基于 ＵＳＢ 接口的电能量测试系统
本文利用
ＵＳＢ
接口技术与嵌入式系统相结合， 研究设计出
一个新的电能量测试系统。该系统与传统的测试系统相比， 电量
测量更可靠、信息传播更快速、人机交互更便捷。
１
系统工作原理及硬件设计
系统基本工作原理是通过
ＣＳ５４６０
对相电压和相电流进行
采集计算， 并将结果保
存到存储器中； 工作人
员可以利用键盘选择查
看各种电量值， 如瞬时
电 流
／
有 效 值 、 瞬 时 电
压
／
有 效 值 、 功 率 等 ；
ＭＣＵ
处理键盘命令， 将
所 选 数 据 值 送 至
ＬＣＤ
显示， 并通过
ＵＳＢ
控制
芯片
ＰＤＩＵＳＢＤ１２
实现
与上位机的数据交流。原理图见图
１
。
１．１
系统的处理器
系 统 采 用
Ｓａｍｓｕｎｇ
公 司 推 出 的
１６ ／３２
位
ＲＩＳＣ
处 理 器
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ
（
ＡＲＭ７ＴＤＭＩ
内核） 。
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ
提供了丰富的内置
资源， 包括：
８ＫＢ ｃａｃｈｅ
， 可选内部
ＳＲＡＭ
，
ＬＣＤ
控制器， 带自动
握手的
２
通道
ＵＡＲＴ
，
４
通道
ＤＭＡ
， 存储系统管理器，
ＰＷＭ
功
能的
６
通道定时器，
７１
个通用
Ｉ／Ｏ
端口， 实时时钟
ＲＴＣ
，
８
通道
１０
位
ＡＤＣ
，
ＩＩＣ－ ＢＵＳ
接口， 同步
ＳＩＯ
接口和
ＰＬＬ
倍频器。使用
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ
处理器与传统的单片机相比， 处理速度快， 资源丰
富， 可以嵌入较复杂的操作系统实现网络传输数据的功能， 为系
统进一步向智能化、网络化发展提供了良好的物质基础。
１．２
系统数据计量器件
ＣＳ５４６０
是美国
ＣＲＹＳＴＡＬ
公司出品的带有串行接口的单
相功率
／
电能计量芯片， 最突出的特点是集成度高， 内含两个
ＡＤＣ
、高
／
低通数字滤波器、能量计算单元以及串行接口和数字
一频率转换器。目前
， 供电部门对电网的用电考核参数越来越
多， 如有功、无功、瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率等， 而
ＣＳ５４６０
提供了很多的计量参数， 能够满足供电部门的要求。
ＣＳ５４６０
基
本的工作原理是： 其串行部分带有发送
／
接收缓冲器的状态机，
状态机在
ＳＣＬＫ
上升沿解释
８
位命令， 根据对命令的解析进而
执行相应的操作。对于数据的读写， 可以通过向串口
ＳＤＩ
引脚写
相应的
８
位命令来启动。例如， 在读取测量数据时， 可以先向串
口引脚
ＳＤＩ
写
８
位读命令， 然后在
ＳＤＯ
中接收数据。图
２
给出了
ＣＳ５４６０Ａ
与
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ
的 连 接 简 图 。 图 中
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ
的
ＧＰＥ１
和
ＧＰＥ２
引脚配置成串 口
功能
（
ＧＰＥ
） 与
ＣＳ５４６０Ａ
的 串 口 相 连 接 ； 将
ＧＰＧ２
引脚配置成外部
中 断 功 能 与
ＣＳ５４６０Ａ
的
ＩＮＴ
连接。
１．３
系统
ＵＳＢ
接口
系统采用
Ｐｈｉｌｉｐｓ
公司生产的
ＰＤＩＵＳＢＤ１２
接口芯片， 内部
不含微控制器， 使用时需通过
８
位高速并行数据线与其他微控
制器连接， 支持本地
ＤＭＡ
传输， 有
３
个输入
／
输出端点。片内集
成串行接口引擎
ＳＩＥ
、
ＦＩＦＯ
存储器、收发器、电压调整器和
６～
４８ＭＨｚ
时钟乘法
ＰＬＬ
。本系统使用低成本的
６ＭＨｚ
晶振，
ＥＭＩ
也随之降低。
１．４
其他器件
其他 辅 助 性器件 ， 如存 储 器 、
ＬＣＤ
显示 器 等 ， 均 可 根 据
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ
处理器和实现功能进行配置。本系统中存储器采用
ＳＳＴ
公司的
ＳＳＴ３９ＶＦ１６０
的
ＣＭＯＳ
多用途
ＦｌａｓｈＲＯＭ
，
ＬＣＤ
采
用
Ｓｈａｒｐ
公司的
ＬＭ０５７ＱＣ１Ｔ０１
型
ＳＴＮ
彩色液晶显示模块。
２
软件的设计
由于系统以
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０
处理器为核心， 需要完成数据采集计
算、显示、键盘控制以及与上位机实现通讯等功能， 所以首先要
编 写
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０
的 启 动 程 序 ， 即 根 据 系 统 的 实 际 情 况 对
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０
引脚、寄存器、以及外围的存储器进行有效的配置。其
次， 根据系统功能需求编写不同的功能模块， 如图
３
所示。
ＭＣＵ
根据键盘输入的命令， 执行不同的模块来实现多种功能。
洪 涛 刘丽桑 彭侠夫
（ 厦门大学信息科学与技术学院， 福建 厦门
３６１００５
）
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＳＢ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
摘 要
为提升测量精度、方便数据传输管理
， 设计并实现了以
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０
处理器作为控制核心，
ＣＳ５４６０
作为计量器件， 通过
ＵＳＢ
接口与上位机实现数据通讯的新型电能量测试系统； 重点讨论了
ＵＳＢ
接口程序的结构与实现。实践证明系统具有广
泛的适应范围。
关键词：
ＰＤＩＵＳＢＤ１２
，
ＣＳ５４６０
，
ＷＤＭ
驱动， 数据采集
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄ
ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｈｕｍａｎ－ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｎｅｗ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ Ｓ３Ｃ４４Ｂ０
ａｓ ＭＣＵ，ＣＳ５４６０ ａｓ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅ，ａｎｄ ＰＤＩＵＳＢＤ１２ ａｓ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｏｆ ＵＳＢ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＵＳＢ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｗｉｄｅ ｓｐｈｅｒｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＤＩＵＳＢＤ１２，ＣＳ５４６０，ＷＤＭ，ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ
图
１
系统工作原理图
图
２
硬件连接图
基于
ＵＳＢ
接口的电能量测试系统
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