基于MAXQ3120微控制器的电表(EM)参考设计

这里有个重要的假设：每个字符都可填入一个LCD寄存器。如果所采用的LCD结构中，属于1位显示的某些段要占用多个LCD寄存器，则需要修改整个UpdateLCD。

数字的显示顺序是什么？

程序假设最右端的显示数字，是32位显示参数的低四位。这是最自然的顺序；如果你将“123456”传递给参数，则显示器会显示“123456”。

信号指示器

如果你想在显示特定信息的情况下，同时点亮特定的信号指示器，则需要另外一个8位变量来存储指示信息。UpdateLCD程序使用一个switch结构，以在显示数字之后马上点亮这些指示器。

特殊状态显示

在displayformatter.c文件的最后还有一组程序。这些程序控制特殊状态显示，例如电表初始化、EEPROM初始化和程序故障(异常)。它们被直接写入LCD寄存器，而且要针对不同的显示进行定制。

定制显示管理器

除了显示用电量、时间和日期以外，如果你还想显示其它信息，则需要修改显示管理器。

显示管理器的第一部分，处理电表地址设置信息的显示。仅当地址设置按钮被按下时才起作用，不需要修改这一部分。

显示管理器的其它部分，通过全局变量g_LCDMode来获取类别。为确定要显示的下一个条目，这个变量在一个字节内包括了所有必要的信息。它的格式如下所示：

总会显示电表使用过程中累计的总用电量，并显示由g_LCDMode字节所指定的条目。在本参考设计中，这个变量被固定为1D除了显示总用电量以外，只显示时间和日期。

控制变量

显示管理器由状态变量disp所控制，该变量有两个元素：ItEM和State。由名字可以得知，disp.State存放显示控制器的当前状态，而disp.Item跟踪将要显示的信息，具体含义如下：

定制这个程序提供两种选项。你可以选择改变disp.Item的赋值，以及改变程序中它们的选择顺序，或者你可以选择完全替换掉该程序。后一种选择可能更好。如果为可能显示的每个条目指定一个独立位，或为可显示条目分配一个列表索引，显然这样的条目选择结构更加灵活。选择上面的结构是因为它需要的RAM空间最小。

添加寄存器

DL/T 645规定了大量寄存器，用于控制电表运行的各个方面。每个寄存器由一个16位寄存器号指定。在参考设计中，增加了很多寄存器来控制电表运行的各个方面；在代码中给出了这些寄存器的说明。本讨论内容提供了必要的信息，以便通过扩展寄存器映射从电表中获取更多信息，或者控制新的电表运行特性。

寄存器管理器如何工作

所有任务都不能挂起正常的任务轮操作，寄存器管理器任务要遵循这一原则有很大难度。这是因为寄存器管理器是唯一能够读/写EEPROM的任务，并且EEPROM写操作需要(相对)较长的时间D几个毫秒。因为每20ms (60Hz环境下是16.7ms)就要为DSP程序提供处理器时间，寄存器管理器在EEPROM写周期过程中，绝不允许将系统挂起几十毫秒的。

要解决EEPROM写入时间问题，一个显而易见的方法是将I2C程序置为中断处理方式。这样一来，寄存器管理器可以启动一个EEPROM传输过程，随即返回主函数入口main()；之后每次被调用时，寄存器管理器都会通过检查EEPROM子系统的状态，来确定任务是否已经完成。采用这种方案带来一个问题，ADC周期非常短，以至于ADC中断服务程序需要独占中断子系统。因此，必须采取一些其它保障机制。

解决的方法是采用一个全局标志位：EEPROMOpPending。当这个标志位为低时，任务轮实质上是一个无限循环过程，反复调用系统中的每一个任务。当标志位为高时，任务轮被调用时执行一次并返回，并不调用寄存器管理器。这样有什么帮助吗？

当寄存器管理器需要执行一个耗时很长的功能时，它启动这个功能并通过轮询来确定其是否完成。在轮询期间，寄存器管理器将EEPROMOpPending置为高，并递归调用任务轮。下面的代码给出了一个实际例子：

01: uint8 ReadEEPROM(uint16 Address, uint8 Length, uint8 *pData)
02: {
03: int i;
04: g_MessageBoard.EEPROMOpPending = 1;
05: for(i=0; ilength; i++)
06: {
07: if(i＞0)SpinTaskWheel();
08: eeprom_address = Address++;
09: while(eeprom_read_byte())
10: S
pinTaskWheel();
11: *pData++ = eeprom_data;
12: } // for
13: g_MessageBoard.EEPROMOpPending = 0;
14: return 1;
15: }

在上面的第4行，EEPROMOpPending标志位被置为高。在第7和10行中，SpinTaskWheel被调用。如果EEPROM标志位为高时调用任务轮，则SpinTaskWheel函数运行一次，并在不调用寄存器管理器的情况下返回。这样，即使由于寄存器管理器等候EEPROM完成操作而停止下来，电表的其它部分仍可持续正常运行。

哪些任务知晓这些寄存器？

只有两个任务知道寄存器号：寄存器管理器和消息译码器。这些程序中，通常只需要对寄存器管理器进行修改。消息译码器识别出与口令管理和其它监控功能有关的寄存器，并且必须在采用正常处理规则之前获取这些信息。因此，要构建自己的寄存器，只需要熟悉寄存器管理器。 三类寄存器

通常，有三类寄存器：只读、读写和具有额外功能的读写寄存器。只读寄存器的一个例子是B611，RMS Volts、phase A。主机向这个寄存器写数据是不能执行的；实际上，如果电表收到写数据会将其丢弃。而且，多数只读寄存器都不在EEPROM中：通常，在线计算这些寄存器的结果，并根据需要报告结果。

读写寄存器的一个例子是C032，Meter Number (电表号)。写入数值不会对电表操作产生任何影响，而且可以随时提取该数据。最后，一个具有额外功能的读写寄存器例子是C030，Meter Constant, active (有效电表常数)。当这个寄存器被写入数据时，寄存器管理器不仅要更新EEPROM，同时也要更新DSP程序使用的电表常数。

哪些任务需要寄存器信息？

下表列出了需要寄存器信息的任务。



通常，你主要考虑添加可通过消息译码器访问的寄存器。你可以增加用于显示的寄存器(或者用于其它任务的寄存器，但是依据惯例，你会主要考虑那些可通过通信端口检索的寄存器)。

读写寄存器

首先考虑第一种情况，即存储和读取无额外功能的读写寄存器。为了添加一个存储于EEPROM内的寄存器，你必须添加两处信息：MAXQ3120RD.h文件和寄存器管理器中的ProcessRegisterNumber程序。

MAXQ3120RD.h包含一个由typedef定义的名为EEPROM_DATA的数据类型。这个定义并没有被真正实例化；而仅仅是作为模板，用于定义数据如何存入EEPROM。在EEPROM_DATA定义的下面，还定义了两个宏，用来返回两个值，分别是结构中某成员的偏移地址和某成员占用的字节数。定义新寄存器的第一步，是在结构中添加成员(最好是在尾部)，从而为寄存器分配EEPROM存储空间。

下一步是定义寄存器号。这需要编辑寄存器管理器中定义的RegParmTable结构。这个表包含了电表中定义的每个寄存器，并按编号排序。每个成员包括：

寄存器号，16位无符号值。

物理数据单元编号，用于计算实际寄存器值。例如，寄存器9110请求当月总的正向无功用电量。它是两个电能累加器的和：包括1象限的用电量和4象限的用电量。因此，物理单元的个数是二。寄存器管理器必须提取指定单元(CurrentQuadrant1AccumTariff)和下一个单元(CurrentQuadrant4AccumTariff)的数据，并求和以获得所需信息。

每个单元的长度，以字节为单位。

存储的数据类型：INT_REG，表示寄存器包含被视为整数的二进制数据；

BCD_REG，表示寄存器包含的是传输前无需进一步转换的BCD码数据；或者MDH_REG，表示寄存器包含的是日期信息(月：日：小时)。

EEPROM中数据的偏移量(单位为字节数)。

为了节约处理时间，ProcessRegisterNumber程序采用二元搜索算法找出寄存器地址。因此，表格保持排序状态是非常重要的。如果寄存器表变得无序，结果就无法预料了。

一旦表格被更新，新的寄存器可以通过通信通道进行读写。电表到底如何处理该信息，是下一部分的主要内容。

具有额外功能的读写寄存器

还有一种应用情况，即你想让一个写事件触发额外的功能。为了达到这种效果，必须让寄存器管理器向额外任务发送一个消息，或者更新执行额外功能所涉及的RAM内容。作为样例说明，可在寄存器管理器中搜索C030，你会找到下面这段代码：

switch(Register.Word)
{
case 0xC030: // Meter constant, real
action_value = 0;
for(i=4; i＞1; i--)
{
action_value *= 100;
action_value += (g_CommBuffer.Message[ i] 0xf) +
(g_CommBuffer.Message [ i] ＞＞ 4) * 10;
}
set_E_pulse(action_value); // this will set E_pulse
break;

这段代码在EEPROM的寄存器数据更新完毕之后运行。在这个条件下，主机请求改变电表常数。存储在EEPROM中的电表常数寄存器更新过后，传输到通信缓冲器的毫秒数值被转换成内部电表单位，并通过set_E_pulse函数发送给DSP程序。

只读寄存器

一些只读寄存器只是简单地从EEPROM中读取数据(如用电量)，并通过电表的其它进程来更新其中的数据。然而，另外一些只读寄存器(如RMS电压)并未存储在EEPROM内。这些寄存器数据存储在EEPROM内是没有任何意义的，而且如果这样做并连续更新数据，会迅速损耗EEPROM！你可以在ProcessRegisterNumber中的表格注释里找到这些寄存器，表述为“not stored in EEPROM”(未存储在EEPROM内)。

这些寄存器由寄存器管理器的GetSpecialRegister程序来控制。对应每个只读寄存器，程序都在switch分支选择语句中提供相应的条件。例如：

case 0xB611:// voltage (phase A)
g_MessageBoard.EEPROMOpPending = 1;
Request_RMS(RMS_VOLTAGE_REQUEST);
SpinTaskWheel();
while(!(DSP_CTRL 0x20))
SpinTaskWheel();
*value = Get_RMS() / 1000;
g_MessageBoard.EEPROMOpPending = 0;
*size = 2;
break;

这个例子阐明了一个重要事实，即任何任务都不能挂起任务轮。case的第一条语句将消息板中的EEPROMOpPending标志位置为高。然后它要求DSP函数计算RMS电压值，并在DSP函数忙时递归调用任务轮。当EEPROMOpPending标志位置为高后，执行一次任务轮循环，并且不调用寄存器管理器，从而避免了无限递归。一旦DSP函数完成，将提取RMS值并清除EEPROMOpPending标志位。

请注意，对于这种类型的只读寄存器，不必在MAXQ3120RD.h文件中添加结构来保留EEPROM存储空间。也不必向ProcessRegisterNumber表添加成员。在处理基于EEPROM的寄存器之前，寄存器管理器主程序总要调用GetSpecialRegister。

定制DSP程序

参考设计的DSP程序是一套汇编语言模块，它负责处理从ADC到脉冲生成以及报告电压、电流、功率和用电量的整个信号流。大部分程序不需要修改，但也许你希望修改以下方面：

采用一个不同的电流或电压变换器，从而需要不同的增益因子。

改 变系统生成电表脉冲的方式。

改变前端滤波。

DSP程序是如何工作的，以及你可以安全地改变哪些单元，以下部分从较高的层次对此进行了说明。

注意：DSP模块以预编译的目标文件形式公开发布。只有在签署了保密协议(NDA)的情况下才可以提供汇编语言源代码。更多信息，请联系Dallas SEMiconductor/Maxim。

存储

DSP程序用到RAM空间的低地址部分。在DSP模块中搜索“Data Memory Map”，可以看到DSP程序用到的一系列RAM变量。前两个字节是一组控制DSP函数运行的数据位。

常数

可通过调整两个常数来设置电压和电流通道的满量程读数。它们分别是W_V_Scale和W_I_Scale。缺省情况下，这两个常量被设置为400V和250A。电压被设置为正常条件下不会超越的电平值(280VRMS以上)，而电流设定值与可能的电表分流值相一致(250μ至500μ，典型值)。

接口程序

用户程序可以直接使用一些内置程序的返回值。如果可能，你应该通过这些内置程序与DSP函数接口，而不是直接与DSP函数使用的内部变量接口。

Get_and_Clear_Usage: 这是C代码用来提取电量累计值的主程序。通常情况下，需要对用电量进行累计时，DSP程序会通知异步事件管理器。然而，随时都可以调用这个程序以获取精确的用电量读数(截至当前)。注意，IAR编译器会自动传递A[0]内的函数参数，并将结果返回给A[0]。

Get_Frequency: 返回0.1mHz步长的线路频率。值得注意的是，这个子程序缺省情况下并未加载；DL/T 645标准并未要求频率结果。

Get_Power_Factor: 返回负载的功率因子。

Get_Power: 根据参数不同，返回无功或有功功率。

Get_MaxD: 返回自上次调用该函数后，电表记录的最大需量(功率)值。

Request_RMS: 根据参数不同，要求DSP计算RMS电流或电压值。

Get_RMS: 返回最近一次请求的RMS值。

set_E_pulse: 接受一个电表常数，并设置适当的DSP变量以使该电表常数生效。

中断服务程序

参考设计只使能了一个中断：就是AFE中断，ADC上有一组新的采样数据时产生该中断。因为ADC采样周期为48μs，实际上中断服务程序会很快地结束它的工作，并返回到主代码中D在两个中断之间只有384个指令周期！

中断服务程序执行以下功能：

生成输出脉冲：如果需要一个脉冲，则启动它。如果脉冲正在进行中，则递减持续时间计数器的值，并在计数器回零时终止脉冲。

累加求和：将最近的能量采样值累加到所有适当的寄存器中。

累计RMS值：如果被请求，则累计I2或V2。

检查电压下限：如果电压低于门限值，则递增一个计数器值。

过零检测：如果电压信号正向过零，则设置一个标志位。