复费率电能表专用芯片

摘要

一种复费率电能表专用芯片，包括：主控模块(1)及以主控模块(1)为中心并分别与之双向连接的复位模块(11)、通讯接口模块(8)、E

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种复费率电能表的专用芯片。

背景技术

我国是一个电能表消费大国，每年稳定需求单相表2100万块以上。为有效地控制和调节不同时间段的用电负荷，通过峰谷时段不同费率的收费，调整用户的用电习惯和用电策略，达到用电平衡和节能的目的，上海市电力公司提出《复费率电度表技术规范》，并在市政府的支持下于2001年列为上海市实事工程开始在全市范围内推广使用。并在国内其他地区逐步推广，因此复费率电能表具有极强的生命力和巨大的市场需要。目前市场上所使用的复费率电能表，其系统电路板上的芯片均为进口通用产品，系统控制均由几个芯片完成，如上海南科电力遥测有限公司开发和正在使用复费率电能表芯片是采用MICROCHIP的PIC16C57作控制器，RICHO的372作为时钟。从功能上讲，PIC16C57无中断资源，ROM、RAM内存均不多，应用功能受到限制，如，因受ROM的限制，现有的控制系统只处理电机常数为100、200的情况；无论从结构和资源上讲，都不易作修改，补充，难以再升级，如难以实现电量作队列保存；从芯片成本上讲，需使用至少两个芯片，集成度不高，所以相对成本较高。同时，现有的控制系统只能处理单一速率的串口数据，即1200波特率；

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复费率电表专用芯片，使控制系统简化为单一芯片，其集成了时钟、复位、电压检测、通信等模块，串口增加了自动识别波特率和通道。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：该复费率电能表专用芯片的主要技术方案是以8位RISC微处理器核为基础，配置各类专用ASIC模块，通过SOC方式软硬件系统集成满足各项功能需求，完成芯片设计，该复费率电能表专用芯片，包括：主控模块及以主控模块为中心并分别与之双向连接的复位模块、通讯接口模块、E² PROM接口、所述主控模块的输入端还与掉电检测模块、电量采集模块的输出端相连接，所述的主控模块包括嵌入式MCU模块以及与之双向连接的ROM、RAM、时钟模块，上述模块集成于同一芯片中。具有上述模块的复费率电能表专用芯片是通过下述方法工作的，其包括如下步骤：

1)使系统初始化、确认系统上电、将串行通讯接口设定为接收待机状态；

2)、通过E² PROM接口，从E² PROM中恢复数据，打开中断，同时进入主循环：所述的主循环包括如下步骤：

1)、检查掉电标志，确定是否在掉电状态，若是则保存电量后软复位，从头开始；

2)、调用时钟模块，每隔一定时间完成时间的校对及校正因子的校对；

3)、进行时段的比较；

4)、电量计算后启动校表脉冲输出及电机马达驱动输出；

5)、检查是否需要通讯命令的处理，若有则将根据接收的命令作相应的处理和响应，结束该次主循环。

由于采用了上述技术方案，本发明的电表专用芯片具有中断资源，集成度高，使产品成本有了明显的下降，且通过通讯接口的自动识别波特率，可用于9600波特率或1200波特率通讯，这对推行集抄系统极为有利，由于ROM、RAM内存扩大，本发明可处理电机常数为50、100、200和400，实现了电量作队列保存，同时本发明容易再扩充，可根据用户的要求再作开发。

附图说明

图1本发明的复费率电能表专用芯片的结构框图示意图。

图2是本发明的复费率电能表专用芯片的主流程框图。

图3是本发明的复费率电能表专用芯片的中断响应流程图。

具体实施方式

如图1所示：本发明的复费率电能表专用芯片包括：主控模块1及以主控模块1为中心并分别与之双向连接的复位模块11、LCD显示驱动模块6、通讯接口模块8、E² PROM接口9、看门狗13，所述主控制模块1的输出端还分别与计度器驱动模块5、电源管理切换模块12的输入端相连接，所述主控模块1的输入端还与掉电检测模块10、电量采集模块7的输出端相连接，所述的主控模块1包括嵌入式MCU模块14以及与之双向连接的ROM3、RAM2、时钟模块4。上述模块集成于同一芯片中，下面分别描述各模块的功能：

①嵌入式MCU(多系统通信设备)模块14：采用具有中断控制功能的简易指令(35个指令)8位CPU核，完成通讯控制、指令解释、计度器驱动、计量运算、LCD显示控制和E² PROM存储控制等主要功能；

②RAM(数据存储器)2：其最大可寻址4K的空间，192×8bit为程序运行的数据空间：

③ROM(程序存储器)3：4K×14bit为程序的存储空间；

④时钟模块4：低功耗的实时时钟电路，在系统完全掉电情况下，有电池供电时，动态电流为2.5uA。具有自动校正时钟功能，记录数据包括年、月、日、时、分、秒、1/8秒；可实现时钟年月时分秒的累计和闰年的自动识别，可按照自定义的通讯接口与主控模块实现数据交换。可调整时钟精度，调整范围为±30秒，误差小于5ppm。

⑤双计度器驱动模块5：用于驱动外接的双计度器。

⑥LCD显示驱动模块6：用于驱动外接的LCD显示器，其采用24×4多电平液晶驱动方式；

⑦电能量采样电路模块7：用接收外电量采集数据，其具有硬件去抖动和方向判别功能(此模块适用于机电一体式电度表)，以完成电量采集功能。

⑧串行通讯接口8：完成串行数据双向传输功能，包括红外通讯38K自动调制和RS-485方式速率自动识别的1200bps和9600bps的通讯能力；可接收外部的数据完成输入缓冲、串转并、奇偶校验。

⑨E² PROM通讯接口9；用于与E² PROM相连接。  

⑩掉电检测模块10：完成对敏感电平的开关量转换；完成有效的掉电信号判别，判断值为4.6V左右，即当电源电压跌至判决值(4.6v)时，使系统对数据快速完成写保护过程；

11复位信号检测模块11：完成对复位电平的开关量转换，复位电压值为3.1v左右，回滞电压0.2V，即当电源电压小于额定值(3.1v)时产生复位，复位具有回滞功能，以防止CPU的误操作。

12、电源管理切换模块12：用于切换外部的备用电池及电源。

13、看门狗13，防止程序进入死循环。

下面结合各模块描述本控制系统的工作方法：

该系统控制以一主循环为核心，主要完成时间的校对，电量的计算及计度输出，时段的比较和通讯命令的处理；该系统软件同时有四个中断资源，即外部掉电检测中断，定时中断，发送串行口数据中断和接收串行口数据中断。

如图2所示：先执行步骤100、使系统初始化，执行步骤101、确认系统上电，执行步骤102、调用时钟模块4、开始读时钟，然后执行步骤103、通过E² PROM接口9，从E² PROM中恢复数据，如读取机器类别、电机常数、电量常数、电量及余数、时段、费率设置等，并作有效性检查，若数据无效则读取自定义的一组数据，然后打开中断300，同时进入主循环200。主循环先执行步骤201、检测RAM的有效性，作RAM的有效性检查，若无效则软复位、执行步骤202、检查是否确定在掉电状态，若是则保存电量后软复位，从头开始，保存电量是将电量，包括余数和相关变量写至E² PROM，若不是则检查SCI的状态，若不在通讯中则将SCI设定为接收待机状态，执行步骤203、调用时钟模块4，每一分钟完成时间的校对及校正因子的校对，若时钟读出不对则要求一秒钟后再读，执行步骤204、进行时段的比较，执行步骤205、电量计算后启动校表脉冲输出及电机马达驱动输出，然后执行步骤206、看是否需要通讯命令的处理，若有则将根据接收的命令作相应的处理和响应，结束该次主循环，若无则执行步骤207、结束红外通讯指示灯30秒的指示，每五分钟保存电量，执行步骤208、为防止RS-485电平接口的LATCH UP(闭锁)，RS-485每两个小时断电1秒，返回执行步骤200，重新开始主循环。

所述的中断响应流程300如图3所示：执行步骤301、先是进行现场保护，即保存有关的寄存器值，而后执行步骤302、先看外部中断标志，若为1则表示明检测到掉电，执行步骤303、置掉电标志，若不为1则执行步骤304、看SCI的接收中断标志，若为1则表明产生了SCI的接收中断，执行步骤305、接收串口数据，进入相应的中断服务程序，反之则执行步骤306、看SCI的定时中断标志，若为1则表明产生了定时中断，执行步骤307、进入相应的中断服务程序，若不是则执行步骤308、再看SCI的发送中断标志，若为1则表明产生了SCI的发送中断，执行步骤309、发送串行数据，进入相应的中断服务程序。上述无论哪一个中断，完成中断服务程序后都要执行步骤310、清除相应的中断服务标志，最后，执行步骤311、恢复现场，恢复保存的寄存器值，执行步骤312、中断返回。

上述复费率电能表专用芯片用于驱动双计度器的单相或三相复费率电能表，当外接16位A/D转换芯片后，则可用于全电子式电能表；当外加LCD显示驱动模块，则可用于LCD液晶显示的复费率电能表；