专利名称：一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种专用集成电路，更确切地说是涉及一种电表、水表、气表自动数据采集系统中的专用计数集成电路。
长期以来，对用户所使用的电表、水表、气表(简称三表)的管理基本都是采用人工抄表、计算、收费的模式，不仅工作效率低、收费周期长，且因对各用户的三表抄表根本不可能同时进行，还造成了较大的统计(总量)误差。为改变挨门挨户人工查表的落后管理方式，本申请人设计了一种“电表、水表、气表自动数据采集系统”(中国专利92110485.8)。该系统由中心站主机、1至n个用户终端器和电力传输线连接构成，1至n个用户终端器分别设置在用户的三表侧，中心站主机与1至n个用户终端器均跨接在电力传输线上，系统采用交流有源输电线载波方式进行中心站主机与各用户终端器间的数据收、发。该系统可按管理人员的要求，自动采集系统内各用户的三表记录数据，及时完成用量统计与收费统计。
中心站主机主要包括计算机、用于调制发送主机命令的数据发送电路、用于解调接收各用户终端器三表用量数据的数据接收电路和连接计算机与数据发送、接收电路的接口电路。
用户终端器主要包括从电力传输线上采电、供应整个用户终端器工作的电源电路、通过电力传输线接收中心站主机命令的载波接收电路、通过电力传输线向中心站主机发送三表数据记录值的数据发送电路和记录三表使用量的数据记录电路。其中的载波接收电路主要包括带通滤波器和解码电路，其中的数据发送电路主要包括调制器、功率放大器和滤波器，其中的数据记录电路主要包括计数器。
系统为1至n个用户终端器分别设置终端地址编号，由中心站主机对其进行统一的数据采集管理。如由中心站主机送出某用户终端器的地址编号，并通过数据发送电路以固定载频发送到电力传输线上，每一个跨接在电力传输线上的用户终端器都将接收到这个地址编号，并与自身预置的地址编号进行比较，只有当两者的编号完全相同(吻合)时，该用户终端的载波接收电路才输出解码信号，触发用户终端器的数据发送，数据记录电路中记录的用量数据被送到数据发送电路并通过电力传输线传送，供中心站主机的数据接收电路接收。中心站主机以此方式逐一采集记录各用户终端器三表的用量值，再进行相关的统计等。
在实施上述专利技术方案时，特别是制作数量极大的用户终端器时，从现有的已成商品的相关集成芯片中进行选择，每个用户终端器仅集成电路成品一项约需用20片，再加上其它电气元件，如此多元件的筛选、焊接等不仅导致制作周期加长，且因元件多、连线多还增加了故障概率，使可靠性指标相对降低。
本发明的目的是设计一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，专用于电表、水表、气表自动数据采集系统的用户终端器中。
实现本发明目的的技术方案是一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，包括有连接内部电路电源端及地端的电源脚与地脚，其特征在于还包括计数电路，用于对计数点进行数据记录，计数电路的计数输入端连接专用集成电路的计数输入脚，计数电路的溢出位端连接专用集成电路的计数溢出位脚；三态门电路，用于将计数电路输出连接至数据总线上；编码电路，用于将来自数据总线的并行计数数据和将来自芯片地址数据端的并行地址数据按序列编成串行数据输出，编码电路的串行数据输出端连接专用集成电路的串行数据输出脚，芯片地址数据端连接专用集成电路的地址数据脚；
解码电路，将专用集成电路串行数据地址输入脚输入的地址数据按序列编成并行数据，并与来自芯片地址数据端的并行地址数据进行比较，输出比较结果信号；控制电路，用于对解码电路输出的比较结果信号作出响应、控制三态门电路输出计数数据及控制编码电路进行并/串变换后输出。
所述的控制电路包括信号整形电路、用于产生控制本芯片信号源的信号发生器、按电路要求产生控制信号的计数器的置位电路、按信号发生器及计数器的置位电路的要求进行计数的计数器、译码器和延时电路；信号整形电路分别连接所述解码电路的比较结果信号输出端、专用集成电路的外接电阻、电容脚及控制信号输出脚，将外接电阻、电容所产生的振荡信号按计数器的置位电路的要求形成控制信号；控制信号输出脚还同时连接信号发生器及计数器的置位电路，信号发生器还连接专用集成电路的总数据输出模式指示脚，计数器的置位电路分别连接专用集成电路的第一、第二、第三数据输出模式指示脚和计数器的置位端，信号发生器的输出端连接计数器的计数端与延时电路的输入端，计数端的输出端连接译码器的输入端，译码器的输出端连接所述三态门的片选端，延时电路的输出端连接所述编码电路的编码控制端。
所述的计数器是4位二进制计数器，所述的译码器是3-8译码器。
在所述总数据输出模式指示脚为“0”，所述第一、第二、第三数据输出模式指示脚分别为001、010、011、100、101时，所述控制信号输出脚上输出信号的倍频量分别为1、2、3、4、5；在所述总数据输出模式指示脚为“1”，所述第一、第二、第三数据输出模式指示脚分别为001、010、011、100、101时，所述控制信号输出脚上输出信号的倍频量分别为3、5、7、9、11。
所述的控制电路还包括有一块倍频电路，倍频电路的输出频率是所述信号发生器的基准频率。
所述的专用集成电路的地址数据脚设置有12个，分别连接所述的编码电路和所述的解码电路。
所述的计数电路包括5个独立的二进制12位计数器，所述的三态门电路包括5个12位输入、输出的三态门，5个独立的二进制12位计数器分别与5个12位输入、输出的三态门对应连接，每一个二进制12位计数器的计数输入端连接一个计数输入脚，每一个二进制12位计数器的溢出位端连接一个溢出位脚。
所述的专用集成电路还包括有串行码输入频率控制脚、串行码输出频率控制脚和串行码输入/输出频率控制脚，串行码输入频率控制脚连接所述的解码电路和连接第一外接电阻，串行码输出频率控制脚连接所述的编码电路和连接第二外接电阻，串行码输入/输出频率控制脚连接所述的解码电路、所述的编码电路及所述第一、第二外接电阻的公共端。
所述的电源脚包括专对所述的计数电路供电的第一电源脚和对除计数电路以外的电路供电的第二电源脚。
本发明的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，包括有三态门电路、二进制12位计数电路、编码电路、解码电路和一些相关的控制及时序电路，到目前为止，含有上述功能电路的商用化集成芯片还不可见。本发明的专用集成电路，所设计的12位控制输出的三态门电路、二进制12位带溢出位并能受控及负沿触发的计数电路、将12位地址及数据位的并行数据转换成为串行数据的编/解码电路等，共集成了18片逻辑功能器件，可替代用户终端器中的计数器及地址设置电路等，并且强化了原有的功能，如将原有的每次只能传送4位数据改为目前的可一次传送12位数据，使传送速度提高3倍以上，且可靠性大大增加，同时也使用户终端器产品的体积及成本大幅度减小。该专用集成电路的实施，使用户终端器的制作变得简单且使产品质量有了技术保证，必将有利于电、水、气表自动数据采集系统的推广与使用。
下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明专用集成芯片的逻辑结构图。
图2是本发明专用集成芯片的一种使用电路图。
参见图1，本发明的专用集成芯片是一个36脚的集成模块。包括地址数据端A0～A11，计数输入端CP1～CP5(负沿触发)，与CP1～CP5的计数器对应的计数溢出位端Q1～Q4(低电平有效)，计数器专用电源端VDD，串行数据输入端DIN，串行数据输出端DOUT，串行码输入频率控制端ISC，串行码输出频率控制端OSC，串行码输入/输出频率公共控制端SC，地址吻合指示信号的波形宽度控制端TER、TEC，总数据输出模式指示端T，第一、第二、第三数据输出模式指示端(倍频指示端)T1～T3，控制信号(倍频)输出端F，和电源、地端VCC、GND。
本发明的专用集成芯片内集成有19块集成器件，包括5块二进制12位计数电路J1～J5，5块三态门电路T1～T5，1块编码电路BM，1块解码电路JM，1块延时电路YS，一块译码器YMQ，1块4位二进制计数电路JS，1块信号整形电路ZX，1块计数置位电路JSZW、1块信号发生器XHFS和一块倍频电路BP。
地址数据端A0～A11并行连接编码电路BM的输入端与解码电路JM的输入端，通过外接电阻、开关置入用户地址编号，当来自中心站主机的用户地址编号数据以相同的频率从串行数据输入端DIN输入后，经解码电路JM解码并与A0～A11的地址数据进行比较，两者不相同时，由解码电路JM至信号整形电路ZX间的信号没有反应，当两者相同一致时，由解码电路JM至信号整形电路ZX间的信号跳为高电平。
计数输入脚CP1～CP5分别连接5块二进制12位计数电路J1～J5的计数输入端，其输入电平的常态为5V～9V，计数电平为0V，5块二进制12位计数电路J1～J5的各12个输出端分别连接5块三态门电路T1～T5的各12个输入端，即5块三态门电路T1～T5构成了5块二进制12位计数电路J1～J5输出至数据总线间的三态门电路。计数输入端CP1～CP5可用于对5个计数点进行计数记录，如与水表、电表、气表(或计数量程档)中的将反映耗电、耗水、耗气量的计数机构的机械位移转换为电信号的各类传感器直接连接，如光电耦合器、霍尔器件等。计数溢出位端Q1～Q4分别对应4个计数器J ～J4的溢出位，其输出电平应为0V～5V，可通过Q端与CP端的串接来扩大计数量程。VDD接入专为5块二进制12位计数电路J1～J5的供电，因而只对计数部分起作用。5块三态门电路T1～T5的片选端分别连接译码器YMQ的输出端，可由译码器YMQ控制发送各计数器记录的各计数点数据。
串行码输入频率控制端ISC与串行码输入/输出频率公共控制端S C分别与解码电路JM的输入端连接，串行码输出频率控制端OSC与编码电路BM的输入端连接，ISC端与OSC端分别外接电阻R1、R0，SC端则连接电阻R1、R0的公共端，调节R1、R0的阻值，分别用于调整串行码即地址码数据的输入频率(来自中心站主机)及串行码即地址数据、计数数据的输出频率(向中心站主机发送)。
地址吻合指示的波形宽度控制端TER、TEC连接信号整形电路ZX，TER、TEC分别外接电阻、电容，外接电阻、电容的公共端则接地，调节外接电阻、电容，将外接电阻、电容所产生的振荡信号按计数置位电路JSZW的要求形成可输出的控制信号F，可控制ZX输出即控制信号(倍频)输出端F脚的输出波形宽度(对波形和占空比进行整形)，控制信号F也即是芯片一次数据输出时所使用的脉冲的宽度，当来自中心站主机的用户地址编号数据与A0～A11的地址数据，经解码电路JM比较一致后，解码电路JM输出高电平，可触发信号整形电路ZX，同时触发信号发生器XHFS和计数置位电路JSZW。由外接电阻经OSC和SC形成倍频电路BP的振荡频率，是XHFS的基准频率。
总数据输出模式指示端T与第一、第二、第三数据输出模式指示端(倍频)指示端T1～T3结合，控制数据的输出模式，该数据输出模式是地址每吻合一次即自动输出全部计数数据；地址每吻合一次即输出一组数据。如当T＝1时，每接收一次来自中心站主机的地址数据并与本地址比较一致后，只控制输出一个计数点的一组数据，可依次将各计数点的计数数据输出完毕；当T＝0时，每接收一次来自中心站主机的地址数据并与本地址比较一致后，自动地依次控制输出全部计数点的计数数据，直至完毕。在T＝1时，T1～T3结合构成F的倍频量，当倍频量达到所设定的时间时，计数置位电路JSZW产生一信号，对4位二进制计数电路JS清零和启动延时电路YS，4位二进制计数电路JS清零可对数据计数点(J1～J5)重新置位，此时的信号发生器XHFS只是一个F的信号通道。在T＝0时，T1～T3结合形成的是依次输出多少计数点的数据(J1～J5)，此时的信号发生器XHFS是一个按F(由TER、TEC外接电容、电阻控制F的波形与占空比)产生振荡的信号发生器，并由T1～T3控制其振荡次数。T与T1～T3的真值表如下
来自中心站主机的地址数据经DIN端输入本芯片后，解码电路JM对此串行的地址数据进行解码并与芯片地址端A0～A11上设置的地址编码进行比较，比较不相同时，本芯片不予理睬，比较相同时，解码电路JM输出确认选定信号至信号整形电路ZX，然后控制本芯片将计数数据发送出去，编码电路BM在延时电路YS输出信号的控制下(延时的作用是使串行数据与芯片外部的载波电路同步)，将计数数据及本芯片的地址数据一同编为串行码由DOUT端发送出去。发送时，当解码电路JM输出确认选定信号并经信号整形电路ZX整形输出后，连接至信号发生器XHFS和计数置位电路JSZW，信号发生器XHFS和计数置位电路JSZW在T及T1～T3的控制下，形成对4位二进制计数电路JS的计数脉冲，4位二进制计数电路JS的输出被送至译码器YMQ，形成三态门电路T1～T5的片选信号，从而确定了计数点输出数据的指向。
参见图2，将本发明的集成芯片组装在电、水、气表自动数据采集系统的用户终端器中时，其外围部分包括传感器部分21，提供与芯片的计数输入端CP1～CP5间的连接、与计数溢出位端Q1～Q4间的连接和与三表计数机构中位移传感器的连接，如直接与光、电管及霍尔器件相连接，但，为使其具有防止输入信号电平时的抖动能力，最好采用触发器接入；数据输入/输出部分22，提供与芯片的串行输入/输出端DIN、DOUT间的连接、与芯片倍频输出端F间的连接和与调制解调器(MODRE)间的连接，用于对后续半双工电路进行控制和利用电力传输线传送数据；芯片的地址编码设置部分23，A0～A11分别连接拨位开关及上拉电阻，用于设定本芯片的地址；数据输入/输出频率的设置部分24，TSC、OSC、SC端连接电阻R0、R1，用于设定数据输入/输出的频率；芯片的控制信号设置部分25，通过调节芯片TER、TEC端上的电阻、电容，改变芯片内信号整形电路ZX输出波形、占空比；功能设置部分26，对芯片的输出模式指示端T及倍频指示端T1～T3分别置“0”或置“1”，以改变芯片输出数据的模式。
本发明的专用集成芯片是根据实际需要及用途而设计的，相当于VD5028、LJ9384、VD5026的器件合成，由于采用地址码回送及同时传送12位计数数据的方式工作，一次传送24位数据，高于原器件的12位数据，因此而同时修改了VD5028与VD5026。此外，本专用集成芯片的计数电路还采用了上电自动复位模式。
权利要求
1.一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，包括有连接内部电路电源端及地端的电源脚与地脚，其特征在于还包括计数电路，用于对计数点进行数据记录，计数电路的计数输入端连接专用集成电路的计数输入脚，计数电路的溢出位端连接专用集成电路的计数溢出位脚；三态门电路，用于将计数电路输出连接至数据总线上；编码电路，用于将来自数据总线的并行计数数据和将来自芯片地址数据端的并行地址数据按序列编成串行数据输出，编码电路的串行数据输出端连接专用集成电路的串行数据输出脚，芯片地址数据端连接专用集成电路的地址数据脚；解码电路，将专用集成电路串行数据地址输入脚输入的地址数据按序列编成并行数据，并与来自芯片地址数据端的并行地址数据进行比较，输出比较结果信号；控制电路，用于对解码电路输出的比较结果信号作出响应、控制三态门电路输出计数数据及控制编码电路进行并/串变换后输出。
2.根据权利要求1所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于所述的控制电路包括信号整形电路、用于产生控制本芯片信号源的信号发生器、按电路要求产生控制信号的计数器的置位电路、按信号发生器及计数器的置位电路的要求进行计数的计数器、译码器和延时电路；信号整形电路分别连接所述解码电路的比较结果信号输出端、专用集成电路的外接电阻、电容脚及控制信号输出脚，将外接电阻、电容所产生的振荡信号按计数器的置位电路的要求形成控制信号；控制信号输出脚还同时连接信号发生器及计数器的置位电路，信号发生器还连接专用集成电路的总数据输出模式指示脚，计数器的置位电路分别连接专用集成电路的第一、第二、第三数据输出模式指示脚和计数器的置位端，信号发生器的输出端连接计数器的计数端与延时电路的输入端，计数端的输出端连接译码器的输入端，译码器的输出端连接所述三态门的片选端，延时电路的输出端连接所述编码电路的编码控制端。
3.根据权利要求2所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于所述的计数器是4位二进制计数器，所述的译码器是3-8译码器。
4.根据权利要求2所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于在所述总数据输出模式指示脚为“0”，所述第一、第二、第三数据输出模式指示脚分别为001、010、011、100、101时，所述控制信号输出脚上输出信号的倍频量分别为1、2、3、4、5；在所述总数据输出模式指示脚为“1”，所述第一、第二、第三数据输出模式指示脚分别为001、010、011、100、101时，所述控制信号输出脚上输出信号的倍频量分别为3、5、7、9、11。
5.根据权利要求2所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于所述的控制电路还包括有一块倍频电路，倍频电路的输出频率是所述信号发生器的基准频率。
6.根据权利要求1所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于所述的专用集成电路的地址数据脚设置有12个，分别连接所述的编码电路和所述的解码电路。
7.根据权利要求1所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于所述的计数电路包括5个独立的二进制12位计数器，所述的三态门电路包括5个12位输入、输出的三态门，5个独立的二进制12位计数器分别与5个12位输入、输出的三态门对应连接，每一个二进制12位计数器的计数输入端连接一个计数输入脚，每一个二进制12位计数器的溢出位端连接一个溢出位脚。
8.根据权利要求1所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于所述的专用集成电路还包括有串行码输入频率控制脚、串行码输出频率控制脚和串行码输入/输出频率控制脚，串行码输入频率控制脚连接所述的解码电路和连接第一外接电阻，串行码输出频率控制脚连接所述的编码电路和连接第二外接电阻，串行码输入/输出频率控制脚连接所述的解码电路、所述的编码电路及所述第一、第二外接电阻的公共端。
9.根据权利要求1所述的一种电、水、气表自动数据采集系统的专用集成电路，其特征在于所述的电源脚包括专对所述的计数电路供电的第一电源脚和对除计数电路以外的电路供电的第二电源脚。
全文摘要
本发明涉及一种电、水、气表自动数据采集系统的专用计数集成电路包括:对多个计数点进行数据记录的计数电路;将计数电路输出连接至数据总线的三态门电路;将数据总线的并行计数数据和芯片的并行地址数据编成串行数据输出的编码电路;将串行地址数据编成并行数据,并与芯片的并行地址数据进行比较的解码电路;和根据解码电路的比较信号、在比较一致时控制三态门电路输出各计数点的计数数据及控制编码电路进行并/串变换后输出的控制电路。
文档编号H01L27/00GK1373346SQ0110429
公开日2002年10月9日 申请日期2001年3月5日 优先权日2001年3月5日
发明者刘杰 申请人:刘杰