电子产品世界

(9)硬件实现的SPI，SMBus／I2C和两个UART串行接口；
(10)通用的16位定时器；
(11)具有五个捕捉/比较模块的可编程计数器／定时器阵列；
(12)片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。
C8051F020单片机的所有模拟和数字外设均可由用户固件使能／禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新805l固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速的在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。
采用开关网络以硬件方式实现I／O端口的灵活配置，外设电路单元通过相应的配置寄存器控制交叉开关配置到所选择的端口上，从而避免了固定方式I／O端口既占用引脚多，配置又不够灵活的缺点。

4 EPM3256ATCl44-10简介
EPM3256ATCl44-10是Altera公司MAX3000系列的CPLD芯片，其特点：是以多阵列矩阵(MAX)结构为基础的高性能、低功耗的CMOS E2PROM器件，通过内置的JTAG(IEEE 1149．1)可实现在系统编程；内置符合IEEE 1149．1-1990标准的JTAG BST电路；是一款高密度器件，能提供5 000个可用门，256个宏单元，16个逻辑阵列块，116个用户I／O；引脚到引脚的逻辑延迟为5．5 ns，计数器工作频率达172．4 MHz；多电压I／O接口，使得核心工作在3．3 V时，I／0管脚可同时兼容5．0 V，3．3 V及2．5 V三种逻辑电平；遵守PCI规定，具有一10速度等级。

5 硬件设计原理
5．1 电源设计
该系统外部输入电源为DC 48 V。DC 48 V电源经开关、防止接反二极管、滤波电容、熔断电阻至电源滤波器，经滤波器滤波后送到两个电源块(48 V输入，5 V输出)。一个为输入接口电路及通信接口电路供电，另一个经三端稳压片(5 V输入，3．3 V输出)为内部执行电路及指示灯电路提供5 V及3．3 V电源。由于外围接口电路采用单独电源，与内部电路分开供电，实现了内部电路与接口电路的电源隔离，有效保护内部电路器件，提高了可靠性。
5．2 输入信号处理
低频、继电器状态及地址编码等信号经光耦隔离后变为3．3 V方波或电平信号，送入主控单元。输入模拟信号经变压器隔离或升降压、滤波、降压电阻、瞬时过电压保护等信号调理后，输出信号为交变信号，而本系统中单片机内置ADC转换输入电压范围为0～3．3 V，因此在送入ADC之前，还需进行电平抬升，变为满足ADC输入电压测量范围要求的信号。其中，功出电压信号经信号调理后还送至比较器电路，经过波形变换后由原来的正弦移频信号变为3．3 V的方波信号，作为载频信号的输入源。比较器电路如图3所示。电路由分压电阻(R56，R59)、直流分压电阻(R61，R62)、箝位二极管(V7，8V)、比较器N25A(LM393P)、上拉电阻R63及滤波电容等组成。

5．3 主控单元
主控单元包括CPU及两片CPLD。
CPU采用C8051F020单片机。由于F020内部集成有两个ADC，所以在该系统中利用它的第18～25脚及29～34脚共14个端口作为多路模拟信号的输入端口，由单片机完成所有模拟量的A／D转换。在采集各路模拟信号的同时，F020还要从两片CPLD读取频率、地址编码及继电器状态数据，并对所有采样数据进行实时计算处理，将所有转换结果存入32 KB的外部存储器。对于地址编码信息，CPU只在每次上电后读取1次，若有效，则保存，用作与微机监测通信的CAN节点地址，之后不再检查地址编码信息的变化。由F020的交叉开关优先权表可知，两个UART的TX和RX可连到端口引脚。P0．O～P0．3，该系统中利用一组TX0和RX0接RS 232接口，另一组TXl和RXl接RS 485接口。
两片CPLD均采用Altera公司的EPM3256ATCl44-lO芯片，数据采集及指示灯控制所需的控制时序及地址译码等电路均由CPLD产生。其中，CPLDl对48 MHz高精度一体化晶体振荡器分频，得到24 MHz及12 MHz同步时钟信号，分别作为单片机及CAN控制器的系统时钟。由于要采集的开关量路数较多，该系统将所有继电器状态输入及五路地址编码输入均接至CPLDl，再由单片机通过数据总线从CPLDl分别进行读取。CPLDl同时还生成两路不同频率的低频测试脉冲，供生产调试时使用。CPLD2则负责完成所有低频、载频信息的采集。
5．4 与计算机通信接口
该系统提供RS 232或RS 485串行通信接口及CAN通信接口，其中串行通信接口主要用于生产调试，而现场应用中使用CAN总线与系统维护机交换数据。由于一条CAN总线上需挂接多个设备，该系统运用外部端子封线的方式为每个设备定义节点地址，地址编码范围为0～31。当节点地址为O时，CPU将工作于测试状态，运行测试程序代码，供设备调试时使用。

6 软件设计
6．1 单片机程序设计
单片机程序固化在C38051F020单片机的内部FLASH存储器中，在Cygnal IDE集成开发环境下，采用模块化程序的设计方法，将软件分为一个主程序和若干个子程序模块，主程序流程见图4。系统采用定时器O中断方式，每0．1 ms分别对两个ADC的某一通道采集一次，每通道连续采集512次，并将采集到的数据分别存入外部存储器内的两个连续缓冲区ADBufO和ADBufl中，再利用采集到的512个点的电压瞬时值计算交流模拟输入的电压有效值。定时器0中断模块流程见图5。

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关键词： 系统 采集 设计 闭塞 自动 绝缘 交换