單片機(jī)選用UBICOM公司的8位超高速單片機(jī)SX52BD，每秒運(yùn)行數(shù)據(jù)能力達(dá)1億次。由于UBICOM單片機(jī)的速度極高，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作，可以在MCU執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能的同時(shí)把數(shù)據(jù)打包并傳送到互聯(lián)網(wǎng)上。用8位微控制器通過(guò)ISP接入互聯(lián)網(wǎng)，外圍器件少，系統(tǒng)成本低。UBICOM單片機(jī)屬RISC結(jié)構(gòu)，芯片上有Flash程序存儲(chǔ)器，可以在安裝到系統(tǒng)后進(jìn)行編程和調(diào)試。由于CPU采用并行流水作業(yè)方式，執(zhí)行一條指令只需要一個(gè)時(shí)鐘周期，工作在100MHz時(shí)指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS，所有I／O可以通過(guò)編程靈活配置。

　　SX52BD單片機(jī)可以輕松地實(shí)現(xiàn)虛擬外設(shè)的功能。CPU通過(guò)執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)普通I／0口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能(如UART、I2C、SPI、Caller ID、FSK等)。即把許多需要硬件實(shí)現(xiàn)的功能接口，借助處理器的高速處理能力，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的軟件模塊實(shí)現(xiàn)。UBICOM公司用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)TCP／IP協(xié)議棧。在外接一個(gè)以太網(wǎng)控制芯片(RTL8019AS)的情況下還可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)(1EEE802．3)協(xié)議處理，使該單片機(jī)系統(tǒng)可以直接通過(guò)RJ45連到以太網(wǎng)上。

　　2.2電壓電流采樣模塊

　　根據(jù)采樣信號(hào)的不同，可分為直流采樣與交流采樣兩大類(lèi)。直流采樣是把交流電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為O～5V的直流電壓，再送到A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。即A／D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號(hào)。它的主要特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)刷新速度快，隨著元器件技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)定度、精確度大為提高。

　　交流采樣是相對(duì)直流采樣而言，直接對(duì)交流電壓和電流波形進(jìn)行采樣，然后通過(guò)一定的算法計(jì)算出電壓、電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率等。

　　交流采樣對(duì)環(huán)境溫度有一定要求，同時(shí)對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和采樣保持器要求較高；為了保證測(cè)量精度，一個(gè)周期內(nèi)，必須保證足夠的采樣點(diǎn)數(shù)，而且采樣計(jì)算程序相對(duì)復(fù)雜，對(duì)CPU要求較高，因此該儀器采用直流采樣。其工作原理如圖3所示。

　2.3功率因素檢測(cè)模塊

　　功率因素檢測(cè)模塊有兩大功能：

　　(1)判別電壓是超前還是滯后電流；

　　(2)判別功率因素大小。具體相關(guān)電路如圖4所示。當(dāng)電壓超前電流時(shí)，U15B輸出為“1”；反之輸出為“0”。電壓、電流的正弦波形分別經(jīng)過(guò)零比較器后(電路忽略)轉(zhuǎn)換為方波，輸入2／4譯碼電路。譯碼電路只有當(dāng)A、B信號(hào)為“01”或“10”時(shí)，X端口才輸出Vref，對(duì)積分電路充電；當(dāng)A、B信號(hào)為“00'’或“11”時(shí)，輸出端口為零。而A、B信號(hào)為“01”或“10'’的時(shí)間正是電壓、電流相位差的時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)電容C23充電的時(shí)間也越長(zhǎng)。因此，電容上的電壓反映了相位差的大小。CPU經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理可確定功率因素的大小。

　　2.4以太網(wǎng)接口模塊

　　以太網(wǎng)接口模塊選用RealTek公司的RTL8019AS全雙工以太網(wǎng)控制器，主要功能是處理以太網(wǎng)協(xié)議。它自帶16KB的SRAM，并通過(guò)RJ45接口與以太網(wǎng)通信。數(shù)據(jù)的流向?yàn)椋赫?qǐng)求信息從以太網(wǎng)來(lái)，通過(guò)RJ45送到RTL8019AS，處理后的數(shù)據(jù)包送人SX52BD協(xié)議棧，由協(xié)議棧對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到原始請(qǐng)求信息。請(qǐng)求信息再經(jīng)過(guò)SX52BD的處理，產(chǎn)生回復(fù)信息?；貜?fù)信息到以太網(wǎng)的過(guò)程與上述過(guò)程正好相反。

　　2.5其它模塊電路

　　EEPROM：CPU通過(guò)12C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)EEPROM器件24C256。網(wǎng)頁(yè)就存儲(chǔ)在EEPROM中。EEPROM中的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容通過(guò)主CPU的讀寫(xiě)操作可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)的瀏覽、重新下載和更新。受容量的限制它不可能存儲(chǔ)大量頁(yè)面。

　　時(shí)鐘模塊電路：選用了時(shí)鐘芯片DSl2B887。它可以產(chǎn)生秒、分、時(shí)、日、星期、月及年等七個(gè)時(shí)標(biāo)?？梢酝ㄟ^(guò)編程讀取和修改這些時(shí)標(biāo)，也可以編程產(chǎn)生定時(shí)中斷。采用硬時(shí)鐘，可以不占用單片機(jī)的定時(shí)器資源，減輕軟件設(shè)計(jì)量。

　　看門(mén)狗電路：電網(wǎng)監(jiān)測(cè)儀的工作環(huán)境通常具有強(qiáng)烈的電磁干擾，在工作要求極高的情況下為了防止干擾，引入了看門(mén)狗電路。采用MAX813L芯片。該芯片具有監(jiān)控電路，如果程序在1.6s之內(nèi)還不給MAX813L“喂狗信號(hào)”，它就會(huì)產(chǎn)生看門(mén)狗輸出，系統(tǒng)復(fù)位。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 SX52BDl00 Data Sheet．UBICOM Corporation,2000