HR6P71F芯片特點

 

1,、內核

 

采用高性能哈佛型RISC CPU內核，具有48條精簡指令,，工作頻率為DC~16MHz,，8級PC硬件堆棧，復位向量位于000H,，默認中斷向量位于004H,，支持中斷向量表，支持中斷處理,，共有14個中斷源,。

 

2、存儲資源

 

具有4Kx15位FLASH程序存儲器和224x8位SRAM數據存儲器,；程序存儲器支持直接尋址和相對尋址；數據存儲器支持直接尋址和間接尋址,。

 

3,、I/O端口

 

共有15個I/O端口，包括PA端口(PA0~PA4,，PA6~PA7)和PB端口(PB0~PB7),。

 

4、外設

 

一個8位定時器T8,；一個8位PWM時基定時器T8P,；一個16位定時器T16N,；一路通用異步收發(fā)器UART；7通道8位模擬數字轉換器ADC,；兩個模擬比較器ACP和一個參考電壓模塊,。

 

5、特殊功能

 

有一個高精度內部4M振蕩器,，出廠時精度校準為±5%,；支持低功耗休眠模式及喚醒操作；內嵌上電復位電路和低電壓復位電路,；支持外部復位,；支持獨立硬件看門狗定時器；支持在線編程(ISP)接口,；支持編程代碼保護,；工作電壓范圍為3.5V~5.5V；工作溫度范圍為-40℃~85℃,。

系統(tǒng)方案設計

 

1,、基本功能

 

基于微控制器HR6P71F的農網表方案主要實現(xiàn)有功電能信號的采集、電量存儲與顯示,，并通過RS485或者紅外的方式通信,，實現(xiàn)信息傳輸等功能。

 

1) 有功電能信號的采集

 

該方案的電能計量部分采用ADE7755芯片,，通過對電壓電流回路信號的采集,，將電能值轉換成相應的電能脈沖信號，MCU通過對電能脈沖信號采集和計算,，轉換為相應的計量數值,，同時具備正、反相有功電能計量的功能,。

 

2) 電量存儲與顯示

 

MCU采集到電能信號后,，及時存儲到EEPROM中，保證存儲的數據不被丟失,，并且能保持10年以上,，通過LCD顯示信息，例如電量總數等,。

 

3) 通信

 

支持RS485通信和紅外通信,。在RS485通信情況下，自動抄表系統(tǒng)可根據電表地址實現(xiàn)遠程自動抄表功能,，通信距離：不小于1,200m(每兩個接點之間),，為了安全保護電表，RS485通信接口必須和電表內部電路實行電氣隔離，并有失效保護電路,。紅外通信距離應該大于 5米,，通信角度≥±15°，紅外通信和 RS485 通信在物理層必須獨立,，一種通信信道的損壞不得影響另一信道,。

 

2、硬件設計

 

該方案在硬件上由三部分組成,，一是電能計量部分,，二是MCU控制部分，三是通信部分,。

 

電能計量部分與MCU控制部分通過光電耦銜接,，實現(xiàn)完全隔離，電能計量部分主要完成有功電能脈沖輸出,，用于校表,、采集電能量；無源光電隔離型輸出端口,；波形是標準方波,， 脈沖寬度為80ms±20ms。RS485通信部分與MCU控制部分也是通過光電耦銜接,，實現(xiàn)完全隔離,；紅外通信部分與MCU控制部分共同使用一個電源，沒有隔離,。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。

 

圖1 采用HR6P71F微控制器的農網表系統(tǒng)框圖

 

3、軟件設計

 

主程序流程圖如圖2所示,在主程序中主要實現(xiàn)以下功能：1)系統(tǒng)初始化的配置主要實現(xiàn)端口初始化,、AD模塊初始化,、T8P和T16定時器的初始化以及UART的初始化等；2)上電讀取EEPROM中存儲的電量到芯片的RAM區(qū),，配置到對應的電能計量單元中,，其中讀取EEPROM數據使用的是普通I/O口模擬IIC的方法；3)LCD顯示當前的總用電量等信息,，方便用戶查閱,；通信模塊主要是把電表內的一些信息，例如電表號,，累計總用電量,，電表密碼等與主站服務器實現(xiàn)信息交流；4)當查詢到電量存儲的標志后,，程序將把當前的電量存儲到EEPROM中，當AD模塊檢測到有電源掉電時，程序將保存當前的電量存儲到EEPROM中,。

 

圖2 主程序流程圖

 

中斷服務程序如圖3所示,。在中斷服務服務中，外部端口中斷主要處理電能脈沖計量,，配合T16的定時功能,。當電能計量信號有效后，在程序中累加,，以0.01度電為基準累加,。當累計到一度電時，產生存儲標志位,，在主程序中查詢到該標志位后,，經進行存儲工作。T8P將作為紅外通信的時基處理紅外通信,。接收中斷處理是將接收的數據放到計劃好的RAM區(qū),，在主程序的RS485通信子程序中根據命令字完成相應的工作；發(fā)送中斷處理是將準備好的數據發(fā)送出去,。

 

圖3 中斷服務程序

 

方案設計注意事項

 

在該方案中,，電能計量是關鍵，因為關系到用戶的電能計費,，既不能多計也不能少計,，一定要把用戶的實際用電量真實記錄下來。但是電網的環(huán)境復雜,，電網中的負載也存在多樣化,，電表在實際應用中，即使在遇到強電磁干擾的情況下都不允許漏記或者多計脈沖,。因此,，如何保證計量電能脈沖的準確性就是電表方案的重點。要點如下：

 

1)硬件支持,。好的硬件設計能在一定程度上削弱電磁干擾信號,；

 

2)HR6P71F芯片的外部中斷口內有濾波電路，可以保證去除一部分失效信號或者干擾信號,；

 

3)程序中的設計技巧,。因為電能脈沖波形是標準方波，脈沖寬度為80ms±20ms,，需要定時器T16來定時40ms~50ms左右,，以確保脈沖信號的有效。在中斷服務程序中,，進入中斷后第一個要檢測的就是外部中斷信號,，中斷服務程序要盡量短,，在服務程序中設置標志位，到主程序中處理標志即可,。

 

整個系統(tǒng)的性能可靠性需要硬件來支持,，對芯片的要求也非常高。HR6P71F芯片內部有獨特的抗干擾設計,，能在強干擾的環(huán)境中正常工作,，識別有效信號，去除失效信號,；芯片內部的上電復位電路和掉電復位電路,，能保證電表在電網中電壓緩升緩降的環(huán)境下仍然有效工作；此外,，獨立RC的看門狗電路也是保證系統(tǒng)安全的基本措施之一,。

 

本文小結

 

目前電能表市場的競爭愈加激烈，隨著中國本土半導體廠商逐漸成長起來,，產品日益成熟,，越來越多的電能表廠家開始嘗試國產芯片。HR6P71F芯片在電能表上EFT的測試能達到4.5kV以上,，可以通過各種電磁干擾性能測試,，高性價比的整體方案可幫助電能表廠商提升產品競爭力。