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基于新型多MCU系統(tǒng)的多功能電能表的設計
（作者未知） 2010/2/1
（接上頁）使用I2C 總線。這樣，無論何時鐵電存儲器都可以處于被訪問狀態(tài)，充分發(fā)揮了無讀寫延時的優(yōu)點，很大程度上提高了數(shù)據(jù)采集單元和FFT運算單元之間數(shù)據(jù)交換的實時性。
這種新型多MCU系統(tǒng)構(gòu)建方案與雙口RAM的多MCU系統(tǒng)相比，既沒有數(shù)據(jù)共享沖突，也沒有讀寫延時的缺點，而且接線簡單，數(shù)據(jù)保護可靠，讀寫效率高，器件數(shù)量少，從多方面提高了可靠性，尤其適用于對數(shù)據(jù)處理實時性和可靠性要求高的電能計量和質(zhì)量監(jiān)測裝置。
3. 基于新型多MCU系統(tǒng)的多功能電能表的硬件結(jié)構(gòu)設計
為了合理的對諧波污染源進行考核和治理，有必要對基波電能和各次諧波電能及其傳遞方向進行計量，那么具備電能計量和質(zhì)量監(jiān)測的多功能電能表必須能夠在進行高速、實時數(shù)據(jù)采集同時執(zhí)行快速傅立葉變換，從而達到諧波分析的目的。要實現(xiàn)這些功能，通常采用多MCU系統(tǒng)，把控制和數(shù)據(jù)處理的功能進行分離，以充分發(fā)揮各個微處理器MCU的功能。在此，考慮到數(shù)據(jù)采集的實時性要求和運算量大的需要，由MCU1負責對數(shù)據(jù)采集、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、LCD顯示等單元進行控制，以及遠程抄表通信，采用MCS51系列單片機就可以完成上述功能；由MCU2負責對采集到的數(shù)據(jù)進行FFT變換并計算各類電能指標數(shù)據(jù)，算法復雜運算速度問題尤其突出，需要采用數(shù)字信號處理器（DSP）。
其中，MCU1的P0口作為數(shù)據(jù)采集通道接收經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，W、R作為讀寫控制，P2.7和P3.3分別作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動和數(shù)據(jù)接收中斷啟動信號控制引腳，串行口作為遠程自動抄表的通信接口（可擴展紅外無線通道），P1口作為液晶顯示器（LCD）的數(shù)據(jù)口，P2.3、P2.4、P2.5用于LCD的顯示控制引腳，P2.2、P2.3分別接I2C 總線的SDA和SCL，P2.0、P2.1作為雙MCU之間數(shù)據(jù)共享協(xié)調(diào)通道。MCU2主要用做運算，掉電時數(shù)據(jù)保護顯得十分重要，因此以外部中斷作為FM31256芯片的掉電監(jiān)測輸出信號的輸入端，隨時進行中斷數(shù)據(jù)保護處理。
這個系統(tǒng)與采用雙口RAM的多MCU系統(tǒng)相比，接線簡單，數(shù)據(jù)交換速度高、實時性好，數(shù)據(jù)保護可靠。另外，由于FM31256芯片集成了實時時鐘、看門狗、掉電保護中斷等單元，因而系統(tǒng)以較少的器件數(shù)量增加了電能峰、平、谷期分時計費，防止程序跑飛和系統(tǒng)掉電欠壓數(shù)據(jù)保護等功能，很大程度上提高了可靠性。
4. 結(jié)束語
為了對諧波污染源進行合理的考核和治理，有必要計量基波和各次諧波電能，實現(xiàn)這個電能計量和質(zhì)量評估方案的關鍵，是研制能夠進行諧波分析的多功能電能計量監(jiān)測裝置，該裝置能夠在高速、實時采集數(shù)據(jù)的同時進行快速傅立葉變換分析和對各項電能指標進行計算、顯示。顯然，設計基于多MCU系統(tǒng)的多功能
電能表十分必要。
本文提出了一種基于I2C總線的新型多MCU系統(tǒng)的構(gòu)建方法，應用讀寫快速、數(shù)據(jù)保護可靠、符合I2C總線標準的鐵電芯片(FM31256)作為多MCU系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)共享模塊，以I2C總線作為數(shù)據(jù)交換通道傳遞采集到的電量數(shù)據(jù)、加工過的電能數(shù)據(jù)以及實時時鐘數(shù)據(jù)。這種方法接線簡單，數(shù)據(jù)共享訪問高速、無讀寫延時、數(shù)據(jù)保護可靠并且元器件集成度高，是一種高效可靠的多MCU系統(tǒng)解決方案，能夠很好的發(fā)揮多MCU系統(tǒng)中各個MCU的功能，在實時測控領域中具有很高的應用價值。同時，用這種多MCU系統(tǒng)設計的多功能電能表裝置體積小，芯片集成度高，工作穩(wěn)定可靠，很好的滿足了電量數(shù)據(jù)采集、處理的高速實時性和可靠性的要求，為實現(xiàn)具有諧波分析功能的電能計量和質(zhì)量監(jiān)測提供了先進的技術(shù)手段。
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