基于Ｃ８０５１Ｆ３１０ＳＯＣ单芯片的三相电能表制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于Ｃ８０５１Ｆ３１０ＳＯＣ单芯片的三相电能表，该电能表包括：该电能表以Ｃ８０５１Ｆ３１０作为系统的中央处理器，显示部分通过ＳＰＩ接口与主控芯片连接，以进行ＳＰＩ通信；时钟模块为ＰＣＦ８５６３，８脚ＤＩＰ封装，与主控芯片连接；存储器模块为ＡＴ２４Ｃ１６，８脚ＤＩＰ封装，与时钟芯片ＰＣＦ８５６３共享ＩＩＣ总线；４８５通信模块核心芯片为ＭＡＸ４８５Ｅ，８脚ＤＩＰ封装，与上位机相连负责和上位机网络通信；外部按键连接到主控芯片Ｐ３．４引脚；ＡＤ采集模块主要由传感器、信号调理模块和Ｃ８０５１Ｆ３１０片内的ＡＤＣ三部分组成；电压比较器模块，连接到主控芯片内部的比较器输入引脚上；以及一电源供电电路。该电能表具有计量精度高、成本低廉、简单可靠等优点，而且它还具有极强的可重构性，非常适合在民用电表中进行推广。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于C8051F310SOC单芯片的三相电能表，属于电能表

技术介绍
2003年城乡电网改造结束后，电力系统对三相多功能表的需求量迅速增长。由此，国际、国内电表企业纷纷看好商机，抓紧新技术开发，不断推出三相多功能表的新产品，以满足电能表市场的应用需求。据不全完统计，国家电网和南方电网拥有计费电能表总量为19500万台。其中，两网直接管理用于计费的11800万台，非直接管理用于计费的7700万台。 这几年国内电子电能表的需求稳中有升，造成市场增长的原因有三一是电子电能表将逐步替代机械式电能表；二是前几年安装的电子电能表功能简单，目前已经开始更新换代；三是近年来国外电子电能表市场有所扩大，使国内企业出口量增加。 业内人士分析，电子电表将成为未来电表市场的主角。有资料表明，目前全球至少已经安装了10亿块电表(电子电表和机械电表总和)。未来10年，中国电表市场可能占全球电表市场的40％，而且这个比例还在不断攀升。北京电力公司已经决定，将在2008年之前将卡表全部更换掉。 在中国的电能表市场上，电子式电能表约占30～40％，其中单相电子式电能表的年需求量稳定为2000万只左右，三相电子式电能表已增长到600万只以上。电子式电能表具有精度高、功能强、寿命长等优点，剩余60～70％的传统机械表正逐渐被电子式电能表所替代。 目前在国内，单、三相电能表的设计规范还不是很严格。各个电能表制造厂家在对三相电能表的功能设计上都没有明确的标准，基本上是按照客户提出的要求，选择市场上已有的CPU、电能计量芯片及外围硬件模块进行具体的设计。这样，每次不同功能要求的设计项目都需要对原有的软硬件设计方案做出相应的调整。其中，对硬件设计方案的改变可能会对产品安全可靠性造成很大的影响，同时也会给设计制造厂家带来更多的投资及不便。 如果能够将电能表所需的全部核心电路(例如微处理器，电能计量芯片、各种控制器与通信接口等)放在同一芯片上，就可以大幅缩小整个系统所占的面积，同时还会减少外围驱动接口单元及电路板间的信号传递，加快微处理器数据处理的速度，内嵌的线路还可以避免外部电路板上信号传递所造成的系统干扰。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于C8051F310SOC单芯片的三相电能表，针对现有技术中存在的问题，提出一个完整的基于C8051F310SOC单芯片的三相电能表设计方案，将电表所需的全部核心电路(例如微处理器，计量芯片、AD转换器与通信接口等)放在同一芯片上，以缩小整个系统所占的面积，加快微处理器数据处理的速度，增加系统的集成度，从而节省资源成本。 本技术一种基于C8051F310SOC单芯片的三相电能表，其硬件部分如下 (1)主控芯片 本技术所述的电能表以C8051F310作为系统的中央处理器(CPU)，负责对系统的控制和对信息的处理。 (2)显示部分 所述的显示部分通过SPI接口与主控芯片连接，以进行SPI通信。 所述的显示部分为NOKIA(诺基亚)公司的3310液晶屏，该液晶屏共有7个外部引脚，其中SCLK、SDIN、SCE引脚分别连接到主控芯片的P0.0、P0.2、P0.3引脚以进行SPI通信；它的数据/命令选择引脚D/C和复位引脚RES分别连接到主控芯片的P3.0、P3.1引脚；另外还要给它的VCC引脚提供3.3V电压并且将GND引脚接地。 (3)时钟模块 所述的时钟模块为PCF8563，8脚DIP封装，其中7脚为CLKOUT用10K电阻上拉，输出频率为晶振频率32768Hz，作为测试用；3脚/INT、5脚SDA、6脚SCL均用10K(R400KHz＝10K，R100KHz＝33K)电阻上拉，与主控芯片的P3.2、P0.6、P0.7连接；IIC通信地址为写为0A2H，读为0A3H。电源部分由电线上采得，还需要加上电池在断电情况下继续为PCF8563供电，以防止丢失时间等参数。 (4)存储器模块 所述的存储器模块为AT24C16，8脚DIP封装；A0、A1、A2均接地；则IIC通信地址为0A0，与时钟芯片PCF8563共享IIC总线，由主控芯片控制选择读写。 (5)485通信模块 485通信模块核心芯片为MAX485E，8脚DIP封装，与上位机相连负责和上位机网络通信；且通过光耦(PS2051)分别连接主控芯片的P0.5(RXD)、P0.4(TXD)、P3.3，负责485通信。 其中P3.3脚负责发送、接收的切换。 (6)外部按键 外部按键连接到主控芯片P3.4引脚，用于快速将测量的各个参数值上传给上位机进行显示和处理。 (7)AD采集模块 AD采集模块主要由传感器、信号调理模块和C8051F310片内的ADC三部分组成； 传感器将电力线上的三相电压和三相电流转为小信号送给信号调理模块，三相电压信号是通过电阻分压网络降为小信号的，三相电流信号是通过电流互感器转为小信号的。 信号调理模块把传感器送来的小电压信号经过抗混叠低通滤波器滤波后偏置到A/D的参考电压电平上，并将其输出给C8051F310片内的ADC进行模拟数字转换，三路差分电压输入信号UA、UB、UC分别与主控芯片的P1.3和P1.4、P1.5和P1.6、P1.7和P2.0引脚相连接，三路单端电流输入信号IA、IB、IC分别与主控芯片的P1.0、P1.1、P1.2引脚相连接。 C8051F310片内的ADC集成了两个25通道模拟多路选择器和一个200ksps的10位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中还集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。 (8)电压比较器模块 将一路差分电压输入信号UA和外部基准接到主控芯片内部的比较器输入引脚P2.4和P2.5上，可测得信号的频率值。 (9)电源供电电路 电源部分由LM7805来稳定变压器产生的5V直流电压，提供给RS485以及作为LM1086输入，LM1086转换成3.3V直流电压提供给C8051F310作为工作电压。 本技术一种基于C8051F310SOC单芯片的三相电能表，其优点及功效在于该电能表具有计量精度高(电压、电流、有功功率优于0.5％；频率优于0.2％；电度优于1％)、成本低廉、简单可靠等优点，非常适合在民用电表中进行推广。而且它还具有极强的可重构性，即在不改变硬件电路的前提下通过改变软件来升级改进系统功能，从而解决了每次不同功能要求的设计项目都需要对原有的软硬件设计方案做出相应的调整的问题，给用户和生产厂商都带来了极大的方便。附图说明图1所示为本技术硬件装置框图 图2所示为本技术之时钟模块部分的电路图 图3所示为本技术之存储器模块部分的电路图 图4所示为485通信模块部分的电路图 图5所示为主程序的流程图 图6所示为ADC中断服务程序的流程图 具体实施方式 以下结合附图，对本技术的技术方案做进一步的说明。 本技术提出的SOC单芯片的三相电能表设计方案，立足于实际的具体应用，给出基于新华龙公司的8位单片机C8051F310的系统方案。该系统方案同样可以应用到单相电能表设计中，只是需要在硬件设计上对电线的接法以及系统软件设计中相应的模块加以调整就可以了。 本技术一种基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Ｃ８０５１Ｆ３１０ＳＯＣ单芯片的三相电能表，其特征在于：该电能表包括：主控芯片：所述的电能表以Ｃ８０５１Ｆ３１０作为系统的中央处理器；显示部分：所述的显示部分通过ＳＰＩ接口与主控芯片连接；所述的显示部分为诺基亚公司的３３１０液晶屏，该液晶屏共有７个外部引脚，其中ＳＣＬＫ、ＳＤＩＮ、ＳＣＥ引脚分别连接到主控芯片的Ｐ０．０、Ｐ０．２、Ｐ０．３引脚以进行ＳＰＩ通信；它的数据／命令选择引脚Ｄ／Ｃ和复位引脚ＲＥＳ分别连接到主控芯片的Ｐ３．０、Ｐ３．１引脚；另外还要给它的ＶＣＣ引脚提供３．３Ｖ电压并且将ＧＮＤ引脚接地；时钟模块：所述的时钟模块为ＰＣＦ８５６３，８脚ＤＩＰ封装，其中７脚为ＣＬＫＯＵＴ用１０Ｋ电阻上拉，输出频率为晶振频率：３２７６８Ｈｚ，作为测试用；３脚／ＩＮＴ、５脚ＳＤＡ、６脚ＳＣＬ均用１０Ｋ电阻上拉，与主控芯片的Ｐ３．２、Ｐ０．６、Ｐ０．７连接；ⅡＣ通信地址为：写为０Ａ２Ｈ，读为０Ａ３Ｈ；电源部分由电线上采得，还需要加上电池在断电情况下继续为ＰＣＦ８５６３供电；存储器模块：所述的存储器模块为ＡＴ２４Ｃ１６，８脚ＤＩＰ封装；Ａ０、Ａ１、Ａ２均接地；则ⅡＣ通信地址为０Ａ０，与时钟芯片ＰＣＦ８５６３共享ⅡＣ总线；４８５通信模块：４８５通信模块核心芯片为ＭＡＸ４８５Ｅ，８脚ＤＩＰ封装，与上位机相连；且通过光耦分别连接主控芯片的Ｐ０．５、Ｐ０．４、Ｐ３．３；外部按键：外部按键连接到主控芯片Ｐ３．４引脚；ＡＤ采集模块：ＡＤ采集模块主要由传感器、信号调理模块和Ｃ８０５１Ｆ３１０片内的ＡＤＣ三部分组成；电压比较器模块：将一路差分电压输入信号ＵＡ和外部基准连接到主控芯片内部的比较器输入引脚Ｐ２．４和Ｐ２．５上；电源供电电路：电源部分连接有可稳定变压器产生的５Ｖ直流电压的ＬＭ７８０５，连接到ＲＳ４８５以及作为ＬＭ１０８６输入，ＬＭ１０８６转换成３．３Ｖ直流电压连接到Ｃ８０５１Ｆ３１０作为工作电压。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁慧梅，杨钧友，孙浩，陈文，王艳，陈宗英，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]