MAXQ3120电表参考设计可帮助您基于MAXQ3120 RISC微控制器制作符合标准的电表。本电表符合IEC 61036第一类要求，符合中国标准GB/T 15284和DL/T 614的多功能、多速率要求。此外，仪表根据用户可编程的电价表记录使用情况，并使用符合中国标准DL/T 645的协议报告此数据。

该仪表由MAXQ3120微控制器和其他几个元件组成。源代码，原理图，物料清单和样本PCB布局是可用的，很容易定制，为满足特定区域要求的电表提供基础。随附申请说明的文件可以在这里找到。这个参考设计包为设计人员构建电表应用程序提供了必要的信息;一般的MAXQ3120应用应使用MAXQ3120- kit套件。

电气规格

标称电压:220V±10%
基极电流:10A
最大电流:40A
频率:50Hz，±10%
通信:异步IR, EIA485
仪表脉冲输出:干隔离输出，可变仪表常数，可变脉宽

硬件

除了一些外部组件外，本参考设计的硬件还包括MAXQ3120中包含的子系统。由于MAXQ3120的高集成度，设计的经济性成为可能:

• 8MHz, 16位RISC CPU核心

• 16k, 16位字的程序存储，实现为闪存

• 512字节的数据RAM。

• 2、16位
  
  A/D转换器，转换间隔为48µs

• 一个带有40位累加器的16 × 16硬件乘法器

• 三个定时器

• 两个具有独立波特率生成器的UART通道，一个具有特殊模式以简化IR通信

• 一个时间的一天时钟与数字修剪和报警功能

• 一种能够在X4多路配置中驱动112段的LCD控制器

有了MAXQ3120的内部外设，只需要一小部分外部部件:

• 一个电源提供两个孤立的3.3 v输出。隔离是至关重要的，因为在正常操作中，逻辑地连接到线路的热侧。

• 一个液晶。在本次设计中，我们选择了一个带有定制报警器的6位LCD。

• 一种非易失性存储器元件，通常是I(2)C EEPROM或FRAM。在参考设计中，我们选择了一个128k (16kB)的EEPROM。

• 外围设备通信。在本设计中，我们有两个通道:一个光隔离的RS-485缓冲通道和一个红外通道。红外通道由一个外部PNP晶体管驱动的红外LED和一个调谐到38kHz载波频率的集成红外接收器组成。

• 用于光电表脉冲输出的LED和光隔离器。

参考设计还包括一个外部时间时钟芯片DS3231。虽然MAXQ3120包含一个集成的实时时钟，但时钟不补偿温度(尽管微控制器确实包含一个可用于此目的的数字修剪寄存器)。DS3231包含一个时间时钟，一个修整晶体和一个自动补偿时钟的温度传感器。代码完全支持该设备。

参考设计还提供了一个外部电压参考。虽然MAXQ3120的内部参考电压在大多数应用中提供了足够的温度精度，但在要求高精度的地方可以使用外部参考电压。

软件

参考设计是围绕一个简单的任务轮构建的:一个接一个地调用任务，通常运行直到它们完成，或者直到它们需要来自另一个任务的数据。任务之间通过一个称为a的简单的位数组进行通信留言板还有一组全局变量。例如，当串行端口驱动程序接收到一个字符时，它将该字符加载到一个全局变量中并设置性格好在…留言板． 的消息检查器然后从全局变量中检索该字符并清除留言板．

该软件的设计是灵活和可定制的。每个任务处理功能的一个子集，以便可以轻松地删除或增强功能。的消息检查器例如，它解释DL/ t645协议的数据包结构，并将有效载荷发送到信息译码器． 要使用不同的包结构，只需要重新编码的元素消息检查器(在编码方面消息生成器）; 不需要重写整个应用程序。

安装

所有的电气连接都是从仪表的底部进行的，并由塑料端子座上的压花数字指定:

警告:在连接仪表之前，请断开所有电源。如果不这样做，可能会导致仪表损坏或操作员受伤。

终端1:业务热连接到入局业务的热侧。
端子2:负载热接，连接到负载热侧。
终端3:业务中性点——将该终端连接到入站业务的中性点侧。
端子4:负载中性点-将此端子连接到负载的中性点侧。
端子5:仪表脉冲正端-连接仪表脉冲接收器的正端。看到计脉冲下面表1和校准部分了解更多信息。
端子6:RS-485正端-如果使用RS-485网络，连接到正(A)侧。
端子7:仪表脉冲负极-连接仪表脉冲接收器的负极侧。看到计脉冲下面是更多信息。
终端8:RS-485负端-如果使用RS-485网络，连接到负(B)侧。

初始设置

在完成安装之前，必须执行三个步骤。首先，必须分配仪表地址。其次，任何自定义值都必须加载到仪表的操作寄存器中。最后，仪表必须校准。(校准通常在工厂进行，而不是在现场进行，所以最后一步可能已经完成了。)

地址分配

为仪表分配一个地址设置仪表地址命令下的DL/ t645协议。新安装的电表地址为00 000 000 000 000 000 000。仪表会响应只有到设置仪表地址命令，且只给第一个这样的命令。

您可以使用IR或EIA-485接口来执行地址分配操作。但是，如果已经在EIA-485网络中安装了多个仪表，则所有这些仪表将响应设置仪表地址网络命令，因此将具有相同的地址。因此，建议在安装前设置仪表地址，或者在安装万用表时使用IR接口设置。

如果需要更改地址，请执行以下步骤:

1. 通过拆卸仪表盖底部的两个螺钉来拆卸仪表盖，然后将盖向上倾斜并关闭。

2. 在led旁边找到白色的方形按钮。使用不导电的仪器，按下按钮。仪表将显示净重10然后开始倒数十秒。

3. 在仪表显示时发送DL/ t645地址集信息NET-xx． 如果消息被正确接收，仪表将显示设置- - -．

典型仪表值

地址设置好后，必须配置仪表运行参数。下面的表1给出了几个常用的值和寄存器。

表1。配置电能表的典型值

要设置这些值，您可以使用任何能够与符合DL/T 645的仪表一起操作的软件包。要使用PC演示软件，请参见下面的讨论。

校准

在校准仪表之前，请确保仪表中设置了合理的值计常数注册和米脉冲宽度注册． 您还应该验证电压和电流通道增益设置为单位(0x8000)，并且相位偏移设置为零。可使用参考设计仪表内置的自动机制，按照以下程序进行校准:

1. 在仪表的输入线上放置一个已知的校准电压。

2. 放置一个已知的，校准的，电阻负载在仪表的负载输出之间画一个电流我(b)和我(MAX)．

3. 写寄存器EFFF。在data字段中，提供四个字节:V(低)，V(高)，I(低)，I(高)
   例如，如果您在220V电压下提供10A，则数据场为:

   20 02 00 10

4. 显示应该显示——卡尔几秒钟后，仪表应该会重置。复位后，应校准仪表，可从E124, E125和E127读取校准值。

电脑软件

Dallas Semiconductor/Maxim提供与参考设计仪表(或者，就此而言，任何DL/T 645兼容的仪表)通信的软件。本节介绍其使用方法。

系统需求
通讯软件需要工业标准PC机，具备以下特点:

• Windows 98SE、Windows ME、Windows 2000或Windows XP操作系统

• 1个COM接口

通信技术
该软件将与IR接口或RS-485接口一起工作。请注意，红外接口不符合IrDA;它是DL/T 645标准规定的自定义物理层。任何标准的RS-232到RS-485转换器都应该作为标准PC和电表之间的链接。请注意，一些转换器使用RTS作为传输信号(也就是说，数据流是从RS-232端到RS-485端)，而其他转换器使用TxD上的第一个转换作为开始传输的信号，并使用一个字符周期的空闲条件作为关闭发送器的信号。该软件应与RS-232到RS-485转换器的任何一种类型一起工作。

主窗口

图1所示 电能表参考设计的软件在顶部显示了最常用的命令

该软件的主窗口(图1)被组织成两个一般区域:上半部分是最常用的控件;下半部分，更多用于初始校准和故障排除。

窗口最顶部的组合框包含一个常用寄存器的下拉列表。您可以选择其中一个寄存器并单击读取数据按钮。该软件将传输a阅读注册向仪表发送消息，并期望得到响应。结果将显示在文本框中读取数据按钮。

图2 直接寄存器读/写菜单选择让您读取未在顶级下拉菜单中列出的寄存器

如果您希望读取未在下拉框中列出的寄存器，您可以在地址方框直接寄存器读/写节，然后单击读（图2）.

在结果框下面是用于控制和监视通信端口的三个项目。最左边的窗口显示所选通信端口的状态或“运行状况”。如果这个指示灯不是绿色，您将无法与仪表通信． 在通信状态指示灯右侧有一个下拉框，用于选择端口。右侧有一个下拉框，可以选择波特率。

通讯面板的正下方是一组执行特定功能的按钮。它们描述如下:

• 设置时间:发送DL/ t645设置时间消息与当前时间的一天从PC。

• 设置日期:发送DL/ t645设置日期消息与当前日期从PC。

• 清晰的马克斯:发送DL/ t645明确最大需求消息。这将导致仪表将所有最大需求寄存器重置为零，并增加清除最大需求的次数登记。

• 设置Addr:发送设置地址信息发送到仪表，使用表中给出的地址数据文本框中。数据必须格式化为六组两位数。

  一般来说，仪表只响应DL/ t645设置地址消息，如果已经应用了一些手动操作来强制仪表期望消息。这样，许多仪表可以通过RS-485连接到PC上，而不会相互干扰。如上所述，在参考设计仪表中，所需的手动操作是拆除顶盖并激活网按钮。完成后，将显示指示净重10开始倒数。当设置地址收到消息后，显示屏将显示设置- - -然后恢复正常操作。

  的需要有一个例外网按钮:第一次安装仪表时的按钮。在后一种情况下，仪表是操作在地址设置模式，直到收到地址为止。

  
  图3 ID和密码对话框允许您为仪表设置网络地址和最多十个密码

• Set Pwd:向仪表发送Set Password消息。DL/T 645最多支持10个密码，编号为0到9。如果使用密码，则必须在任何操作发生之前通过写入寄存器C212的方式提供密码。寄存器C212是一个只写寄存器，在最后一个受保护的操作一分钟后过期。

  要设置密码，请加载p, v, v, v到数据文本框中。在这里页是要分配的密码号，和再来再来要分配给密码的值。的设置密码命令将发送与当前活动的超级用户密码作为凭证。

• ID:打开ID和密码对话框(图3)：

  此对话框用于设置电表的网络地址和设置用作凭证的密码。第一个文本框包含计ID，或电表的网络地址。输入您希望与之通信的电表地址;以12位数字的字符串形式输入地址。如果要使用广播地址(999999999999)，请检查使用广播盒子。

  下面的三个文本框计ID框包含三个权限级别的密码。密码0超级用户密码，是唯一有权更改其他密码(包括其本身)的密码。密码1和密码2为正常的密码，并可显示更改仪表中的任何值。最后，密码3到9是只读密码． 提供后一种密码的用户只能读取仪表，不能更改任何寄存器，也不能清除最大需求。

  例如，假设您是一个抄表员，并且知道密码4是“123456”。选项旁边的下拉框中选择4只读密码框，然后在文本框中键入'12 34 56'。选项旁边的r / o按钮只读密码文本框，然后单击完成按钮。然后，该软件将在下一次尝试读取寄存器时提供密码4作为其凭证。

自动校准

图4 自动校准对话框使其成为一个简单的三步过程，以获得校准值加载到仪表

自动校准是将校准值输入仪表的最简单方法。当你点击呼叫M1:汽车自动校准按钮，对话框中显示图4就会出现。执行校准现在是一个快速的三步过程:

1. 在0.5L的功率因数下，对仪表施加已知电压和已知电流。输入V和I值试验机Vn和试验机Ib盒子。(V_scale (V)和I_scale (A)仅供参考;它们显示仪表可以测量的最大电压和电流。)

2. 单击运行自动呼叫按钮。仪表将显示卡尔-当它自我校准时，最终会重置并开始正常运行。

3. 作为检查，单击读取呼叫寄存器检查电压增益(E125)、电流增益(E124)和相偏置(E127)寄存器。

完成后，单击关闭按钮返回主界面。

手动校准

图5 您可以使用手动校准仪表卡尔M2:手动菜单

如果您喜欢手动校准仪表，请使用卡尔M2:手动手动校准按钮将弹出手动校准对话框(图5）. 手动校准包括以下步骤:

1. 对仪表施加已知电压和已知电流，功率因数为1.0。输入V和I值测试人员V(n) (V)和一级测试员(b) (A)盒子。(V_scale (V)和I_scale (A)仅供参考;它们显示仪表可以测量的最大电压和电流。)

2. 单击复位寄存器按钮。这将设置增益寄存器为单位(0x8000)和相位偏移寄存器为零。

3. 单击读RMS按钮。这将读取内部仪表单位的均方根电压和电流，并将它们与期望值(从上面第1步给出的值)进行比较。结果将显示在屏幕底部的窗口中。

4. 单击调整收益按钮。软件将读取均方根值并计算将电压和电流归一到步骤1中给出的值所需的增益设置。

5. 设置测试设备产生功率因数0.5C。单击计算错误(ErrC)按钮。错误将出现在框中。这表示期望值(正好是视在功率值的一半)和从电表读取的值之间的差值。

6. 设置测试设备产生功率因数0.5L。单击计算错误(ErrL)按钮。错误将出现在框中。

7. 现在点击做的过去按钮。软件将从误差值中计算出相位偏移值，并将其写入仪表。

8. 要验证写入的值，请单击转储呼叫寄存器按钮。这些值将出现在窗口中。

更新固件

参考设计仪表包含一个内置的调试器，允许修改正在运行的固件。固件更新作为英特尔。hex文件发送，可以使用MAX-IDE软件包加载到仪表上。介绍固件升级的流程。

警告:仪表的所有电源必须在开始固件重新加载过程之前，断开电源。电表的元件在线电位下工作。断电失败会损坏仪表或其所连接的PC，或伤害操作人员。

在开始该过程之前，您应该安装了一台带有MAX-IDE的PC，并配置并连接了一个串行转jtag适配器。您将使用这台PC将新的。hex文件传输到电表。

1. 从仪表上切断所有电源。

2. 通过从透明盖的下部拆卸两个螺钉并向上倾斜，拆卸仪表的盖。保留这些螺丝。

3. 从仪表上拆下四个螺丝，每个角一个。保留这些螺丝。

4. 从BR2的引脚1(直流正引脚)连接一根电线到J10。如果需要，这条电线可以留在原地。通过这种方式，固件更新可以在未来执行，而无需从仪表上拆卸PCB。

5. 将PCB重新装入仪表盒中，用上述步骤3中拆下的4颗螺钉固定。

6. 将一个串行转jtag适配器连接到JH1。请注意，连接器的引脚1是朝着板的顶部。

7. 启动MAX-IDE (图6）.

   
   图6 固件通过使用MAX-IDE软件加载到仪表上

8. 下德v冰菜单中,选择MAXQ JTAG．

9. 下德v冰菜单中,选择负载．

   
   图7 加载固件时，选择. hex文件格式

10. 选择十六进制文件要加载并单击开放．

11. 文件将被传送到仪表上。

12. 完成后，将仪表从JTAG板上断开，并更换步骤2中拆下的两颗螺钉。固件更新现在已经完成。