GC系列芯片 | 伺服单元 | 集抄系统 | 配电运行综合测控仪    

   
GC系列芯片-简介及命名规则
  
     
   

　　GC系列专用IC是苏州银河龙芯开发的一组集成了单相多功能电表多种常用功能和模块的芯片系列，分为GC0201至GC0209。芯片尾数为1、4、7的是LCD显示型,芯片尾数为2、5、8的是LED显示型，芯片尾数为3、6、9的是VFD显示型。本系列芯片的设置信息和工作镜像信息被保存在外挂的FRAM上，这样做在产品维护时有极大的优势，当电表损坏时，取出外挂FRAM，放入新的电子模块中，新电表将保留老电表的全部功能和历史数据继续运行（只需重校时钟）。本芯片系列首次使用总线外挂功能模块技术来实现电表多功能芯片的方案，彻底解决了单片机死机而造成电表丢损电量、时间错误的难题，从而实现了"永不死机"（芯片内除通讯、显示模块外，无可以死机的电路）。本芯片系列采用了高速总线，可以直接接入400Kbps速率的FRAM作为不挥发记忆和镜象，FRAM有着1012次的读写寿命，从而可以实时保存任何数据而无需作断电保护，使得本芯片制成的电表无需掉电保护和可制成长寿命电子式电表。
　　使用本芯片系列可大大降低各种多功能电表的成本,一般可降低30至80元器件成本和近10元生产成本。大大减少电表元器件的数量，缩小电表体积，增加产品的可靠性。由于芯片系列主体由ASIC组成，其抗干扰能力远高于单片机产品。
 
GC系列芯片介绍
  

 

GC0201


　　GC0201是由集成了多种单相表功能的ASIC芯片构成。芯片用ASIC电路制成多个模块，挂在芯片内部的仪表总线上，自动完成含13天节假日、周休、每日8个时段、两个时区、正反各四种费率、倒正双向的电量复费率计度；芯片可预设脉冲常数、支持三种模式的电量脉冲输入、能对输入脉冲进行预分频和宽度处理并实时输出测量脉冲、平、谷电量脉冲、计度倒正状态（驱动双字轮自车显示）、秒脉冲；芯片自动记录输入的所有脉冲个数、反向运转累计总时间、最末一次反向运转的起始时间、15分钟周期滑差为1分钟的最大需量及发生时间、电表断电累计时间、断电次数、最后一次断电与来电时间、对芯片的编程总次数和最后一次编程时间、电池工作时间；芯片按预设自动抄表日时每月自动抄表并自动记录14个月（本月及以前）的总、峰、平、谷电量、每个整点时刻记录整点电量、每次时区转换时自动记录时区转换时刻电量。芯片按预设时间执行冻结操作（正总、尖、峰、平、谷、反向电量、预付费时的剩余电量或金额），事后可读出；芯片自动检测电池欠压并驱动显示。
　　芯片可设置四组修正参数每步修正外晶体时钟误差±0.263671875秒/天, 最大调整范围为±33.486328125秒/天。芯片有非常强大的预付费功能可实现多种单费率/复费率预付费及金额(或电度)为零跳闸。当剩余电量或金额小于报警值和为负时，芯片可控制LCD背光常亮或持续蜂呜警告。芯片可选远程控制或预付费控制跳/合闸，跳/合闸输出信号可选择磁保持继电器(或机械自锁继电器)和普通继电器方式(含高低压驱动)两种。
　　芯片内有由工业级8051 CPU和外围电路组成的显示与通讯模块挂在片内仪表总线上，无需用户编程即可完成下述功能： a) 显示：4个COM，17 个Segment的LCD驱动（GC0201）、7个"8"、14个"."的LED或VFD驱动（GC0202或GC0203）, 芯片可以通过按键、红外通信、自动定时触发轮显各种参数，轮显可选择15种参数，轮显参数、参数顺序、点亮时间、关闭时间均可预先设定、常显的变量也可以设定为8种参数之一，计量单位显示可以选定"KWh"或"元"。b) 通讯：模块设有互锁的UART串口两个, 一个带有38KHz的调制发射/接收电路,可直接接入红外发射管/接收模块用于红外收发。另外一个UART串口带有收/发控制输出以用于其它异步口通讯。两个UART口波特率可选300~9600,可使用645标准规约、645标准扩展指令（多种功能）、上海、北京、江苏、湖北、辽宁、安徽单相复费率表通讯规约进行参数的设定及各种电量抄收。有接收指令信息正确应答，可用于驱动背光显示、蜂鸣电路。通讯设有两组密码，所有参数的设定和修改均需3Byte密码核对,密码超过7次错自动锁死；芯片设有"编程允许/禁止"选择线。当选择"编程禁止"时，除能在大于设定的校时时间间隔后进行小偏差(正负五分钟内)较时外，不接受(既使密码核对正确)任何写操作指令。
　　芯片工作温度范围为-40~85℃并按工业级抗干扰标准设计，外电断电时芯片仅有RTC工作, 此时芯片电流为3μA,在有外电时, 芯片耗电在10mA，用本芯片制成的电表，电池耗电和外电消耗均大大小于常规方案。
　　GC0201/02/03芯片不含电量计量模块，但己满足北京、上海、江苏、湖北、辽宁等多个地区对单相多功能（复费率）电表的基本要求。绝大多数情况下,只要使用GC0201/02/03和一片计量芯片或机电表头，再加上少许分离元件和电源电路，即可构成一台满足国内大多数供电局要求单相多功能电表。改变芯片的相关设置（保存在外挂的FRAM中），即能实现目前国内所需的单相多功能电表的绝大多数功能。

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  GC0202

 　　

GC0202芯片在功能上与GC0201完全相同，只是在显示方式上有所区别：GC0201是采用17 个Segment的LCD驱动，而GC0202是采用7个"8"、14个"."的LED驱动，GC0202功能上的详细介绍可参考GC0201。

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  GC0203

 　　

GC0203芯片在功能上与GC0201/02完全相同，只是在显示方式上有所区别：GC0201是采用17 个Segment的LCD驱动，GC0202是采用7个"8"、14个"."的LED驱动，GC0203采用7个"8"、14个"."的VFD驱动，因此GC0203功能上的详细介绍完全可以参考GC0201。


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  GC0204

 　　

GC0204是由GC0201再加上一个工业级8051 CPU核、1.5K Flash ROM、128 Byte RAM、128 Byte E2PROM 、2通道8 Bit A/D、12 Bit 自动重装定时器等组成。在需要采集电流、电压、功率、功率因数、频率等更多参数的电表或各种卡式电表、特殊通讯规约的电表,可使用GC0204进行少许编程, 即能达到用户要求,从而实现二片IC的满足多种要求的单相多功能电表。

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  GC0205

 　　

GC0205是由GC0202再加上一个工业级8051 CPU核、1.5K Flash ROM、128 Byte RAM、128 Byte E2PROM 、2通道8 Bit A/D、12 Bit 自动重装定时器等组成。在需要采集电流、电压、功率、功率因数、频率等更多参数的电表或各种卡式电表、特殊通讯规约的电表,可使用GC0205进行少许编程, 即能达到用户要求,从而实现二片IC的满足多种要求的单相多功能电表。

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  GC0206

 　

　GC0206是由GC0203再加上一个工业级8051 CPU核、1.5K Flash ROM、128 Byte RAM、128 Byte E2PROM 、2通道8 Bit A/D、12 Bit 自动重装定时器等组成。在需要采集电流、电压、功率、功率因数、频率等更多参数的电表或各种卡式电表、特殊通讯规约的电表,可使用GC0206进行少许编程, 即能达到用户要求,从而实现二片IC的满足多种要求的单相多功能电表。

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  GC0207

 　

　GC0207A是由GC0201在片内总线上加挂一个美国Cirrus Logic公司提供的计量模块组成；GC0207B是由GC0201在片内总线上加挂一个美国ADI公司提供的计量模块组成；这几种芯片用户可方便的构成单芯片（外挂FRAM）单相多功能电表。

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  GC0208

 　

　GC0208A是由GC0202在片内总线上加挂一个美国Cirrus Logic公司提供的计量模块组成；GC0208B是由GC0202在片内总线上加挂一个美国ADI公司提供的计量模块组成；这几种芯片用户可方便的构成单芯片（外挂FRAM）单相多功能电表。

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  GC0209

 　　

GC0209A是由GC0203在片内总线上加挂一个美国Cirrus Logic公司提供的计量模块组成；GC0209B是由GC0203在片内总线上加挂一个美国ADI公司提供的计量模块组成；这几种芯片用户可方便的构成单芯片（外挂FRAM）单相多功能电表。

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基于GC系列芯片的电能表应用方案
  

  ▓ 创新点论述
　　在我国电力行业中，国外公司由于无法掌握国内众多供电部门对单相多功能电表的需求，因此无一家公司开发和提供类似GC系列芯片这样集成度高和功能强大的芯片，国内也有几家公司开发类似GC系列芯片的电表专用芯片。但其设计方案都将原来传统的单相多功能电表制作方案（单片机+时钟电路+计量电路+脉冲输入接口电路+通讯接口电路+显示驱动电路）搬到芯片里，提高集成度，未对原来的电表设计与制作方案作出任何修改，仅是将几个芯片搬在一块芯片中，并未解决传统制作方案电表中出现的无法解决的多种问题。因此，我们认为仅是一种改进方案，对电表制造和使用者而上言，意义并不是很大。
　　·　传统单相多功能电表制作方案有如下无法解决的多种问题：
　　以单片机为中心的电路构成的电表，一旦由于干扰或其它原因造成单片机死机，则电表将不能完成计量功能而使供电部门丢使电量或不能正确计量收费。
　　由于成本限制，一般均只使用八位单片机，不挥发存贮器只能选择E2PROM，不能联接高速的FRAM（铁电存贮器），而E2PROM的写入次数最多为30万次，不能每个电量脉冲实时保存（一般存在SRAM中），因而必须进行掉电保存工作。而掉电保存工作将会出现两大问题：保存出错丢失数据和需要大电容保存电能用于掉电写入工作。
　　由于需要大电容保存电能用于掉电写入工作，而目前成本上可接受的大电容为电解电容，而使用了大量的电解电容的电子产品将只有几年的寿命，而我国急需的长寿命电子电表却无法实现。
　　按传统制作方案，一只新电表的出世需要如下过程：了解需求、制定方案、搭接硬件电路、单片机编程、仿真调试、功能检测、抗干扰高低温高低压等常规检测、检定部门检测、挂表试验、小批量试生产等环节，一般需要一年以上时间。其中单片机编程调试、挂表试验需要时间最长，每种都需要三个月以上。
　　由于单片机CPU是分时工作，多个中断过程可能同时发生，加上单片机RAM资源有限，往往需要一个单元多处使用，从而出现更改了某处错误而无意中造成新的错误，单片机制成的产品因设计人员水平而异，没有软件错误的不易见到。其原因是软件技术己发展高的水平，而传统制作方案仍在使用二十年前的汇编语言的原因。
　　·　本项目创新点：
　　本项目除将多个单相多功能电表需用电路集成在一块芯片上外，用新的方案、技术和材料成功的解决了传统制作方案的多种问题，从而形成了下述创新点：
　　首次采用片内仪表总线（地址、数据、控制、外挂四类总线）将多功能电能表所需的几乎全部功能模块联接，不再使用联接外围电路的传统方案。项目产品在芯片内部功能实现上大量采用可增添模块和数据库技术，从而使得电表开发者无需二次编程，只需使用通俗的操作界面输入至本公司的专用软件后，即可自动生成专用设置代码，将其输入本芯片附带的FRAM芯片就可实现用户所需功能。专用软件还会自动输出实用的外围电路图和参考印制板图，用户即可立即制作样机，样机测试合格后，立即可以投入批量生产。从而无需传统的单片机编程和大量试验，一只新需求多功能电能表的设计周期将由半年缩短至一周。
　　由于本芯片主要由高速数字电路组成，从而在电表芯片中首次采用"加速" 的概念：即充许用户在电表制成后，提高时钟频率和电量脉冲频率，在几十分之一的时间内真实的完成电表的所有功能，从而最短时间内（原来需几个月甚至一年）发现设计或生产错误，大大缩短试验周期。
　　由于产品采用片内仪表总线的方案，各功能模块又由数字逻辑电路组成（显示和通讯模块除外），因此再无"死机"之忧，在糟的情况下，最多通讯和显示不正常，不会影响电表的计量和其它功能的工作。
　　本项目产品采用了高速总线，可以直接接入400Kbps速率的FRAM作为不挥发记忆和镜象，FRAM有着1012次的读写寿命，从而可以实时保存任何数据而无需作断电保护，使得本芯片制成的电表无掉电保护故障和可制成长寿命电子式电表。
　　本芯片使用特殊方法，可对外晶体每步修正外晶体时钟误差±0.263671875秒/天， 最大调整范围为± 33.486328125秒/天。芯片可设置四组修正参数，用户可每年分四季设定调校系数。这样，用户使用较低成本的晶体也可以达到每天≤0.5S的时钟精度。按四季设定调校值可使时钟的温度飘移大幅度减少，一般晶体也可达到DL/T614标准中的0.1Ss(℃.d)要求。
　　本芯片首次在单相多功能电表芯片中提供了8种固化了的电表通讯规约，用户可直接使用而无需编程。
　　采用本芯片首次实现"单芯片多功能电能表"，使得单相多功能电表制造成本大大下降，据我们测算，与现行单片机加多芯片方案相比，每只电表器材及生成本将下降30元至80元，而且将大大减小体积，提高电能表可靠性和使用寿命，减化电能表生产过程和所需的条件，将大大提高国内电能表的产品质量。
　　经南京理工大学信息中心资料检索查询表明：苏州银河龙芯公司开发的"GC系列多功能电能表专用集成电路，采用单芯片完成多功能电能表的全部功能，在国内检索文献中未见报道。


 
 
  ▓ GC系列芯片应用的案例：
   
 

成功案例(一)





成功案例（二）
 

 


 
芯片设置程序
  
 

GC烧心王（在线版）：
　　通过本程序您可以在线设置GC02系列芯片的参数，并下载符合FM24C04格式的二进制文件。使用我们专用的编程器或能够对FM24C04芯片进行编程的编程器把文件烧入芯片中去，只要通过点击鼠标，您就可以轻松地完成一种全新功能电表的设计。

厂方用编程手册下载