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多費(fèi)率電能表中基于單片機(jī)串行口紅外通信的設(shè)計(jì)
摘要:利用單片機(jī)的串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1、紅外發(fā)射管和紅外接收管等簡(jiǎn)單的軟硬件就可靠地實(shí)現(xiàn)了多費(fèi)率電能表的紅外通信功能。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了串行口紅外通信的軟硬件設(shè)計(jì)方法，并給出了具體的電路原理圖、波形圖和51單片機(jī)程序。
關(guān)鍵詞: 紅外通信 串行接口 電能表 SSU7301單片機(jī)
0 引言
多費(fèi)率電能表是我國(guó)目前節(jié)約用電和計(jì)劃用電政策下不可缺少的電能計(jì)量產(chǎn)品,多費(fèi)率電能表的通信接口一般兼有紅外接口和RS485接口。紅外通信具有直觀、操作簡(jiǎn)便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是電能表中使用最為普遍的一種通信方式，是電能表和掌機(jī)之間實(shí)現(xiàn)抄表、編程、校時(shí)、數(shù)據(jù)管理等功能的有效手段。采用新茂單片機(jī)SSU7301(51系列)、日本光電子公司的紅外發(fā)射管SE303和紅外接收管PIC12043，以及單片機(jī)串行口、2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可以有效地實(shí)現(xiàn)紅外通信功能。
1 紅外通信原理
紅外通信是利用波長(zhǎng)為900nm～1000nm的紅外波作為信息的載體,發(fā)射裝置把二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過(guò)高頻調(diào)制后發(fā)送出去，接收裝置把接收的紅外高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)為原來(lái)信息的一種通信傳輸方式。其中調(diào)制方式有脈寬調(diào)制（通過(guò)改變脈沖寬度調(diào)制信號(hào)PWM）和脈時(shí)調(diào)制（通過(guò)改變脈沖串之間時(shí)間間隔調(diào)制信號(hào)PPM）兩種，本文采用PPM脈時(shí)調(diào)制方式。
2 串行口紅外通信硬件設(shè)計(jì)
多費(fèi)率電能表的紅外發(fā)射和紅外接收電路主要包括新茂單片機(jī)SSU7301、日本光電子公司的紅外發(fā)射管SE303和紅外接收管PIC12043，以及驅(qū)動(dòng)三極管8550、電阻和電容，紅外通信硬件原理圖見(jiàn)圖1。
2.1 紅外發(fā)射硬件設(shè)計(jì)
紅外發(fā)射是利用單片機(jī)SSU7301的串行數(shù)據(jù)發(fā)送口TXD(P3.1)控制驅(qū)動(dòng)三極管BG1進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”和“1”的傳輸(數(shù)據(jù)由串行發(fā)送緩沖器SBUF中送出)，以及利用P3.4口控制驅(qū)動(dòng)三極管BG2進(jìn)行高頻38.4kHz調(diào)制（高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的方式2自動(dòng)重裝模式產(chǎn)生），從而可靠地實(shí)現(xiàn)了紅外發(fā)射管D1在傳輸數(shù)據(jù)“0”時(shí)進(jìn)行高頻紅外發(fā)射和數(shù)據(jù)“1”時(shí)被截止的發(fā)射功能。狀態(tài)關(guān)系見(jiàn)表1，波形見(jiàn)圖2。
2.2 紅外接收硬件設(shè)計(jì)
紅外接收是利用紅接收管PIC12034收到高頻信號(hào)輸出低電平確定為數(shù)據(jù)“0”，而沒(méi)收到高頻信號(hào)輸出高電平確定為數(shù)據(jù)“1”的方式經(jīng)過(guò)解調(diào)，把數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)SSU7301的串行數(shù)據(jù)接收口RXD(P3.0)進(jìn)行串行方式接收(接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在串行口緩沖器SBUF中)。
3 紅外通信軟件設(shè)計(jì)
DL/T645-1997《多功能電能表通信》中規(guī)定電能表的紅外載波頻率為38kHz±1kHz；初始速率為1200 bps；通信的字節(jié)格式為8位二進(jìn)制碼D0～D7，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位(0)，一個(gè)偶校驗(yàn)位P和一個(gè)停止位(1),共11位，傳輸時(shí)先傳低位，后傳高位，傳輸序列見(jiàn)圖3。根據(jù)以上要求，本設(shè)計(jì)中紅外載波頻率采用38.4kHz，波特率為1200bps，串行口采用模式3為9位異步通信方式，加1位起始位和1位結(jié)束位，傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為11位。
3.1 紅外載波和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0設(shè)置
紅外載波頻率f2為38.4kHz，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時(shí)，SSU7301的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0設(shè)置成模式2方式。此時(shí),TL0和TH0預(yù)置成1個(gè)可以自動(dòng)重裝的8位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。用軟件將TL0和TH0預(yù)置相同的初值后，當(dāng)TL0計(jì)數(shù)值增1溢出時(shí)，一方面使TF0置1，申請(qǐng)中斷；另一方面產(chǎn)生的溢出脈沖將TH0的數(shù)據(jù)值自動(dòng)打入到TL0中去，不需要用軟件對(duì)TL0重新置初值。系統(tǒng)的晶振f1為11.0592MHz,則TL0和TH0的初值計(jì)算如下:
f2=38.4kHz 得T=1/f2=1/38.4k≈26×10-6=26 μs
所以高頻調(diào)制反轉(zhuǎn)的周期TC=T/2=26/2=13μs
即定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的初值TL0=TH0=28-(TC×f1)/12=256-(13×10-6×11.0592×106)/12=256-11.9808≈244=0F4H
在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的中斷服務(wù)程序中只用兩條指令即可實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制,即 CPL P3.4和RETI。
3.2 串行口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1波特率發(fā)生器設(shè)置
串行口采用模式3為9位異步通信方式，波特率為1200bps。由串行口控制寄存器SCON的操作模式選擇位SM0、SM1都置1設(shè)置為模式3，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時(shí)，SSU7301的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1設(shè)置成模式2方式作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為：
波特率=（T1的溢出率）/ n
當(dāng)SMOD=0時(shí)，n=32；當(dāng)SMOD=1時(shí)，n=16，（本設(shè)計(jì)中SMOD=0）則
波特率=（T1的溢出率）×2SMOD / 32
T1的溢出率=（f1/12）/(28-T1初值)
得：波特率=（T1的溢出率）×2SMOD / 32
=[（f1/12）/(28- T1初值)] ×2SMOD / 32
得：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1初值
TL1=TH1=28-(f1×2SMOD )/(12×32×波特率)
=256-(11.0592×106)/( 12×32×1200)
=256-24=232=0E8H
3.3 程序設(shè)計(jì)
根據(jù)以上兩點(diǎn)參數(shù)的設(shè)置,51系列單片機(jī)SSU7301的匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)如下:
;以下為參數(shù)設(shè)置程序
MOV TMOD, #22H ;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0
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