進行供電，供電電流通過 R1+R2 之后，會有壓降，到達 存儲器 的 VCC 端口時，電壓就會比 低，一般會在 2V— 左右， 但可以防止存儲器中的數(shù)據(jù)丟失。將時鐘放在集中器上，既可以滿足系統(tǒng)對時間信息的基本要求，也不會給系統(tǒng)增加過多的負擔。將時鐘放在集中器上還有利于上位機對時鐘進行精確校時。它在工業(yè)控制及智能儀器儀表中有廣泛用途 ,一般 PC 機內(nèi)的時鐘信號就是由 DS12887 提供的。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(fù)位，接 +5V； 圖 45 DS12887 的管腳圖 IRQ：中斷請求輸出。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。由于 DS12887內(nèi)部帶有鋰電池，可保證其正常工作達十年之久。并能保證在 25℃環(huán)境溫度的情況下，計時精度在 177。 三門峽職業(yè)技術(shù) 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 第 20 頁 共 46 頁 20 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(shè)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)。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)計優(yōu)劣、功率小等密切相關(guān)。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(yù)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。這種數(shù)據(jù)通信采用了收發(fā)分時控制的半雙工通訊。在信道特性最惡劣的情況下，也要保證不小于 600 米。 第 21 頁 共 46 頁 21 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。 擴頻通信技術(shù)是將信息在載波調(diào)制的基礎(chǔ)上再進行擴頻調(diào)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。線性擴頻是指在發(fā)送數(shù)據(jù)信號的一個周期內(nèi)，其載波的頻率作線性變化。發(fā)送時將該線性調(diào)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(diào)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(luò)輸入，并可采用匹配濾波器對線性調(diào)頻信號進行壓縮處理，使信號在一個很短的時間內(nèi)輸出集中的能量。最后對檢出的信號進行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息。 圖 410 給出了 SSCP300 網(wǎng)絡(luò)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(wù) ,主處理器負責與 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)。模擬通過信號首先從其S SCP 3 0 0 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 三門峽職業(yè)技術(shù) 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 第 22 頁 共 46 頁 22 SI 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(zhuǎn)化為數(shù)字信號 ,以便于對信號實施數(shù)字信號處理。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。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(yīng)為 1∶ 1,主處理器與 SSCP300 通過發(fā)布指令進行通信。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(yù)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。 PDCI 用于連接計算機和計算機、計算機和嵌入式設(shè)備 ,實現(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 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、低通濾波和信號耦合等功能。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(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。 SSC P300 從電力線上耦合并解調(diào)出來產(chǎn)生解調(diào)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(diào)后信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)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。 [18] 下圖為電力線載波通信模塊 第 23 頁 共 46 頁 23 圖 49 SSC