MC68HC908LK24 在单三相预付费 多功能表中的应用
李 文 俊 飞思卡尔半导体 MCU 应用设计中心
(南京润深电子有限公司,南京大校场路 5 号 210005)
摘要: 本文详细介绍了 MC68HC908LK24 的技术参数及设计要点, 并在此基础上介绍了一种电 表硬件平台.该平台从电表的设计应用出发,以实用,够用为设计原则,满足了当前电表设 计的各种要求,几乎能实现当前预付费电表所要求的各项功能.而且该平台可扩充性强,为 以后的设计留有余地.并且介绍了一种基于此硬件平台的多功能预付费电表的软件设计. 关键词:预付费电能表 MC68HC908LK24 硬件平台
一,引言
电能表从其产生到现在已经过了很长的一段历史.从单相到三相;从小电 流到大电流;从机械表到电子表;从单一功能到多功能.其种类纷繁复杂,其功 能也是不一而足, 与之相对应的是, 电能表的设计方案也是五花八门, 各有千秋, 令人眼花缭乱. 然而相对于五花八门的设计方案,电表的工作原理却大同小异,其硬件的 组成部分均差不多,各种不同的功能是由软件来完成的.由此,能不能设计出一 种实用的硬件平台, 来实现电表的测量功能,以达到化繁为简的目的呢 经过反 复论证,这种设想是可行的.
二,MC68HC908LK24 简介
电能表的应用设计首先考虑的是可靠,电能表是计量收费产品,关系到每 个人的切身利益; 另一个特点是长期运行, 维修维护的手续多, 范围广, 难度大. 因此设计出发点就是能长期稳定可靠地工作,而且免维护.其次,电表的可扩展 性也是一个因素, 电表技术还在不断地发展,为以后的需求留下一定的空间也是 设计的一个重点.再次,电表的硬件成本与其性能必须定位在能用,够用的水平 上. 基于上述考虑, 我们选择了飞思卡尔半导体公司的 MC68HC908LK24 作为电能 表的主 CPU. LK24 是飞思卡尔半导体公司 908 系列单片机中的一个性能较好,资源较丰 富的一种.它的主要配置有: 高性能的08架构 操作指令与05系列兼容 –5V 工作电压时,工作主频8MHz –3.3V工作电压时,工作主频4MHz 32.768kHz 晶振工作时,内部锁相环倍频至32MHz 在停止模式下,晶振可选为继续工作 24K字节 FLASH 程序存贮器,并可加密保护 768 字节RAM 最多48个通用(I/O)管脚:
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– 30个管脚可有15mA 吸入电流 双通道16位定时器(TIM1,TIM2),每通道可独立设定为输入抓捕,输出比较或 PWM , 并有两个外部时钟输入脚(T1CLK,T2CLK) 实时时钟(RTC)模块: – 时钟,日历,告警和秒表功能 – 可选定时中断周期:秒,分,时,日, 2-Hz,4-Hz,8-Hz,16-Hz和128-Hz – 可通过外部温度传感器和软件共同来调整时钟模块的温度特性 通用串行通讯口,并可加红外加解码 内部IIC总线 串行外设接口模块(SPI) IRQ 外部中断可带内部上拉电阻 8位按键中断输入口可带内部上拉电阻 最大可驱动4X32共128段LCD 6通道10位ADC 在线编程, 低功耗设计 外部复位脚复位(内部上拉电阻)和上电复位 加强EMC性能的滤波器保护 系统保护配置 – 可选内部看门狗复位,采用内部RC振荡器. – 低电压复位或中断 – 非法操作代码复位 – 非法地址复位 80脚QFP或LQFP封装, 64脚QFP或LQFP封装 加强的HC05编程方式 16位寻址方式 16位的偏移寻址寄存器和堆栈寄存器 直接存贮器到存贮器数据传输 快速8 × 8乘法指令 快速16/8 除法指令 二进制十进制调整指令 (BCD) 控制应用的优化配置 支持C语言 LK24具有丰富的内部资源,完全可以达到多功能预付费电表各项功能所要 求的配置.电表以LK24为核心,可以方便地实现各种测量与控制功能.
三,LK24构成的电表硬件平台
当前,电能表的功能比较丰富,而采用LK24为电表的单片机,可以轻松地完 成这些功能.其硬件组成部分如图1所示.
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LED 指示输出
电表 LCD/LED 显示
计度器
单/三相计量芯片
总线接口 IC 卡接口 脉冲接口
MC68HC908LK24
电压检测 停电抄表
存贮器
继电器检测接口 继电器控制接口 继电器 红外接口 按键/编程开关状态 温度检测 时钟芯片 RS485 接口
电池 图 1:预付费电表组成框图
电表硬件平台的设计思路是功能全面,接口灵活.整个方案以 MC68HC908LK24为中心,以输入输出接口为应用目的,组合出一个全功能的预付 费电表的方案. 方案的电子测量部分由专用的计量芯片完成,为了适应不同的应用,本方案 留有1路总线接口和4路脉冲接口两种方式.一般应用场合可使用脉冲接口,而且 根据不同的计量芯片可配置为电能脉冲或方向指示,有功无功等等.计量芯片可 采用ADE7755,ADE7752,BL0952,ATT7022,SA9105等等.由于有4路脉冲接口, 对于三相表可采用3个ADE7755的低成本计量方案,满足要求分相计量的应用场 合.在比较高端的应用场合下,可采用数据总线接口方式.这种情况下,可采集 到比较全面的原始计量数据, 并且可通过软件实现软件校表,电压电流测量等高 级应用.前端的计量芯片可使用ADE7758,ADE7753,CS5460,SA9904等等芯片. 本方案共有4个按键和编程状态输入.可作为编程开关控制,按键查询或停 电唤醒中断等,亦可作为上盖及端钮盖的检测输入. 显示输出部分是电表显示电量等信息的窗口.目前,常见的显示方式有计度 器显示,液晶显示和数码管显示.由于LK24带有液晶驱动电路,可以直接与液晶 屏相接; 另外, 它有大电流输出管脚, 也可方便地驱动数码管显示屏. 除此之外, 为了与计度器接口,本方案留有2个计度器驱动接口,使得电表可采用计度器显 示.而且,由于计度器是由单片机驱动,可采用同一种变比的计度器,简化生产 管理. 本方案还留有4个LED指示灯驱动, 用作费率指示或运行状态, 告警提示等. 电表带有IC卡接口和继电器接口两个部分,用来实现预付费功能.为了实现 对不同类型的卡片兼容,IC卡接口由软件模拟完成.可以使用普通存贮卡,逻辑 加密卡,CPU卡或者非接触卡.由于各种卡片种类繁多,且接口线路也多钟多样,

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