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摘要:利用單片機的串行口、定時器/計數(shù)器T0、定時器/計數(shù)器T1、紅外發(fā)射管和紅外接收管等簡單的軟硬件就可靠地實現(xiàn)了多費率電能表的紅外通信功能。本設計詳細介紹了串行口紅外通信的軟硬件設計方法，并給出了具體的電路原理圖、波形圖和51單片機程序。

關鍵詞: 紅外通信 串行接口 電能表 SSU7301單片機

0 引言

    多費率電能表是我國目前節(jié)約用電和計劃用電政策下不可缺少的電能計量產(chǎn)品,多費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、操作簡便、可靠性高等優(yōu)點，是電能表中使用最為普遍的一種通信方式，是電能表和掌機之間實現(xiàn)抄表、編程、校時、數(shù)據(jù)管理等功能的有效手段。采用新茂單片機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，以及單片機串行口、2個定時器/計數(shù)器可以有效地實現(xiàn)紅外通信功能。

1 紅外通信原理

紅外通信是利用波長為900nm～1000nm的紅外波作為信息的載體,發(fā)射裝置把二進制信號經(jīng)過高頻調制后發(fā)送出去，接收裝置把接收的紅外高頻信號進行解調為原來信息的一種通信傳輸方式。其中調制方式有脈寬調制（通過改變脈沖寬度調制信號PWM）和脈時調制（通過改變脈沖串之間時間間隔調制信號PPM）兩種，本文采用PPM脈時調制方式。

2 串行口紅外通信硬件設計

   多費率電能表的紅外發(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，以及驅動三極管8550、電阻和電容，紅外通信硬件原理圖見圖1。

2.1 紅外發(fā)射硬件設計

紅外發(fā)射是利用單片機SSU7301的串行數(shù)據(jù)發(fā)送口TXD(P3.1)控制驅動三極管BG1進行二進制數(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口控制驅動三極管BG2進行高頻38.4kHz調制（高頻驅動信號由定時器/計數(shù)器T0的方式2自動重裝模式產(chǎn)生），從而可靠地實現(xiàn)了紅外發(fā)射管D1在傳輸數(shù)據(jù)“0”時進行高頻紅外發(fā)射和數(shù)據(jù)“1”時被截止的發(fā)射功能。狀態(tài)關系見表1，波形見圖2。

2.2 紅外接收硬件設計

紅外接收是利用紅接收管PIC12034收到高頻信號輸出低電平確定為數(shù)據(jù)“0”，而沒收到高頻信號輸出高電平確定為數(shù)據(jù)“1”的方式經(jīng)過解調，把數(shù)據(jù)通過單片機SSU7301的串行數(shù)據(jù)接收口RXD(P3.0)進行串行方式接收(接收數(shù)據(jù)存儲在串行口緩沖器SBUF中)。

3 紅外通信軟件設計

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位二進制碼D0～D7，傳輸時加上一個起始位(0)，一個偶校驗位P和一個停止位(1),共11位，傳輸時先傳低位，后傳高位，傳輸序列見圖3。根據(jù)以上要求，本設計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位結束位，傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)為11位。

3.1 紅外載波和定時器/計數(shù)器T0設置

紅外載波頻率f2為38.4kHz，當定時器/計數(shù)器T0模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時，SSU7301的定時器/計數(shù)器T0設置成模式2方式。此時,TL0和TH0預置成1個可以自動重裝的8位的定時器/計數(shù)器。用軟件將TL0和TH0預置相同的初值后，當TL0計數(shù)值增1溢出時，一方面使TF0置1，申請中斷；另一方面產(chǎn)生的溢出脈沖將TH0的數(shù)據(jù)值自動打入到TL0中去，不需要用軟件對TL0重新置初值。系統(tǒng)的晶振f1為11.0592MHz,則TL0和TH0的初值計算如下:

f2=38.4kHz 得T=1/f2=1/38.4k≈26×10-6=26 μs
所以高頻調制反轉的周期TC=T/2=26/2=13μs

即定時器/計數(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
在定時器/計數(shù)器T0的中斷服務程序中只用兩條指令即可實現(xiàn)高頻調制,即 CPL P3.4和RETI。

3.2 串行口和定時器/計數(shù)器T1波特率發(fā)生器設置

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設置為模式3，當定時器/計數(shù)器T1模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時，SSU7301的定時器/計數(shù)器T1設置成模式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SMOD=0時，n=32；當SMOD=1時，n=16，（本設計中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：定時器/計數(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 程序設計

根據(jù)以上兩點參數(shù)的設置,51系列單片機SSU7301的匯編語言程序設計如下:
;以下為參數(shù)設置程序
MOV  TMOD, #22H ;定時器/計數(shù)器T0方式2自動重裝模式用于PWM38.4KHZ調
;制用 , 定時器/計數(shù)器T1方式2自動重裝模式用于串行口通訊波特率發(fā)生器
MOV  TH1,#0E8H  ;波特率1200時,定時器/計數(shù)器T1自動重裝初值
MOV  TL1,#0E8H
MOV  TH0,#0F4H  ;38.4KHz高頻頻調制時, 定時器/計數(shù)器T0自動重裝初值
MOV  TL0,#0F4H
SETB ET0        ; 定時器/計數(shù)器T0溢出中斷允許位
SETB TR1        ; 定時器/計數(shù)器T1開始定時控制位
SETB TR0        ; 定時器/計數(shù)器T0 開始定時控制位                           
MOV  PCON,#00H  ;SMOD為0不倍增模式
MOV  SCON,#0D0H ;串行口設置為模式3,允許接收
SETB ES         ;串行口允許中斷
SETB EA         ;開總中斷允許位
;以下為定時器/計數(shù)器T0中斷溢出服務程序  
ORG  000BH; 定時器/計數(shù)器T0中斷入口地址
T0SERVE:CPL  P3.4 ; 定時器/計數(shù)器T0定時取反P3.4口進行高頻調制
RETI      ;中斷返回
;以下為串行口中斷服務程序,以接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)為例,多字節(jié)以此類推
ORG  0023H;串行口中斷入口地址
SENDSERVE:NOP
NOP                
MOV  A,SBUF  ;把接收緩沖器的數(shù)據(jù)送到A寄存器
   …           ;進行數(shù)據(jù)處理及其它功能操作
RETI         ;中斷返回
;以下為串行口發(fā)送程序,以發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)為例, 多字節(jié)以此類推
COMSEND: MOV  A,#DATAH ;把數(shù)據(jù)送到A寄存器
MOV  C,P      ;根據(jù)A中數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偶校驗位送到進位標志位
MOV  TB8,C    ;送偶校驗位到發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)
MOV  SBUF,A   ;送數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖器
JNB  TI,$     ;以查詢方式等待發(fā)送結束
CLR  TI       ;清發(fā)送中斷標志位
  …            ;繼續(xù)發(fā)送或其它功能操作
RET           子程序返回

4 結束語

本設計的最大特點在于省略了脈沖振蕩器，而僅僅利用多費率電能表上所帶單片機的串行口和2個定時器/計數(shù)器，這不僅使多費率電能表在硬件設計上更加簡單、成本更加低廉，而且在軟件上也更加方便、可靠。同時這種紅外通信方式也可以應用在帶串行口和定時器/計數(shù)器的單片機應用領域。

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