單片機C8051F020及其在柜式電能表中的應用

引言

柜式電能表內部的CPU要求具有雙串口，一方面讀取電能計量終端的數據，同時通過RS485通訊接口將這些數據上傳至電能管理信息系統。經過一番比較，筆者采用了美國Cygnal公司推出的完全集成的混合信號系統級芯片C8051F020，與普通單片機相比較，它具有擴展芯片少，連線少，資源多，編程簡單，升級維護容易等優點，而且可靠性和穩定性也可得到保證，從而簡化了測量儀器硬件電路系統設計，實現測量數據的顯示，打印，大大高了測量儀器性能指標和性價比。而其具有的片內調試電路，使設計人員可通過JTAG接口進行非侵入式，全速的在系統調試。

一、芯片介紹

1 C8051F020的主要特點
l 具有與8051兼容的微控制內核，最高速度可達25MIPS。（時鐘頻率為25MHz）；
l 具有64K字節可在系統編程的FLASH存儲器，4352(4096+256)字節的片內RAM，外部64K數據存儲器接口（可編程為復用或非復用方式）；
l 8個8位的I/O端口，所有口線均耐5V電壓，并可通過交叉開關靈活配置；
l 可同時使用的硬件SMBus,SPI及兩個增強型UART串口；
l 22個矢量中斷源；
l 多種復位源；
l 可編程的16位計數器/定時器陣列（PCA），有5個捕捉/比較模塊，6種工作方式；
l 專用的看門狗定時器；
l 工作范圍溫度：-40~+85℃；
l 支持JTAG調試和邊界掃描；

2 C8051F020的基本結構

C8051F020除了具有標準的8052的數字外設部件之外，片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬部件和其他數字外設及功能部件。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、溫度傳感器、 SMBus/I2C、UART、SPI、可編程計數器/定時器陣列（PCA）、定時器、數字I/O端口、電源監視器、看門狗定時器（WDT）和時鐘振蕩器等。C8051F020是真正能獨立工作的片上系統（SOC）。它能有效的管理模擬賀數字外設，可以關閉單個或全部外設以節省功耗。篇內完全符合 IEEE1149.1規范JTAG借口，支持安裝在最終應用系統上的產品 MCU進行非侵入式(不占用片內資源)、全速、在系統調試和在系統編程(ISP)。其內部功能方框圖如圖一所示:

2、 C8051F020在柜式電能表中的應用

1 系統硬件構成及工作原理

整個柜式電表主要完成電量的采集，顯示，打印和上傳的功能。此外通過鍵盤可以設定預購電量、電價、校驗電表時鐘等功能。整個硬件系統示意圖如圖二所示：
電量采集部分以 CS5460A為核心，CS5460A是單相雙向功率計量芯片，由美國Cirrus Logic公司研制生產，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。利用該芯片作為測量原始信號的核心器件

圖 二 柜式表硬件系統示意圖