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(jì)量終端的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)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(guò)一番比較，筆者采用了美國(guó)Cygnal公司推出的*集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)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(jiǎn)單，升級(jí)維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，而且可靠性和穩(wěn)定性也可得到保證，從而簡(jiǎn)化了測(cè)量?jī)x器硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示，打印，大大高了測(cè)量?jī)x器性能指標(biāo)和性?xún)r(jià)比。而其具有的片內(nèi)調(diào)試電路，使設(shè)計(jì)人員可通過(guò)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(diǎn)
　　
　　具有與8051兼容的微控制內(nèi)核，zui高速度可達(dá)25MIPS。(時(shí)鐘頻率為25MHz)；
　　
　　具有64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器，4352(4096+256)字節(jié)的片內(nèi)RAM，外部64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口(可編程為復(fù)用或非復(fù)用方式)；
　　
　　8個(gè)8位的I/O端口，所有口線均耐5V電壓，并可通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)靈活配置；
　　
　　可同時(shí)使用的硬件SMBus,SPI及兩個(gè)增強(qiáng)型UART串口；
　　
　　22個(gè)矢量中斷源；
　　
　　多種復(fù)位源；
　　
　　可編程的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)，有5個(gè)捕捉/比較模塊，6種工作方式；
　　
　　的看門(mén)狗定時(shí)器；
　　
　　工作范圍溫度：-40~+85℃；
　　
　　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(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)、定時(shí)器、數(shù)字I/O端口、電源監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)和時(shí)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(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。篇內(nèi)*符合IEEE1149.1規(guī)范JTAG借口，支持安裝在zui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:　　　　
　　二、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(gè)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(guò)鍵盤(pán)可以設(shè)定預(yù)購(gòu)電量、電價(jià)、校驗(yàn)電表時(shí)鐘等功能。整個(gè)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(jì)量芯片，由美國(guó)CirrusLogic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(cè)量原始信號(hào)的核心器件。　　　　
　　將提高數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也簡(jiǎn)化了測(cè)量?jī)x器。其工作原理是：采樣電路把所輸入的大電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成CS5460A可接受的小電壓信號(hào)，CS5460A根據(jù)采樣電路輸入的電壓、電流由內(nèi)部的電能計(jì)算函數(shù)計(jì)算出電能，并按類(lèi)型存入相應(yīng)寄存器中，然后把電壓、電流等測(cè)量值由三線雙向串行接口傳送給C8051F020。　　 
       C8051F020外圍擴(kuò)展了液晶顯示器，鍵盤(pán)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(pán)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(diǎn)。微型打印機(jī)通過(guò)并行接口與C8051F020的P6口相連。該系統(tǒng)通過(guò)串口0讀取各下位機(jī)計(jì)算出的各用戶(hù)的電量值，將其顯示在液晶上，并保存到非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)。根據(jù)用戶(hù)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(duì)話功能，形成良好的人機(jī)界面，同時(shí)通過(guò)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(jì)
　　
　　利用該硬件電路再配以*的軟件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)：鍵盤(pán)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(gè)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(kù)組成。在主程序中，系統(tǒng)首*行液晶顯示控制器的初始化，顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面，然后開(kāi)始循環(huán)掃描鍵盤(pán)，當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下的時(shí)候，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)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(kù)。在軟件設(shè)計(jì)中將打印機(jī)的字庫(kù)和液晶字庫(kù)合為一個(gè)字庫(kù)可節(jié)約存儲(chǔ)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(lèi)似，在此不再介紹。
　　
　　讀鍵值子程序流程圖.
　　
　　三、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　綜上所述，C8051F020集成度高，功能*，該柜式電能表采用它作為主芯片，是非常理想的解決方案。