單片機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(shè)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(shè)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
l 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）；
l 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(fù)用或非復(fù)用方式）；
l 8個8位的I/O端口，所有口線均耐5V電壓，并可通過交叉開關(guān)靈活配置；
l 可同時使用的硬件SMBus,SPI及兩個增強型UART串口；
l 22個矢量中斷源；
l 多種復(fù)位源；
l 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；
l 專用的看門狗定時器；
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除了具有標準的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、溫度傳感器、 SMBus/I2C、UART、SPI、可編程計數(shù)器/定時器陣列（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賀數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個或全部外設(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(shè)定預(yù)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：
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。利用該芯片作為測量原始信號的核心器件

圖 二 柜式表硬件系統(tǒng)示意圖