討論通用串行總線(USB)技術應用于便攜式電能表現場校驗儀的可行性，并介紹了系統的硬件、固件、設備驅動程序以及應用程序的設計方法，最后給出了其性能測試結果。

現在市場上的同類產品多采用RS-232方式通訊，但這種產品已漸露弊端。首先，RS-232在當前微機規范中逐漸隱退。第二，現場校驗產品已經朝著多功能的方向發展。已不單一的檢查表誤差，許多CT/PT負荷、二次壓降、諧波分析、波形圖、負荷曲線等功能都已經整合到現場校驗產品當中。功能的增加意味著存儲數據的急劇膨脹，而RS-232低的傳輸速率和難以保證通訊可靠性的特點決定了它不再是一個合適的解大電流電感決方案磁環電感。第三，采用RS-232方式的現校儀在和PC通訊的時候必須外加電源。

經過比較論證發現，USB作為近年出現的一種代表微機接口發展方向的新型總線規范，其便捷易用、速度快、可靠性高等特點，使之非常適合作為現校儀的接口。目前大多數臺式計算機都具有四個以上的USB端口，筆記本電腦也都有兩個以下的USB端口，USB規范規定每個端口提供5V、500mA的電量也恰好可以提供給現校儀而無須增加外接電源.

USB本身的控制協議較為復雜，需要使用相應的USB接口芯片。本設計采用了Philips公司的PDIUSBD12(簡稱D12)，其優點是可以選擇合適的微控制器及其開發系統進行外設開發。

D12內部集成了串行輸入引擎(SIE)、320字節的多結構FIFO存儲器、收發器以及電壓調整器，支持DMA方式，采用雙緩沖區技術，遵從USB1.1標準。芯片中串行輸入引擎(SIE)模塊起著至關重要的作用，完成所塑封電感有USB協議層功能，如同步模式識別、并/串轉換、位填充/解填充、CRC檢驗/產生、包PID產生/確認、地址識別、握手信號包響應產生等。另外，D12還集成了SoftConnect、GoodLink、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等特性，提高了系統的性價比。

1.1引腳功能

PDIUSBD12的引腳排列如圖1所示，功能如下：

VCC：接+5V電源；GND：接地；如要使器件工作在3.3V，則VCC、Vout3.3都為3.3V。DATA〈0〉～DATA大電流電感〈7〉：雙向數據總線。ALE：地址鎖存使能。在多路地址數據總線中，下降沿關閉地址鎖存；在單地址/數據總線配置中接地。CSN：片選端，低電平有效。SUSPEND：器件處于掛起狀態，高電平有效。CLKOUT：可編程時鐘輸出。INTN：中斷輸出，低電平有效。RDN、WRN：讀/寫使能。DMREQ：DMA請求。DMACKN：DMA應答，低電平有效。EOTN：DMA傳輸結束，低電平有效；EOTN僅當DMACKN和WRN或RDN一起激活時才有效。RESETN:復位端，低電平有效；使用片內復位電路時接高電平。GLN：Goodlink LED指示器，低電平有效。XTAL1、XTAL2：晶振連接端，可采用外部時鐘信號代替晶振。D+、D-：USB數據線。A0：A0=1選擇命令指令，A0=0選擇數據；該位在多路地址/數據總線配置時可接高電平。

1.2命令匯總

PDIUSBD12芯片中集成了串行輸入引擎(SIE)模塊，它完成所有USB協議層的功能、大大簡化了USB的固件開發，開發人員只需使用D12提供的命令即可。D12命令如1表所示。

思達公司生產的電能表現場校驗儀中使用P89C51RD2作為主控制器。P89C51RD2是Philips公司生產的51增強型的CPU，它除具備標準51的功能外，在片內集成了64KB FLASH和1KB RAM，可以在20MHz外頻下以每機器周期為6個時鐘周期的速度運行。P89C51RD2與PDIUSBD12的接口方法見圖1。

由圖可知P89C51RD2通過IO口同D12的片選、地址位信號相連，外部中斷響應來自D12大功率電感貼片電感器的中斷請求，D12的操作地址可以任意指定。

所謂固件程序就是固化在程序存儲器中的程序代碼。本系統存儲在P89C51RD2的Flash存儲器中，固件開發使用Keil C51語言，開發平臺為μVision2集成開發環境。

本設計參考了Philips公司提供的D12固件程序范例，對USB協議操作的相關代碼直接移植使用，而數據采集、傳輸、存儲等部分則自主開發。

固件程序結構如圖2所示。硬件抽象層對D12的數據讀、寫以及各種指令的寫入進行函數封裝；D12命令接口層對D12的所有控制指令的函數進行封裝；USB向量請求模塊完成USB上電配置、向量請求等各類事件的響應處理；USB協議層包括對USB協議操作的封裝以及對USB標準請求的響應；中斷服務進程包括USB中斷、ADC中斷等。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠