基于數(shù)字信號處理器TMS320C5409的射頻IC卡智能電表的設(shè)計方案
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1.引言
目前，供電部門電費(fèi)的征收仍然采用人工上門抄表收費(fèi)的傳統(tǒng)方式，已不能適應(yīng)現(xiàn)代生活。原來的感應(yīng)式電能表具有準(zhǔn)確度低、適用頻率范圍窄、功能單一等缺點。因此新型電能表的研制也日益成為電力行業(yè)的迫切需求。我們研制了預(yù)付費(fèi)的射頻IC卡智能電表。這種電表采用美國德州儀器公司（TI公司）的TMS320C5409定點數(shù)字信號處理芯片，具有自動計數(shù)、自動供電斷電、自動保存數(shù)據(jù)、自動報警、使用壽命長,實現(xiàn)電費(fèi)的預(yù)付和分時段計費(fèi)等特點,從而提高了電網(wǎng)效能，實現(xiàn)了用戶的合理付費(fèi)。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計
圖1是系統(tǒng)的硬件原理框圖，主要包括TMS320C5409定點數(shù)字信號處理芯片、射頻IC卡讀寫電路、電脈沖檢測電路、內(nèi)存擴(kuò)展模塊、LCD顯示模塊、電源電路等。
2.1 TMS320C5409定點數(shù)字信號處理器
電表需要對輸入的電能信號進(jìn)行實時采樣處理，并且由于解碼算法有較高的復(fù)雜性，就要求CPU應(yīng)該具有高速的數(shù)字信號處理能力。根據(jù)這樣的要求，采用了TI公司的TMS320C5409定點數(shù)字信號處理芯片。該芯片采用先進(jìn)的超級哈佛結(jié)構(gòu)，多組總線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)并行處理機(jī)制，有獨(dú)立的累加器、乘法器和比例移位器實現(xiàn)復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，它還具有高效的片上外設(shè)，有一個可以用來與同一個系統(tǒng)中的其他芯片進(jìn)行直接連接的高效全雙工的MCBSP；一個可以實現(xiàn)處理器之間通信的增強(qiáng)型的8位的HPI(主機(jī)接口);一個硬件16位定時器；6個獨(dú)立的可編程DMA(直接存儲器訪問)通道，可以在不影響CPU運(yùn)算的情況下，在內(nèi)部存儲器、片上外設(shè)、外部存儲器之間傳遞數(shù)據(jù)。最有實際意義的是，他的性能價格比已下降到普通單片機(jī)的價格水平。
2.2 射頻IC卡讀寫電路
射頻IC卡系統(tǒng)由讀寫器和射頻IC卡兩部分組成。應(yīng)用系統(tǒng)通過讀寫器對卡進(jìn)行操作；讀卡器通過射頻信號同步進(jìn)行近距離通訊，并為卡上芯片提供能量；射頻IC卡響應(yīng)讀寫器的指令，并報告處理的結(jié)果。
射頻IC卡采用了ZLG500A芯片，讀/寫基站芯片選用Atmel公司的U2270B芯片，它們可以在5cm距離內(nèi)通過頻率為125Hz的載波通信，如圖2所示。
讀/寫基站將數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)EEPROM中。片內(nèi)EEPROM中用來存儲用戶1D號、IC 卡類型、IC 卡狀態(tài)、電表號、密碼、累積電量、剩余電量（金額）和當(dāng)前時間等。
讀IC卡時，ZLG500A發(fā)送數(shù)據(jù)給MCU。MCU通過多次讀取比較來保證數(shù)據(jù)的正確性。
寫IC卡時，MCU發(fā)送數(shù)據(jù)給ZLG500A，可以通過設(shè)置數(shù)據(jù)校驗的方法來保證數(shù)據(jù)可靠性。
2.3 電脈沖檢測電路
使用集成電路CS5460將電阻分流器和電阻分壓器變換得到的交流電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換成頻率正比于用電功率的能量脈沖。電壓模擬信號由Vin+，Vin-輸入后由△∑模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)高速濾波器及高通濾波器后送人功率計算器。電流模擬信號由Vin+，Vin-輸人后由另一路△∑模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)高速濾波器及高通濾波器后也送人功率計算器。功率計算器將兩路信號進(jìn)行處理運(yùn)算后輸出測量到的電壓、電流、功率等。所有這些數(shù)據(jù)由串行SPI接口和MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.4 LCD顯示電路
顯示電路采用LCM1602構(gòu)成，顯示用戶的用電量和剩余電費(fèi)，當(dāng)輪流顯示鍵沒有按下時，顯示器一直實時顯示用戶的總用電量和所剩余的電費(fèi)，當(dāng)輪流顯示鍵按下時，顯示器將顯示用戶分時段的用電量，過后又恢復(fù)顯示總用電量和剩余電費(fèi)。
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