單片機(jī)C8051F020及其在柜式電能表中的應(yīng)用

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(jì)量終端的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)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(guò)一番比較，筆者采用了美國(guó)Cygnal公司推出的完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片C8051F020，與普通單片機(jī)相比較，它具有擴(kuò)展芯片少，連線少，資源多，編程簡(jiǎn)單，升級(jí)維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，而且可靠性和穩(wěn)定性也可得到保證，從而簡(jiǎn)化了測(cè)量?jī)x器硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示，打印，大大高了測(cè)量?jī)x器性能指標(biāo)和性?xún)r(jià)比。而其具有的片內(nèi)調(diào)試電路，使設(shè)計(jì)人員可通過(guò)JTAG接口進(jìn)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(diǎn)
l 具有與8051兼容的微控制內(nèi)核，最高速度可達(dá)25MIPS。（時(shí)鐘頻率為25MHz）；
l 具有64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器，4352(4096+256)字節(jié)的片內(nèi)RAM，外部64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口（可編程為復(fù)用或非復(fù)用方式）；
l 8個(gè)8位的I/O端口，所有口線均耐5V電壓，并可通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)靈活配置；
l 可同時(shí)使用的硬件SMBus,SPI及兩個(gè)增強(qiáng)型UART串口；
l 22個(gè)矢量中斷源；
l 多種復(fù)位源；
l 可編程的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA），有5個(gè)捕捉/比較模塊，6種工作方式；
l 專(zhuān)用的看門(mén)狗定時(shí)器；
l 工作范圍溫度：-40~+85℃；
l 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(biāo)準(zhǔn)的8052的數(shù)字外設(shè)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(shè)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(zhǔn)、溫度傳感器、 SMBus/I2C、UART、SPI、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）、定時(shí)器、數(shù)字I/O端口、電源監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）和時(shí)鐘振蕩器等。C8051F020是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)（SOC）。它能有效的管理模擬賀數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。篇內(nèi)完全符合 IEEE1149.1規(guī)范JTAG借口，支持安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進(jìn)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:

2、 C8051F020在柜式電能表中的應(yīng)用

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及工作原理

整個(gè)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(guò)鍵盤(pán)可以設(shè)定預(yù)購(gòu)電量、電價(jià)、校驗(yàn)電表時(shí)鐘等功能。整個(gè)硬件系統(tǒng)示意圖如圖二所示：
電量采集部分以 CS5460A為核心，CS5460A是單相雙向功率計(jì)量芯片，由美國(guó)Cirrus 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。利用該芯片作為測(cè)量原始信號(hào)的核心器件

圖 二 柜式表硬件系統(tǒng)示意圖