專利名稱：復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)費(fèi)率電能表的專用芯片。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)電能表消費(fèi)大國(guó)，每年穩(wěn)定需求單相表2100萬(wàn)塊以上。為有效地控制和調(diào)節(jié)不同時(shí)間段的用電負(fù)荷，通過(guò)峰谷時(shí)段不同費(fèi)率的收費(fèi)，調(diào)整用戶的用電習(xí)慣和用電策略，達(dá)到用電平衡和節(jié)能的目的，上海市電力公司提出《復(fù)費(fèi)率電度表技術(shù)規(guī)范》，并在市政府的支持下于2001年列為上海市實(shí)事工程開(kāi)始在全市范圍內(nèi)推廣使用。并在國(guó)內(nèi)其他地區(qū)逐步推廣，因此復(fù)費(fèi)率電能表具有極強(qiáng)的生命力和巨大的市場(chǎng)需要。目前市場(chǎng)上所使用的復(fù)費(fèi)率電能表，其系統(tǒng)電路板上的芯片均為進(jìn)口通用產(chǎn)品，系統(tǒng)控制均由幾個(gè)芯片完成，如上海南科電力遙測(cè)有限公司開(kāi)發(fā)和正在使用復(fù)費(fèi)率電能表芯片是采用MICROCHIP的PIC16C57作控制器，RICHO的372作為時(shí)鐘。從功能上講，PIC16C57無(wú)中斷資源，ROM、RAM內(nèi)存均不多，應(yīng)用功能受到限制，如，因受ROM的限制，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)只處理電機(jī)常數(shù)為100、200的情況；無(wú)論從結(jié)構(gòu)和資源上講，都不易作修改，補(bǔ)充，難以再升級(jí)，如難以實(shí)現(xiàn)電量作隊(duì)列保存；從芯片成本上講，需使用至少兩個(gè)芯片，集成度不高，所以相對(duì)成本較高。同時(shí)，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)只能處理單一速率的串口數(shù)據(jù)，即1200波特率；

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種復(fù)費(fèi)率電表專用芯片，使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化為單一芯片，其集成了時(shí)鐘、復(fù)位、電壓檢測(cè)、通信等模塊，串口增加了自動(dòng)識(shí)別波特率和通道。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案該復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片的主要技術(shù)方案是以8位RISC微處理器核為基礎(chǔ)，配置各類專用ASIC模塊，通過(guò)SOC方式軟硬件系統(tǒng)集成滿足各項(xiàng)功能需求，完成芯片設(shè)計(jì)，該復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片，包括主控模塊及以主控模塊為中心并分別與之雙向連接的復(fù)位模塊、通訊接口模塊、E2PROM接口、所述主控模塊的輸入端還與掉電檢測(cè)模塊、電量采集模塊的輸出端相連接，所述的主控模塊包括嵌入式MCU模塊以及與之雙向連接的ROM、RAM、時(shí)鐘模塊，上述模塊集成于同一芯片中。具有上述模塊的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片是通過(guò)下述方法工作的，其包括如下步驟1)使系統(tǒng)初始化、確認(rèn)系統(tǒng)上電、將串行通訊接口設(shè)定為接收待機(jī)狀態(tài)；2)、通過(guò)E2PROM接口，從E2PROM中恢復(fù)數(shù)據(jù)，打開(kāi)中斷，同時(shí)進(jìn)入主循環(huán)所述的主循環(huán)包括如下步驟1)、檢查掉電標(biāo)志，確定是否在掉電狀態(tài)，若是則保存電量后軟復(fù)位，從頭開(kāi)始；2)、調(diào)用時(shí)鐘模塊，每隔一定時(shí)間完成時(shí)間的校對(duì)及校正因子的校對(duì)；3)、進(jìn)行時(shí)段的比較；4)、電量計(jì)算后啟動(dòng)校表脈沖輸出及電機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)輸出；5)、檢查是否需要通訊命令的處理，若有則將根據(jù)接收的命令作相應(yīng)的處理和響應(yīng)，結(jié)束該次主循環(huán)。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的電表專用芯片具有中斷資源，集成度高，使產(chǎn)品成本有了明顯的下降，且通過(guò)通訊接口的自動(dòng)識(shí)別波特率，可用于9600波特率或1200波特率通訊，這對(duì)推行集抄系統(tǒng)極為有利，由于ROM、RAM內(nèi)存擴(kuò)大，本發(fā)明可處理電機(jī)常數(shù)為50、100、200和400，實(shí)現(xiàn)了電量作隊(duì)列保存，同時(shí)本發(fā)明容易再擴(kuò)充，可根據(jù)用戶的要求再作開(kāi)發(fā)。


圖1本發(fā)明的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。
圖2是本發(fā)明的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片的主流程框圖。
圖3是本發(fā)明的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片的中斷響應(yīng)流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示本發(fā)明的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片包括主控模塊1及以主控模塊1為中心并分別與之雙向連接的復(fù)位模塊11、LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊6、通訊接口模塊8、E2PROM接口9、看門狗13，所述主控制模塊1的輸出端還分別與計(jì)度器驅(qū)動(dòng)模塊5、電源管理切換模塊12的輸入端相連接，所述主控模塊1的輸入端還與掉電檢測(cè)模塊10、電量采集模塊7的輸出端相連接，所述的主控模塊1包括嵌入式MCU模塊14以及與之雙向連接的ROM3、RAM2、時(shí)鐘模塊4。上述模塊集成于同一芯片中，下面分別描述各模塊的功能①嵌入式MCU(多系統(tǒng)通信設(shè)備)模塊14采用具有中斷控制功能的簡(jiǎn)易指令(35個(gè)指令)8位CPU核，完成通訊控制、指令解釋、計(jì)度器驅(qū)動(dòng)、計(jì)量運(yùn)算、LCD顯示控制和E2PROM存儲(chǔ)控制等主要功能；②RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)2其最大可尋址4K的空間，192×8bit為程序運(yùn)行的數(shù)據(jù)空間
③ROM(程序存儲(chǔ)器)34K×14bit為程序的存儲(chǔ)空間；④時(shí)鐘模塊4低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，在系統(tǒng)完全掉電情況下，有電池供電時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為2.5uA。具有自動(dòng)校正時(shí)鐘功能，記錄數(shù)據(jù)包括年、月、日、時(shí)、分、秒、1/8秒；可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘年月時(shí)分秒的累計(jì)和閏年的自動(dòng)識(shí)別，可按照自定義的通訊接口與主控模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換?？烧{(diào)整時(shí)鐘精度，調(diào)整范圍為±30秒，誤差小于5ppm。
⑤雙計(jì)度器驅(qū)動(dòng)模塊5用于驅(qū)動(dòng)外接的雙計(jì)度器。
⑥LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊6用于驅(qū)動(dòng)外接的LCD顯示器，其采用24×4多電平液晶驅(qū)動(dòng)方式；⑦電能量采樣電路模塊7用接收外電量采集數(shù)據(jù)，其具有硬件去抖動(dòng)和方向判別功能(此模塊適用于機(jī)電一體式電度表)，以完成電量采集功能。
⑧串行通訊接口8完成串行數(shù)據(jù)雙向傳輸功能，包括紅外通訊38K自動(dòng)調(diào)制和RS-485方式速率自動(dòng)識(shí)別的1200bps和9600bps的通訊能力；可接收外部的數(shù)據(jù)完成輸入緩沖、串轉(zhuǎn)并、奇偶校驗(yàn)。
⑨E2PROM通訊接口9；用于與E2PROM相連接。
⑩掉電檢測(cè)模塊10完成對(duì)敏感電平的開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換；完成有效的掉電信號(hào)判別，判斷值為4.6V左右，即當(dāng)電源電壓跌至判決值(4.6v)時(shí)，使系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)快速完成寫保護(hù)過(guò)程；11復(fù)位信號(hào)檢測(cè)模塊11完成對(duì)復(fù)位電平的開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換，復(fù)位電壓值為3.1v左右，回滯電壓0.2V，即當(dāng)電源電壓小于額定值(3.1v)時(shí)產(chǎn)生復(fù)位，復(fù)位具有回滯功能，以防止CPU的誤操作。
12、電源管理切換模塊12用于切換外部的備用電池及電源。
13、看門狗13，防止程序進(jìn)入死循環(huán)。
下面結(jié)合各模塊描述本控制系統(tǒng)的工作方法該系統(tǒng)控制以一主循環(huán)為核心，主要完成時(shí)間的校對(duì)，電量的計(jì)算及計(jì)度輸出，時(shí)段的比較和通訊命令的處理；該系統(tǒng)軟件同時(shí)有四個(gè)中斷資源，即外部掉電檢測(cè)中斷，定時(shí)中斷，發(fā)送串行口數(shù)據(jù)中斷和接收串行口數(shù)據(jù)中斷。
如圖2所示先執(zhí)行步驟100、使系統(tǒng)初始化，執(zhí)行步驟101、確認(rèn)系統(tǒng)上電，執(zhí)行步驟102、調(diào)用時(shí)鐘模塊4、開(kāi)始讀時(shí)鐘，然后執(zhí)行步驟103、通過(guò)E2PROM接口9，從E2PROM中恢復(fù)數(shù)據(jù)，如讀取機(jī)器類別、電機(jī)常數(shù)、電量常數(shù)、電量及余數(shù)、時(shí)段、費(fèi)率設(shè)置等，并作有效性檢查，若數(shù)據(jù)無(wú)效則讀取自定義的一組數(shù)據(jù)，然后打開(kāi)中斷300，同時(shí)進(jìn)入主循環(huán)200。主循環(huán)先執(zhí)行步驟201、檢測(cè)RAM的有效性，作RAM的有效性檢查，若無(wú)效則軟復(fù)位、執(zhí)行步驟202、檢查是否確定在掉電狀態(tài)，若是則保存電量后軟復(fù)位，從頭開(kāi)始，保存電量是將電量，包括余數(shù)和相關(guān)變量寫至E2PROM，若不是則檢查SCI的狀態(tài)，若不在通訊中則將SCI設(shè)定為接收待機(jī)狀態(tài)，執(zhí)行步驟203、調(diào)用時(shí)鐘模塊4，每一分鐘完成時(shí)間的校對(duì)及校正因子的校對(duì)，若時(shí)鐘讀出不對(duì)則要求一秒鐘后再讀，執(zhí)行步驟204、進(jìn)行時(shí)段的比較，執(zhí)行步驟205、電量計(jì)算后啟動(dòng)校表脈沖輸出及電機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)輸出，然后執(zhí)行步驟206、看是否需要通訊命令的處理，若有則將根據(jù)接收的命令作相應(yīng)的處理和響應(yīng)，結(jié)束該次主循環(huán)，若無(wú)則執(zhí)行步驟207、結(jié)束紅外通訊指示燈30秒的指示，每五分鐘保存電量，執(zhí)行步驟208、為防止RS-485電平接口的LATCH UP(閉鎖)，RS-485每?jī)蓚€(gè)小時(shí)斷電1秒，返回執(zhí)行步驟200，重新開(kāi)始主循環(huán)。
所述的中斷響應(yīng)流程300如圖3所示執(zhí)行步驟301、先是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，即保存有關(guān)的寄存器值，而后執(zhí)行步驟302、先看外部中斷標(biāo)志，若為1則表示明檢測(cè)到掉電，執(zhí)行步驟303、置掉電標(biāo)志，若不為1則執(zhí)行步驟304、看SCI的接收中斷標(biāo)志，若為1則表明產(chǎn)生了SCI的接收中斷，執(zhí)行步驟305、接收串口數(shù)據(jù)，進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，反之則執(zhí)行步驟306、看SCI的定時(shí)中斷標(biāo)志，若為1則表明產(chǎn)生了定時(shí)中斷，執(zhí)行步驟307、進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，若不是則執(zhí)行步驟308、再看SCI的發(fā)送中斷標(biāo)志，若為1則表明產(chǎn)生了SCI的發(fā)送中斷，執(zhí)行步驟309、發(fā)送串行數(shù)據(jù)，進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。上述無(wú)論哪一個(gè)中斷，完成中斷服務(wù)程序后都要執(zhí)行步驟310、清除相應(yīng)的中斷服務(wù)標(biāo)志，最后，執(zhí)行步驟311、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，恢復(fù)保存的寄存器值，執(zhí)行步驟312、中斷返回。
上述復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片用于驅(qū)動(dòng)雙計(jì)度器的單相或三相復(fù)費(fèi)率電能表，當(dāng)外接16位A/D轉(zhuǎn)換芯片后，則可用于全電子式電能表；當(dāng)外加LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊，則可用于LCD液晶顯示的復(fù)費(fèi)率電能表；
權(quán)利要求
1.一種復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片，其特征在于，包括主控模塊(1)及以主控模塊(1)為中心并分別與之雙向連接的復(fù)位模塊(11)、通訊接口模塊(8)、E2PROM接口(9)，所述主控模塊(1)的輸入端還與掉電檢測(cè)模塊(10)、電量采集模塊(7)的輸出端相連接，所述的主控模塊(1)包括嵌入式MCU模塊(14)以及與之雙向連接的ROM(3)、RAM(2)、時(shí)鐘模塊(4)，上述模塊集成于同一芯片中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片，其特征在于，其還包括一與所述的主控模塊(1)雙向連接的LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片，其特征在于，其還包括一與所述的主控模塊(1)雙向連接的看門狗(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片，其特征在于，其還包括一輸入端與所述的主控模塊(1)的輸出端相連接的電源管理切換模塊(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片，其特征在于，其還包括一輸入端與所述主控模塊(1)的輸出端相連接的計(jì)度器驅(qū)動(dòng)模塊(5)。
全文摘要
一種復(fù)費(fèi)率電能表專用芯片，包括主控模塊(1)及以主控模塊(1)為中心并分別與之雙向連接的復(fù)位模塊(11)、通訊接口模塊(8)、E
文檔編號(hào)G01R11/57GK1490626SQ0213752
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者盛興國(guó), 邵匯青, 方詠梅, 徐康樂(lè), 周烈興, 盛明 申請(qǐng)人:上海華龍信息技術(shù)開(kāi)發(fā)中心, 上海南科電力遙測(cè)技術(shù)有限公司