摘 要 ： C8051Fxxx系列單片機(jī)是Cygnal公司最新推出的高速高性能單片機(jī), 與 51系列單片機(jī)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(yīng)用。
關(guān)鍵詞 單片機(jī)；柜式電能表；C8051F020
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(jī)相比較，它具有擴(kuò)展芯片少，連線少，資源多，編程簡單，升級維護(hù)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(biāo)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(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
l 具有與8051兼容的微控制內(nèi)核，最高速度可達(dá)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(qiáng)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(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(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:
圖 一 C8051F020內(nèi)部功能方框圖 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
將提高數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)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(yīng)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(kuò)展了液晶顯
示器，鍵盤和微型打印機(jī)。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74LS165讀取鍵值并送CPU 處理，具有接口少、連線少的優(yōu)點。微型打印機(jī)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(jī)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(xì)打印。智能液晶、按鍵和打印機(jī)用于完成人機(jī)對話功能，形成良好的人機(jī)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 軟件設(shè)計
利用該硬件電路再配以完善的軟件設(shè)計可以實現(xiàn)：鍵盤操作、液晶顯示、打印用電明細(xì)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(jìn)行液晶顯示控制器的初始化，顯示開機(jī)畫面，然后開始循環(huán)掃描鍵盤，當(dāng)檢測到有按鍵按下的時候，執(zhí)行相應(yīng)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(jī)均不帶字庫。在軟件設(shè)計中將打印機(jī)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。
讀鍵值子程序流程圖.
三、 結(jié)束語
綜上所述， C8051F020集成度高，功能強(qiáng)大，該柜式電能表采用它作為主芯片，是非常理想的解決方案。
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