高速高性能單片機c8051f020及其在柜式電能表中的應用_圖文

1、測試技術(shù)與自動化卷,娜她-髟圈一OOnology and Automation曼瞄琵闌蟊蕾懿型目I疆8J I_:_I_啊_iI_/lI 羞幽鰉皤j日夏m朝耐哥慧U U瞄-虛j i_曼High Speed and Performance MCU C8051F020and 考Its Application In Floorstanding Walt-hour Meteri張殿明公茂法閨銀發(fā)孫秀娟山東科技大學信息與電氣工程學院ZhangDianiming Gong MaofaYan YingfaSunXiujuaTheInformation and ElectricalEngineering Sch

2、ool of Shandong University of Science and Technology7摘要:C8051Fxxx系列單片機是Cygnal公司最新推出的高速高性能單片機.與51系列單片機兼容。本文簡單介紹了C8051F020的功能、特點,闡述了該芯片在電能表中的應用。關(guān)鍵詞:單片機柜式電能表C8051F020Abstract=Inthispaper,werelate the basic structure andcapability of C8051F020,which was madeinAmericabyCygnal Company.And we alsoshow emph

3、asizesonthehardwareandsoftware and good characteristic ofFIoo卜standingwatt-hour meter based on C8051F020.、Kay'vords=Singlechip ComputerFloor-standingWatt-hourMeter C8051F020j引言柜式電能表內(nèi)部的CPU要求具有雙串口,一方面讀取電能計量終端的數(shù)據(jù),同時通過RS485通訊接口將這些數(shù)據(jù)上傳至電能管理信息系統(tǒng)。經(jīng)過一番比較,筆者采用了美國Cygnal公司推出的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片C8051F020,與普通單片機相

4、比較,它具有擴展芯片少,連線少,資源多,編程簡單,升級維護容易等優(yōu)點,而且可靠性和穩(wěn)定性也可得到保證,從而簡化了測量儀器硬件電路系統(tǒng)設計,實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的顯示,打印,大大高了測量儀器性能指標和性價比。而其具有的片內(nèi)調(diào)試電路,使設計人員可通過JTAG接口進行非侵入式,全速的在系統(tǒng)調(diào)試。一、芯片介紹1、C8051F020的主要特點具有與8051兼容的微控制內(nèi)核,最高速度可達25MIPS。(時鐘頻率為25MHz;具有64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器,4352(4096+256字節(jié)的片內(nèi)RAM,外部64K數(shù)據(jù)存儲器接口(可編程為復用或非復用方式;2004第06期8個8位的T/o端口,所有端口線均

5、耐5、電壓,并可通過交叉開關(guān)靈活配置;可同時使用的硬件SMBU s,SPI及兩個增強型UART串口;22個矢量中斷源;多種復位源;可編程的16位計數(shù)器/定時器陣列(PCA,有5個捕捉/比較模塊,6種工作方式;專用的看門狗定時器;工作范圍溫度:一40+85;支持JTAG調(diào)試和邊界掃描;2、c8051F020的基本結(jié)構(gòu)C8051F020除了具有標準的8052的數(shù)字外設部件之外,片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件。其中包括模擬多路選擇器、可編程增益放大器,ADC、DAC、電壓比較器。電壓基準、溫度傳感器、SMBus/I 2c、URT、SPI、町編程計數(shù)器/定時器陣

6、列(PcA、定時器、數(shù)字I/o端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時器(wDT和時鐘振蕩器等。C8051F020是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)(SOC。它能有效的管理模擬數(shù)字外JTAG接口電路挺翟一昌00ADC(12位64k字1FLASH256字jRAM4k字節(jié)f認MUARTO UARTl SMBTO,1,23,4PO,P1P2.P3控制寄存器PO妾區(qū)葜叵P3ADC1.I可編程增(8位門益放大器圖一C8051F020內(nèi)部功能方框圖POP1P2P3P4P5P6P7ELECTRONICSQUALITY秀尋_|蜃量墨藿爹KSO TN21卜h+一羆罾嘟眥嘲蝴戤肄MX X設,可以關(guān)閉單個或全部外設以節(jié)省功耗。片內(nèi)完全

7、符合IEEEl149.1規(guī)范JTAG借口,支持安裝在最終應用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源、全速、在系統(tǒng)調(diào)試和在系統(tǒng)編程(ISP。其內(nèi)部功能方框圖如圖一所示。二、C8051F020在柜式電能表中的應用1、系統(tǒng)硬件構(gòu)成及I作原理整個柜式電表主要完成電量的采集,顯示,打印和上傳的功能。此外通過鍵盤可以設定預購電量、電價、校驗電表時鐘等功能。整個硬件系統(tǒng)示意圖如圖二所示:圖二柜式表硬件系統(tǒng)示意圖電量采集部分以CS5460A為核心, CS5460A是單相雙向功率計量芯片,由美國cirFus LogiC公司研制生產(chǎn),是一種單相帶有串行接口的雙向功率電能集成電路芯片,極易與微處理器連接。利

8、用該芯片作為測量原始信號的核心器件將提高數(shù)據(jù)測量的準確性,同時也簡化了測量儀器。其工作原理是:采樣電路把所輸入的大電壓電流信號轉(zhuǎn)變成CS5460A可接受的小電壓信號, CS5460A根據(jù)采樣電路輸入的電壓、電流由內(nèi)部的電能計算函數(shù)計算出電能,并按類型存入相應寄存器中,然后把電壓、電流等測量值由三線雙向串行接口傳送給C8051F020。圖三是以C8051F020為核心的硬件電路圖。C8051F020外圍擴展了液晶顯示器,鍵盤和微型打印機。顯示器件采用內(nèi)置T6963C控制器的液晶顯示模塊,鍵盤采用串行數(shù)據(jù)傳送方式,由兩片串連的74LSl65讀取鍵值并送CPU處雹辛質(zhì)董ELECTRONICS QUA

9、LITYe測試技術(shù)與自動化卷Test Technology and Automation圖三硬件設計電路圖理,具有接口少、連線少的優(yōu)點。微型打印機通過并行接口與C8051F020的P6口相連。該系統(tǒng)通過串口0讀取各下位機計算出的各用戶的電量值,將其顯示在液晶上,并保存到非易失性存儲器內(nèi)。根據(jù)用戶需要完成全部房間或單一房間用電明細打印。智能液晶、按鍵和打印機用于完成人機對話功能,形成良好的人機界面,同時通過485通訊接口將這些數(shù)據(jù)上傳至電能管理信息系統(tǒng)。2、軟佯設計利用該硬件電路再配以完善的軟件設計可以實現(xiàn):鍵盤操作、液晶顯示、打印用電明細表、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)輸出等功能。整個系統(tǒng)軟件由主程序、讀鍵

10、子程序、打印子程序、串行通信子程序及字庫組成。在主程序中,系統(tǒng)首先進行液晶顯示控制器的初始化,顯示開機畫面,然后開始循環(huán)掃描鍵盤,當檢測到有按鍵按下的時候,執(zhí)行相應的動作。為節(jié)約成本,本系統(tǒng)采用的液晶器件及微型打印機均不帶字庫。在軟件設計中將打印機的字庫和液晶字庫合為一個字庫可節(jié)約存儲空間。讀鍵值子程序分為讀高8位鍵值和讀低8位鍵值子程序,這里僅介紹讀低8位鍵值子程序,讀高8位與讀低8位子程序類似,在此不再介紹。圖四圖五圖四讀鍵值子程序流程圖五打印子程序流程圖讀鍵值子程序流程圖如圖四所示,圖五為打印子程序流程圖。三、結(jié)束語綜上所述,C8051F020集成度高,功能強大,該柜式電能表采用它作為主

11、芯片,是非常理想的解決方案。參考文獻:1潘琢金,施國君。C8051FXXX高速SOC單片機原理及應用H.北京:北京航空航天大學出版社,20022公茂法,馬寶甫,孫展。單片機人機接口實例集。北京:.iic京航空航天大學出版社,19973李華。MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)。北京:lie京航空學院出版社,1993.82004第06期2 高速高性能單片機C8051F020及其在柜式電能表中的應用作者:張殿明, 公茂法, 閆銀發(fā), 孫秀娟作者單位:山東科技大學信息與電氣工程學院刊名:電子質(zhì)量英文刊名:ELECTRONICS QUALITY年,卷(期:2004,(6引用次數(shù):0次參考文獻(3條1.潘琢金.施國君C8051FXXX高速SOC單片機原理及應用 20022.公茂法.馬寶甫.孫晨單片機人機接口實例集 19973.李華CS-51系列單片機實用接口技術(shù) 1993