基于單片機(jī)的智能電表的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　基于單片機(jī)的智能電表設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平不斷地提高，傳統(tǒng)的電網(wǎng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求?，F(xiàn)在智能電網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展，作為智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，智能電表也得到很大發(fā)展。在不久的將來(lái)，智能電表必將在全國(guó)范圍內(nèi)安裝。所以智能電表技術(shù)的研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。<

2、/p><p>　　傳統(tǒng)電表只能顯示總體用電量，而且需要人工抄表，浪費(fèi)了大量的人力物力。智能電表的研究主要為了實(shí)現(xiàn)供需雙方的實(shí)時(shí)通信，供方可以根據(jù)需求負(fù)荷調(diào)節(jié)電價(jià)，需方可以根據(jù)電價(jià)調(diào)節(jié)用電量。最終達(dá)到削峰填谷，節(jié)約用電的效果。本文針對(duì)電表現(xiàn)狀，提出了基于單片機(jī)的智能電表的總體設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　本文主要完成以下工作：提出了智能電表總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集電路，運(yùn)用Protel D

3、XP軟件繪制了原理圖及生成了PCB板，焊制了數(shù)據(jù)采集電路板，運(yùn)用Keil uVision2編寫了程序。經(jīng)過(guò)調(diào)試，電路板能較準(zhǔn)確地顯示輸入的電壓、電流的有效值，他們的功率因數(shù)角以及實(shí)時(shí)功率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能電表，數(shù)據(jù)采集電路，PCB板，程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With

4、the rapid development of economy, people life level continuously improve, the traditional power grid already cannot satisfy the demand of modern society. Now, smart grid technology to flourish, as an important component

5、of smart grid, smart meters also get great development. In the near future, smart meters will be installed on a national scale. So the smart meter technology research is of great practical significance.</p><p&

6、gt;　　Traditional meters can only show the overall power consumption, but also need artificial meter reading, wasted a lot of manpower material resources. Smart meters research mainly in order to realize the real-time com

7、munication of supply and demand, the supplier can adjust the price according to demand load, the buyer can be regulated according to electricity power consumption. Ultimately reached peak cut and save electricity effect.

8、 The meter at present, and puts forward the overall design scheme</p><p>　　This paper mainly completed the following work: proposed the overall design scheme of smart meter data acquisition circuit was desig

9、ned, using Protel DXP software to draw the schematic diagram and generated the PCB, welded the data acquisition circuit, using the Keil uVision2. Write the program. After debugging, the circuit board can accurately show

10、the input of the effective value of voltage, current, power factor Angle and power in real time</p><p><b>　　.</b></p><p>　　Keywords: data acquisition circuit, PCB board, the program

11、 design</p><p><b>　　目錄 </b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　前言1&l

12、t;/b></p><p>　　1 智能電表的概述2</p><p>　　1.1 智能電表的定義2</p><p>　　1.2 智能電表的結(jié)構(gòu)分類2</p><p>　　1.3 智能電表的工作原理3</p><p>　　2 智能電能表的設(shè)計(jì)方法5</p><p>　　2.1 智能

13、電能表的硬件組成5</p><p>　　2.1.1 微處理器或微控制器6</p><p>　　2.1.2 傳感器6</p><p>　　2.1.3 信號(hào)調(diào)理6</p><p>　　2.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器6</p><p>　　2.1.5 D/A轉(zhuǎn)換器7</p><p>　　2.

14、1.6 智能電能表的通信接口7</p><p>　　2.2 智能電能表的軟件設(shè)計(jì)方法8</p><p>　　2.3 智能電能表的抗干擾方法10</p><p>　　3 智能電能表的硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 電能表概述11</p><p>　　3.2 電能表的總體方案設(shè)計(jì)11</p>

15、;<p>　　3.3 電能表的控制芯片AT89C5113</p><p>　　3.3.1單片微控制器、微處理器13</p><p>　　3.3.2 AT89C51各主要引腳功能：14</p><p>　　3.4 電能計(jì)量芯片15</p><p>　　3.4.1 CS5460A的性能16</p>&l

16、t;p>　　3.4.2 CS5460A管腳說(shuō)明16</p><p>　　3.4.3 CS5460A外圍電路及供電電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.4.4 微控制器AT89C51與CS5460A的接口18</p><p>　　3.4.5 電源模塊19</p><p>　　3.4.6 電壓電流采樣模塊20</p>

17、;<p>　　3.5 顯示模塊20</p><p>　　3.5.1 八段數(shù)碼管顯示器21</p><p>　　3.5.2 數(shù)碼管與AT89C51的接口22</p><p>　　3.6 按鍵組功能及與AT89C51總線口的連接22</p><p>　　3.7 SPI接口型EEPROM與AT89C51的接口23</

18、p><p>　　3.7.1 X5045管腳分布23</p><p>　　3.7.2 X5045功能描述24</p><p>　　3.7.3 X5045硬件連接25</p><p>　　3.8 時(shí)鐘模塊26</p><p>　　3.8.1 DS13O2的引腳分布見(jiàn)圖3.10。26</p>&l

19、t;p>　　3.8.2 DS1302與AT89C51的硬件連接26</p><p>　　3.9 通斷電控制電路27</p><p>　　4 電能表的軟件設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.1 電能表的軟件實(shí)現(xiàn)29</p><p>　　4.1.1 CS5460A與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)方法29</p><p&

20、gt;　　4.1.2 對(duì)日歷/時(shí)鐘DS1302的讀寫操作的軟件實(shí)現(xiàn)33</p><p>　　4.1.3 在電能表中對(duì)串行EEPROM的讀寫33</p><p>　　4.1.4 矩陣鍵盤鍵功能處理程序36</p><p>　　4.1.5 八段數(shù)碼管在電能表中顯示功能實(shí)現(xiàn)37</p><p>　　4.1.6 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序38</

21、p><p><b>　　總結(jié)40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　智能電表已經(jīng)開(kāi)始慢慢取代傳統(tǒng)的

22、電表進(jìn)行正式使用。智能電表最初的安裝目的是提升遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)等業(yè)務(wù)的效率。有了智能電表，每戶的電力需求可以詳細(xì)把握，并可以根據(jù)需要只啟動(dòng)必要數(shù)量的發(fā)電與配電設(shè)備。雖然智能電表和智能開(kāi)關(guān)需要成本和安裝費(fèi)用，但是可以控制對(duì)發(fā)電與配電設(shè)備的投資。此外，近年來(lái)智能電表控制高峰需求期電力消費(fèi)量的效果也越來(lái)越明顯。電力公司利用智能電表向用戶發(fā)送電力相關(guān)信息，從而根據(jù)需求響應(yīng)減少電力消費(fèi)量。同時(shí)智能開(kāi)關(guān)也給居民們的生活帶去了極大的方便。</

23、p><p>　　作為智能電網(wǎng)中最為基礎(chǔ)的設(shè)備之一，智能電表本身的節(jié)能技術(shù)也在不斷受到關(guān)注。因?yàn)橹悄茈姳硇枰褂脤Ｓ玫碾姵?，如果智能電表很耗電，電池的壽命就?huì)縮短，表內(nèi)電池電量不足還會(huì)影響計(jì)量和用戶用電。</p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各地對(duì)于電能需求量也隨之急劇增加，電力已經(jīng)成為國(guó)家最重要的能源。但是，當(dāng)前居民用電的管理過(guò)于落后，一直采用的先用表后抄表再付費(fèi)的傳統(tǒng)作業(yè)模式。但是這

24、種管理方式，給居民和管理人員帶來(lái)諸多不便，而且還存在著一些弊端。為了適應(yīng)社會(huì)的需求，保證用戶安全，方便，合理的用電，對(duì)傳統(tǒng)的電表和用電模式進(jìn)行改造。使之符合社會(huì)的發(fā)展需要，所以我選擇了基于單片機(jī)的智能電能表的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1 智能電表的概述</b></p><p>　　1.1 智能電表的定義</p><p>　　所謂智能電

25、表，就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)等，形成以智能芯片(如CPU)為核心，具有電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、記費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表。智能電表通過(guò)用戶交費(fèi)對(duì)智能IC卡充值并輸入電表中，電表才能供電，表中電量用完后自動(dòng)拉閘斷電，從而有效地解決上門抄表和收電費(fèi)難的問(wèn)題。并對(duì)用戶的購(gòu)電信息實(shí)行微機(jī)管理，方便進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、收費(fèi)及打印票據(jù)等。</p><p>　　1.2 智能電表的結(jié)構(gòu)分類</p><

26、p>　　目前，國(guó)內(nèi)智能電度表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體式和全電子式兩大類。機(jī)電一體式，即在原機(jī)械式電度表上附加一定的部件，使其既能完成所需功能，又能降低造價(jià)且易于安裝，一般而言其設(shè)計(jì)方案是在不破壞現(xiàn)行計(jì)量表原有物理結(jié)構(gòu)，不改變其國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感裝置變成在機(jī)械計(jì)度的同時(shí)亦有電脈沖輸出的智能電表，全電子式則從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件，與機(jī)電一體化電度表相比具有電表體

27、積減小，可靠性增加，更加精確，耗電量減少，并且生產(chǎn)工藝大大改善，不必只在原有意義上的專業(yè)電度表廠生產(chǎn)等優(yōu)越性，最終會(huì)取代帶有機(jī)械部件的計(jì)量表。</p><p>　　1、機(jī)電一體式的電度表</p><p>　　第一類機(jī)電結(jié)合的電度表，是在原有的機(jī)械表的基礎(chǔ)上，加裝電子式計(jì)數(shù)裝置和相應(yīng)的控制、通訊電路，或加上IC卡讀寫接口以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)和控制;其基本結(jié)構(gòu)是在原有機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤上打孔或涂(

28、貼)上能吸收光線的材料。這類電度表由于其計(jì)量原理沒(méi)有改動(dòng)，其計(jì)量精度和特性與機(jī)械表完全一樣，而成本相對(duì)較高，其優(yōu)勢(shì)在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機(jī)械電度表，且其計(jì)量原理為大眾所熟悉而容易接受。</p><p>　　另一類機(jī)電結(jié)合的電度表則是采用電子式計(jì)量電路在獲得數(shù)字式脈沖信號(hào)后，通過(guò)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)字碼轉(zhuǎn)輪得到電能計(jì)數(shù) 值，這種結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)潔可行的電子式電度表的方案，但遺憾的是其對(duì)計(jì)量電路的要求較高，即要求所有

29、的表都按一個(gè)固定的比例將電能值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)量的數(shù)字脈沖，才能按正確的速度驅(qū)動(dòng)微電機(jī)以轉(zhuǎn)動(dòng)字輪。這個(gè)比例就是所謂的電表常數(shù)(imp/kWh)，由于電路中所用的決定脈沖速度的定時(shí)元件大都是參數(shù)離散性較大的阻容元件，為了保證電度表的計(jì)量精度和產(chǎn)品的一致性，就必須在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)元件的篩選和對(duì)半成品的調(diào)校，也就是說(shuō)要增加相應(yīng)的人力物力的投入并要延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，從而使電度表的生產(chǎn)費(fèi)用和成本有所增加。另外這種結(jié)構(gòu)的電度表在數(shù)據(jù)收集和用戶繳費(fèi)方式上與

30、老式的機(jī)械表沒(méi)什么區(qū)別，應(yīng)屬淘汰產(chǎn)品。</p><p><b>　　2、全電子式電度表</b></p><p>　　當(dāng)前電子式電能表對(duì)用戶用電采樣方式主要有兩種形式。一種是用互感器采樣，另一種為直接采樣。采用互感器采樣即利用電壓互感器和電流互感器分別來(lái)采集用戶的電壓信號(hào)和電流信號(hào);直接采樣則是用熱穩(wěn)定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來(lái)取得電壓信號(hào)，而用電阻溫度系數(shù)非常小的錳銅片進(jìn)

31、行電流直接采樣。采用互感器采樣，在起動(dòng)電流、線性范圍、功耗和精度等指標(biāo)皆不如直接采樣，尤其是小電流時(shí)更為突出。 例如：額定電流為20A時(shí)，直接采樣的啟動(dòng)電流為20mA，互感器采樣的啟動(dòng)電流為40 mA。又如：采用專用的錳銅片進(jìn)行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調(diào)整到+0.5%，而采用電流互感器采樣，由于激磁電存在，若不采取補(bǔ)償措施，互感器本身誤 差就可能超過(guò)5%。利用互感器采樣的的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強(qiáng)，線路簡(jiǎn)單，成本低。</p>

32、;<p>　　1.3 智能電表的工作原理</p><p>　　用戶持IC卡到供電部門交款購(gòu)電，供電部門用售電管理機(jī)將購(gòu)電量寫入IC卡中，用戶持IC卡在感應(yīng)區(qū)刷非接觸式IC卡(簡(jiǎn)稱刷卡，下同)，即可合閘供電，供電后將卡拿走。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報(bào)警電量時(shí)，拉閘斷電報(bào)警(或蜂鳴器報(bào)警)，此時(shí)用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡即可恢復(fù)供電;當(dāng)剩余電量為零時(shí)，自動(dòng)拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費(fèi)購(gòu)電，才可以恢復(fù)用電。</p

33、><p>　　電子式智能電表，是在電子式電表的基礎(chǔ)上，近年來(lái)開(kāi)發(fā)面世的高科技產(chǎn)品，它的構(gòu)成、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別。而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成，其工作原理是先通過(guò)對(duì)用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，再采用專用的電能表集成電路，對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。</p><p>　　通

34、常我們把智能電表計(jì)量一度電時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器所發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)稱之為脈沖常數(shù)，對(duì)于智能電表來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)比較重要的常數(shù)，因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出脈沖數(shù)個(gè)的多少，將直接決定著該表計(jì)量的準(zhǔn)確度。目前智能電表大多都采用一戶一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原則，但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電表采用多戶共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，這樣對(duì)電能的計(jì)量只能采用分時(shí)排隊(duì)來(lái)進(jìn)行，勢(shì)必造成計(jì)量準(zhǔn)確度的下降，這點(diǎn)在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)該注意。</p><

35、p>　　2 智能電能表的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　2.1 智能電能表的硬件組成</p><p>　　智能電能表中均含有微處理器或微控制器，在微處理器或微控制器的外圍進(jìn)行設(shè)備的擴(kuò)展如程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、鍵盤、顯示器、報(bào)警裝置和通信口。作為一個(gè)完整的智能電能表還應(yīng)包括輸入通道和輸出通道。圖2.1表述了智能電能表的硬件結(jié)構(gòu)組成原理圖。</p><p&

36、gt;　　2.1 智能電能表硬件原理圖</p><p>　　智能電能表實(shí)際上是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是具有微處理器或微控制器的，并有標(biāo)準(zhǔn)總線接口的新型儀器。不同功能的智能電能表由不同部件組合而成。智能電能表的監(jiān)控程序固化在程序存貯器EPROM、ROM、EEPROM等中，被測(cè)參量通過(guò)傳感器將非電量變換成電量，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)槲⑻幚砥髂苤苯幼R(shí)別的數(shù)字信號(hào)。所采集的數(shù)據(jù)或從鍵盤上輸入的數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)一定的

37、算法運(yùn)算后的數(shù)據(jù)均暫存于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中。智能電能表的控制部分一般分兩種情況，一是微處理器接受鍵盤輸入的命令后，不需經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，直接由接口輸出控制信息和數(shù)據(jù)信息，去控制一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　　智能電能表硬件設(shè)計(jì)各功能環(huán)節(jié)如下:</p><p>　　2.1.1 微處理器或微控制器</p><p>　　微處理器和微控制器在智能電能表中都是智能電能表

38、的心臟，它們的結(jié)構(gòu)、特性對(duì)智能電能表的性能影響很大。微處理器也是一種通用器件，如果給予足夠的外部支持電路和處理時(shí)間，它幾乎可以完成任何任務(wù)，數(shù)據(jù)處理和控制是微處理器的兩個(gè)主要用途。根據(jù)智能電能表控制功能和測(cè)量功能的不同選用合適的單片機(jī)作為智能電能表的核心，從而提高智能電能表的整體性能。</p><p><b>　　2.1.2 傳感器</b></p><p>　　傳感器

39、是將外界輸入的被測(cè)量信號(hào)變換成電信號(hào)的元器件或裝置。它作為信息獲取的工具和手段，在測(cè)量控制型智能電能表中占據(jù)了極其重要的地位。傳感器能轉(zhuǎn)換信息存在的能量形式，通常是將其他能量形式轉(zhuǎn)換成電量形式，以便進(jìn)一步加工處理，傳感器的輸出往往總是電信號(hào)。這主要是電信號(hào)較容易地進(jìn)行放大、反饋、濾波、積分、微分、存儲(chǔ)及遠(yuǎn)距離傳送等操作。</p><p>　　2.1.3 信號(hào)調(diào)理</p><p>　　信號(hào)調(diào)

40、理裝置是通過(guò)電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)處理，一般包括放大、濾波、整形、檢波、信號(hào)轉(zhuǎn)換等功能環(huán)節(jié)。信號(hào)調(diào)理的目的是對(duì)傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行必要的處理以滿足信號(hào)處理后繼環(huán)節(jié)的需要，使其輸出信號(hào)適應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)的工作。信號(hào)調(diào)理可以改善信號(hào)質(zhì)量，還可以補(bǔ)償傳感器的非線性，提高信噪比，增強(qiáng)信號(hào)的環(huán)境抗干擾能力等。</p><p>　　2.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　微處理器能處理的信

41、號(hào)應(yīng)是數(shù)字信號(hào)，因此，在智能電能表的輸入通道中加入能把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的芯片即A/D轉(zhuǎn)換器。但并不是所有的輸入通道都要加入A/D轉(zhuǎn)換器，而是只有模擬量輸入通道，而且輸入微處理器的信號(hào)不是頻率量而是數(shù)字碼時(shí)，才用到A/D轉(zhuǎn)換器。使用A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)應(yīng)先根據(jù)輸入通道的總誤差，選擇A/D轉(zhuǎn)換器的精度及分辨率。根據(jù)信號(hào)對(duì)象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定A/D轉(zhuǎn)換速度，以保證智能電能表的實(shí)時(shí)性要求，對(duì)快速信號(hào)必須考慮采樣/保持電路。在選用A/D

42、時(shí)還應(yīng)考慮智能電能表所處的環(huán)境選擇A/D轉(zhuǎn)換器的環(huán)境參數(shù)。不同A/D轉(zhuǎn)換器有不同的輸出狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)計(jì)算機(jī)的接口特性選擇輸出狀態(tài)。</p><p>　　2.1.5 D/A轉(zhuǎn)換器</p><p>　　微處理器輸出的數(shù)字控制信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，將離散時(shí)刻輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成為離散模擬信號(hào)，為實(shí)現(xiàn)智能控制創(chuàng)造了必要條件。在D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)中主要考慮的問(wèn)題是D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇、數(shù)字量的碼輸入及

43、模擬量的極性輸出、參考電壓電流源、模擬電量輸出的調(diào)整與分配等。選擇D/A芯片時(shí)，主要考慮芯片的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性。在性能上必須滿足D/A轉(zhuǎn)換的技術(shù)要求:在結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性上應(yīng)滿足接口方便，外圍電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等要求。</p><p>　　2.1.6 智能電能表的通信接口</p><p>　　智能電能表一般都設(shè)置有通信接口，以便能夠?qū)崿F(xiàn)程控、方便地構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。目前國(guó)際上采用的智能電能

44、表的標(biāo)準(zhǔn)接口有GPIB，RS232等,本設(shè)計(jì)采用RS232接口。</p><p>　　1. RS-232C標(biāo)準(zhǔn)通信接口</p><p>　　RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)接口是目前最常用的串行通信總線接口，其邏輯電平是對(duì)地對(duì)稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規(guī)定為+5~+15V之間，邏輯1電平是-5V~-15v之間。因此，RS-232C驅(qū)動(dòng)器與TTL電路連接必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換芯

45、片有MC1488，75188(從TTL到RS-232C的電平轉(zhuǎn)換);MC1489，75189(從RS-232C到TTL的電平轉(zhuǎn)換)。還有MAXIM的MAXZOZ、MAX232等等。</p><p>　　在當(dāng)今的信息化時(shí)代，用于其他信息裝置的通信技術(shù)也同樣可用于嵌入式智能電能表。它主要有這樣一些通信技術(shù):</p><p><b>　　2. PCI總線</b></p

46、><p>　　PCI總線技術(shù)為CPU和板上外設(shè)之間提供方便的高速通信連接，工作頻率為33MHz(rev2.1支持66MHz)。PCI對(duì)于連接到它上面的器件是具有即插即用的高速總線。從理論上來(lái)說(shuō)，可以有多達(dá)256個(gè)PCI功能器件同時(shí)掛到一個(gè)PCI總線上。但由于總線負(fù)載問(wèn)題，同一個(gè)PCI總線上只能掛4到8個(gè)器件。價(jià)廉的PCI芯片組和廣泛應(yīng)用的PCI外設(shè)可以促使PCI總線成為嵌入式領(lǐng)域的事實(shí)上的總線標(biāo)準(zhǔn)。</p>

47、;<p><b>　　3. USB總線</b></p><p>　　通用串行總線(USB)是一種外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)。它為所有的USB外設(shè)提供一種通用的連接，其數(shù)據(jù)率為12Mbits/S。USB特別適合于需要高數(shù)據(jù)率和易于即插即用的應(yīng)用。需要保證帶寬和有限執(zhí)行時(shí)間的應(yīng)用包括PC電話和其他語(yǔ)音及視頻通信應(yīng)用。除了這些新的多媒體設(shè)備外，USB也用于傳統(tǒng)的I/O設(shè)備。</p>

48、<p>　　4. IEEE1394高速串行總線</p><p>　　IEEE1394是高速串行總線，其數(shù)據(jù)率為25-400Mbits/s，它是作為通用外設(shè)串行總線而設(shè)計(jì)的。纜線型1394總線可支持63個(gè)器件。纜線越長(zhǎng)它所能夠處理的數(shù)據(jù)率就越低。一般長(zhǎng)度為幾米，IEEE1394和USB都是串行協(xié)議，然而USB和IEEE1394比其競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)由更大的技術(shù)互補(bǔ)性，USB屬于低帶寬到中帶寬，而IEEE1394屬于

49、中到高帶寬。</p><p>　　2.2 智能電能表的軟件設(shè)計(jì)方法</p><p>　　智能電能表硬件電路確定之后，儀器的主要功能由軟件實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的軟件有采集、采集控制、數(shù)據(jù)處理、顯示、結(jié)果打印等。智能電能表的軟件設(shè)計(jì)需要有一個(gè)細(xì)致全面的過(guò)程。一般先是清楚的列出智能電能表系統(tǒng)各系統(tǒng)部件與軟件設(shè)計(jì)的有關(guān)特點(diǎn)，并進(jìn)行定義和說(shuō)明，以作為軟件設(shè)計(jì)的根據(jù)。在此基礎(chǔ)上寫出軟件的功能流程圖，程序流程圖。

50、再將程序流程圖的一列操作用機(jī)器碼或匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言譯成處理器能處理的機(jī)器代碼。查錯(cuò)和調(diào)試是智能電能表軟件設(shè)計(jì)中找出并改正邏輯錯(cuò)誤或與硬件有關(guān)的程序錯(cuò)誤的關(guān)鍵。在所有的工作完成之后還要進(jìn)行文件編制。</p><p>　　圖2.2 智能電能表的典型結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如圖2.2所示智能電能表的軟件結(jié)構(gòu)按功能可分為準(zhǔn)備程序、鍵功能程序和系統(tǒng)控制程序。同時(shí)，為了與軟件結(jié)構(gòu)相配合，還必須將

51、程序存儲(chǔ)器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)實(shí)現(xiàn)規(guī)劃。</p><p>　　2.3 智能電能表的抗干擾方法</p><p>　　智能電能表是以微處理器為核心的微機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)，因此智能電能表在許多場(chǎng)合都是與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或DCS(集散控制系統(tǒng))聯(lián)系在一起的。智能電能表在不同的應(yīng)用場(chǎng)合所受到干擾也各不相同，當(dāng)儀器在運(yùn)行時(shí)所受到的干擾超過(guò)一定限度時(shí)就會(huì)嚴(yán)重影響智能電能表的可靠性，甚至嚴(yán)重影響工業(yè)

52、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，因此在設(shè)計(jì)智能電能表時(shí)要注意智能電能表的抗干擾設(shè)計(jì)。</p><p>　　微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)在智能電能表的抗干擾技術(shù)中是同樣適用的，主要分為硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。</p><p>　　硬件抗干擾技術(shù)主要包括濾波技術(shù)(無(wú)源濾波和有源濾波)、去耦技術(shù)、屏蔽技術(shù)、隔離技術(shù)、接地技術(shù)等。</p><p>　　竄入智能電能表的干擾，其頻譜往往很寬，且

53、具有隨機(jī)性，采用硬件抗干擾方法，只能抑制某個(gè)頻率段的干擾，仍有一些干擾會(huì)侵入系統(tǒng)。因此，除了采取硬件抗干擾方法外，還要采取軟件抗干擾措施。為確保CPU中的程序正常運(yùn)行，常常采用如下抗干擾措施:軟件濾波(數(shù)字濾波技術(shù))可以剔除模擬輸入信號(hào)中的虛假信號(hào)，求取真值； 除了可以使用硬件看門狗電路強(qiáng)制單片機(jī)從死機(jī)狀態(tài)回復(fù)到正常運(yùn)行外，還可以采用軟件看門狗電路或軟硬結(jié)合的看門狗技術(shù)。軟件看門狗技術(shù)的基本思路是:在主程序中對(duì)T0中斷服務(wù)程序進(jìn)行監(jiān)視;

54、在T1中斷服務(wù)程序中對(duì)主程序進(jìn)行監(jiān)視；T0中斷監(jiān)視T1中斷。</p><p>　　3 智能電能表的硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 電能表概述</b></p><p>　　電能表是一種計(jì)量某一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電能的累積值的表計(jì)。</p><p>　　電子式電能表，也稱為靜止式電能表，它也就是“電流和電壓在固態(tài)(

55、電子)器件中作用而產(chǎn)生與瓦時(shí)數(shù)成比率輸出的儀表”。這里主要介紹根據(jù)智能小區(qū)家庭型用戶電能計(jì)量系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)的一種智能型多功能復(fù)費(fèi)率電能表。復(fù)費(fèi)率電能表是一種根據(jù)用電的峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)各時(shí)段的設(shè)定值計(jì)算用戶總的用電量和峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)的用電量的電能表，使供電局能實(shí)施峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)各時(shí)段不同的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。用經(jīng)濟(jì)手段鼓勵(lì)用戶在低谷時(shí)段用電。這也正好符合電力計(jì)費(fèi)系統(tǒng)提出的分時(shí)段計(jì)費(fèi)的要求。電子式的復(fù)費(fèi)率電能表一般使用單片機(jī)對(duì)電能脈沖進(jìn)行分時(shí)段計(jì)

56、算處理，同時(shí)具有有效的參數(shù)設(shè)定。</p><p>　　3.2 電能表的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　此多功能復(fù)費(fèi)率電能表具有如下功能:</p><p>　　1. 通過(guò)單片機(jī)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)本月、上月、上上月的各月電量，能存儲(chǔ)各月峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)各時(shí)段的用電量，并能通過(guò)液晶顯示器顯示各自的數(shù)值；</p><p>　　2. 具有欠壓斷

57、電保護(hù)、欠費(fèi)停電保護(hù)功能；</p><p>　　3. 具有在過(guò)電壓、過(guò)電流和欠壓斷電保護(hù)后用戶自己送電的功能；</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的整個(gè)電能計(jì)量系統(tǒng)主要由電能表構(gòu)成。電能表部分應(yīng)包括電流傳感器、電壓傳感器、電能計(jì)量芯片、顯示器件、按鍵開(kāi)關(guān)時(shí)鐘/日歷芯片、看門狗電路、擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及用于通斷電控制用的小功率交流開(kāi)關(guān)。</p><p>　　圖3.1

58、電能表硬件整體框圖</p><p>　　上圖3.1表明了電能表的硬件設(shè)計(jì)方案。其中，電能表部分需要電流互感器、電壓互感器把照明電路中的22OV電壓和大電流(10A)變換成電能計(jì)量芯片所要求的輸入電壓和輸入電流范圍之內(nèi)。電能計(jì)量芯片根據(jù)其內(nèi)部的瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流計(jì)算瞬時(shí)功率，再輸出脈沖驅(qū)動(dòng)機(jī)械式計(jì)數(shù)器或者步進(jìn)電機(jī)計(jì)算用電電量。根據(jù)此方案設(shè)計(jì)的復(fù)費(fèi)率電能表系統(tǒng)的硬件原理在以下幾節(jié)詳細(xì)說(shuō)明。</p>&l

59、t;p>　　3.3 電能表的控制芯片AT89C51</p><p>　　圖3.2 AT89C51引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)，很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案，其引腳排列如圖3.2所示：</p><p>　　單片微控制器、微處理器<

60、;/p><p>　　單片微控制器(micro-controller)是將計(jì)算機(jī)的基本環(huán)節(jié)如中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等集成在一起，并能協(xié)調(diào)完成獨(dú)立控制、運(yùn)算等工作。我們常常也叫它單片機(jī)。隨著電子技術(shù)和制造工藝的飛速發(fā)展，單片微控制器行業(yè)百花齊放，并已滲入到人類生活中的各個(gè)角落。其組成為：</p><p>　　?4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器</p><p>　

61、　?數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　?全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p>　　?三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　?128×8位內(nèi)部RAM</p><p>　　?32可編程I/O線</p><p>　　?兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b&

62、gt;　　?5個(gè)中斷源</b></p><p><b>　　?可編程串行通道</b></p><p>　　?低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　?片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　3.3.2 AT89C51各主要引腳功能：</p><p><b>　　VCC

63、：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼

64、，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器

65、可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p

66、><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p><p>　　P3口管腳 備選功能</p>

67、<p>　　P30 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P31 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P32 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P33 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P34 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P35 T1（記時(shí)器1外部輸入）

68、</p><p>　　P36 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P37 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　PSEN

69、：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　EA/VP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加1

70、2V編程電源（VPP）。</p><p>　　X1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　X2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.4 電能計(jì)量芯片</p><p>　　在電子式電能表中使用得比較多的電能計(jì)量專用芯片有：CS546OA以及AD7755等等。從性能上來(lái)比較CS546OA比AD7755增加

71、了如下功能:具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器與內(nèi)部電源監(jiān)視器；具有瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值測(cè)量及電能計(jì)量功能；提供了外部復(fù)位引腳；雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；外部時(shí)鐘最高頻率可達(dá)20MHz；具有功率方向輸出指示。這些增加的功能更加便于與微控制器接口，并能方便地實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率的測(cè)量和用電量累積等功能。據(jù)此選擇CS5460A作為電能計(jì)量芯片更能實(shí)現(xiàn)各種電參數(shù)的測(cè)量。</p&

72、gt;<p>　　3.4.1 CS5460A的性能</p><p>　　1. 能量數(shù)據(jù)精確度:在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)精確度為0.1%；</p><p>　　2. 芯片功能:可以測(cè)量電能，I?U， 、和 ，具有電能與脈沖轉(zhuǎn)換功能；</p><p>　　3. 通過(guò)串行EEPROM實(shí)現(xiàn)智能“自引導(dǎo)”，不需要微控制器；</p><p&

73、gt;　　4. AC或DC系統(tǒng)校準(zhǔn)；</p><p>　　5. 可驅(qū)動(dòng)機(jī)計(jì)度器/步進(jìn)馬達(dá)；</p><p>　　6. 能量消耗小于12mw；</p><p>　　7. 為分流傳感器提供優(yōu)化的接口；</p><p>　　8. 具有相補(bǔ)償功能；</p><p>　　9. 為單電源提供地參考信號(hào)；</p>&l

74、t;p>　　10. 芯片上帶有2.5V基準(zhǔn)電壓(最大溫漂60Ppm/ )；</p><p>　　11. 具有簡(jiǎn)單的三線數(shù)字串行接口；</p><p>　　3.4.2 CS5460A管腳說(shuō)明</p><p>　　CS546OA芯片有24個(gè)引腳。它的管腳分布如圖3.3所示。各管腳功能說(shuō)明如下:</p><p>　　圖3.3 CS5460

75、A的引腳圖</p><p>　　XOUT、XIN:系統(tǒng)時(shí)鐘輸出引腳和系統(tǒng)時(shí)鐘輸入引腳。這兩個(gè)引腳接2.5-20MHZ的晶振CS5460A提供系統(tǒng)時(shí)鐘，并通過(guò)片內(nèi)的分頻單元的分頻得到相應(yīng)的時(shí)鐘頻率。另外也可通過(guò) XIN引腳使用外部的CMOS時(shí)鐘為CS5460A提供系統(tǒng)時(shí)鐘。</p><p>　　CPUCLK:片內(nèi)振蕩器輸出引腳。輸出的時(shí)鐘頻率可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS負(fù)載。</p&g

76、t;<p>　　SCLK:串行時(shí)鐘輸入引腳。在這個(gè)引腳上輸入的時(shí)鐘信號(hào)確定SDI和SDO引腳上的數(shù)據(jù)輸入輸出速率。在片內(nèi)與此引腳相連的是一個(gè)施密特觸發(fā)器，其允許通過(guò)具有慢上升時(shí)間的信號(hào)通過(guò)。僅在 有效時(shí)才識(shí)別時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　SDO:串行數(shù)據(jù)輸出引腳。</p><p><b>　　:片選引腳。</b></p><p&g

77、t;　　MODE:模式選擇引腳。當(dāng)為邏輯高電平時(shí)，CS5460A可在一個(gè)外部串行EEPROM的幫助下執(zhí)行自引導(dǎo)功能接收命令和設(shè)置;當(dāng)為邏輯低電平時(shí)，CS546OA可與微處理器或微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。此引腳懸空時(shí)為低電平。</p><p><b>　　:中斷輸出引腳。</b></p><p><b>　　:電能輸出引腳。</b></p>

78、<p>　　:電能方向指示引腳。當(dāng)電能輸出為負(fù)時(shí)此引腳輸出一脈沖。</p><p>　　SDI:串行數(shù)據(jù)輸入引腳。</p><p>　　VIN+、VIN-:電壓通道的差分模擬輸入引腳。</p><p>　　VREFOUT:參考電壓輸出引腳。此引腳的電壓相對(duì)于VA-為2.5V。</p><p>　　VREFIN:參考電壓輸入引腳。

79、輸入此引腳的電壓作為調(diào)節(jié)器的參考電壓。</p><p>　　IIN+、IIN-:電流通道的差分模擬輸入引腳。</p><p>　　VD+:正數(shù)字電源。</p><p><b>　　DGND:數(shù)字地。</b></p><p>　　VA+、VA-:正模擬電源和負(fù)模擬電源。</p><p>　　PFMO

80、N:電源故障監(jiān)測(cè)引腳。用于監(jiān)控模擬電源。</p><p>　　:復(fù)位引腳。當(dāng)此引腳電平為低時(shí)，CS5460A的所有內(nèi)部寄存器都被設(shè)置為缺省值。</p><p>　　3.4.3 CS5460A外圍電路及供電電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3.4 CS5460A外圍電路、供電電路及與AT89C51的接口電路</p><p>　　在電路圖3.4中

81、，參考電壓輸入端(VREFIN)和參考電壓輸出端(VREFOUT)直接相連并通過(guò)0.1pF電容接地，模擬電源負(fù)引腳(VA-)也直接接地。這使得片上模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓為O伏，并且使用變換器內(nèi)部2.5V的基準(zhǔn)電壓，0.1pF的電容起作電源抗干擾的作用。根據(jù)單相電子式電能表使用的具體情況在系統(tǒng)時(shí)鐘輸出引腳(XOUT)和系統(tǒng)時(shí)鐘輸入引腳(XIN)之間選擇4.096MHz的晶振和K=1的分頻系數(shù)為CS546OA提供系統(tǒng)時(shí)鐘。</p>

82、;<p>　　3.4.4 微控制器AT89C51與CS5460A的接口</p><p>　　微控制器AT89C51與Intel系列的80C51微控制器的指令集和管腳兼容，微控制器內(nèi)有4K字節(jié)的可擦寫閃爍只讀程序存儲(chǔ)器和256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它具有掉電模式和閑置狀態(tài)兩種工作方式。其工作原理同8031微控制器。</p><p>　　由于CS546OA提供了SPI串行接口，減少了

83、單片機(jī)的總線使用數(shù)，為微控制器的外圍電路的擴(kuò)展提供了更多的總線。在SPI總線上傳送的數(shù)據(jù)和命令字都是高位在先的方式傳送。由圖3.4可知使用AT89C51的P10、P11、P12引腳分別與CS546OA的SDI、SDO、SCLK引腳交換數(shù)據(jù)。CS546OA的片選引腳 接地，使其始終保持有效狀態(tài)。</p><p>　　另外，使用AT89C51的外部中斷12(INTO)接收CS546OA的電能輸出引腳()輸出的表示電

84、能的脈沖信號(hào)，當(dāng)AT89C51接收到一個(gè)脈沖時(shí)發(fā)生中斷使存放累計(jì)電能值的存儲(chǔ)單元的值按一個(gè)脈沖所代表的電能數(shù)增加。AT89C51的P10、P11、P12引腳分別與CS5460A的SDI、SDO、SCLK引腳交換數(shù)據(jù)。CS5460A的 輸出的低電平信號(hào)說(shuō)明CS5460A發(fā)生了一個(gè)激活的事件，單片機(jī)AT89C51接收到這個(gè)信號(hào)就發(fā)生中斷向CS5460A寫入正確地命令字并使CS5460A的 變?yōu)檫壿嫺唠娖?。CS5460A的復(fù)位引腳接AT8

85、9C51的P14，CS5460A的復(fù)位信號(hào)由AT89C51提供。</p><p>　　3.4.5 電源模塊</p><p>　　由于電能表屬于不間斷工作的電力計(jì)量產(chǎn)品，因而其電源電路是其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分之一。電源電路負(fù)責(zé)給各個(gè)硬件模塊供電，以保證整個(gè)電能表的正常運(yùn)行。</p><p>　　CS5460A的電源電壓提供方式可以采用外接直流穩(wěn)壓電源供電，或通過(guò)變壓器Tl變

86、壓成12V直流電壓后再用分壓的方式供電也可使用鋰電池供電三種方式，從可靠性和實(shí)用性來(lái)說(shuō)選擇通過(guò)變壓器降壓的方式為CS5460A供電，變壓器Tl變比選擇220V/12V，因此在變壓器的次級(jí)可得到12v的交流電壓。變壓器次級(jí)接二極管的作用是為后繼電路提供直流電壓(即起全波整流作用)。電源電路中設(shè)計(jì)由兩個(gè)一階無(wú)源RC濾波網(wǎng)絡(luò)組成的二階濾波電路濾掉直流電壓中的噪聲信號(hào)，再通過(guò)一個(gè)0.1μF的電容提高抗干擾能力。電源失效監(jiān)控引腳(PFMON)監(jiān)控

87、模擬電源，相對(duì)VA-引腳電平其典型閥值電壓為2.45V。當(dāng)達(dá)不到閥值電壓時(shí)，在電源監(jiān)控單元就會(huì)使CS5460A復(fù)位。</p><p>　　3.4.6 電壓電流采樣模塊</p><p>　　在能量測(cè)量中使用電壓互感器和電流互感器與電力線隔離，減小電力線上交流信號(hào)中竄入CS5460A電壓、電流輸入通道的各種干擾信號(hào)。電壓互感器具有高精度、低阻抗特性，并且即使在高次諧波情況下具有很小的相延遲。在

88、采用互感器隔離措施后，CS5460A的數(shù)字接口不必再采用隔離技術(shù)。在照明電力干線中，相電壓有效值為22Ov，線電流可以選擇10A的有效值，在這種條件下，假定電力線上的最大額定電壓為30OV，最大額定電流為30A。對(duì)于正弦曲線的交流信號(hào)，電壓/電流有效值以最大直流輸入電平的0.7071倍進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。但是在實(shí)際使用中，交流信號(hào)的波形通常不是以準(zhǔn)確的正弦曲線形式出現(xiàn)，為了在兩個(gè)輸入通道允許有一些超范圍的信號(hào)進(jìn)入，常用最大電壓有效值和最大電流

89、有效值的0.6倍作為兩個(gè)通道的輸入電壓范圍。因此輸入通道的輸入電壓最大值就應(yīng)為0.6×25OmV=150mV，其在規(guī)定的25OmV范圍內(nèi)。由此計(jì)算電壓Kv=15OmV/300V=0.0005，此時(shí)電壓互感器T2的變比為2000/1;計(jì)算電流增益Ki=15OmV/30A=0.005Ohms。Rs=50歐時(shí)，電流互感器T3的變比為1/1000。</p><p>　　如圖3.4，在電流輸入通道中，電阻 有兩

90、個(gè)作用:一是和配合與C1構(gòu)成一階低通濾波器，這個(gè)濾波器除了濾除遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)有用頻率的寬帶噪聲還作為抗混疊濾波器以阻止A/D轉(zhuǎn)換器接收高于其采樣頻率一半的輸入信號(hào);二是為IIN+輸入引腳提供限流保護(hù)。 和的典型值取47O歐，C1放入典型值取2.2uF。在電壓通道中的電阻、電容所起的作用與電流通道中的電阻、電容所起的作用相同，其典型取值也是相同的。</p><p><b>　　3.5 顯示模塊</b&g

91、t;</p><p>　　LED數(shù)碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅，黃，藍(lán)，綠，白，七彩效果。單色，分段全彩管可用大樓，道路，河堤輪廓亮化，LED數(shù)碼管可均勻排布形成大面積顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字，并可播放不同格式的視頻文件。通過(guò)電腦下flash、動(dòng)畫、文字等文件，或使用動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)個(gè)性化動(dòng)畫，播放各種動(dòng)感變色的圖文效果；</p><p>　　3.5.1 八段數(shù)碼管顯示器

92、 </p><p>　　圖3.5數(shù)碼管顯示器結(jié)構(gòu)</p><p>　　八段LED數(shù)碼管顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成?；?個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)賀點(diǎn)形的發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。LED數(shù)碼管顯示器有兩種不一樣的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱

93、之為共陽(yáng)極LED數(shù)碼管顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED數(shù)碼管顯示器。如下圖所示。</p><p>　　共陰和共陽(yáng)結(jié)構(gòu)的LED數(shù)碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，對(duì)應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個(gè)筆劃段hgfedcba對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進(jìn)制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼

94、。例如，對(duì)于共陰LED數(shù)碼管顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽(yáng)極hgfedcba各段為0111011時(shí)，數(shù)碼管顯示器顯示"P"字符，即對(duì)于共陰極LED數(shù)碼管顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽(yáng)LED數(shù)碼管顯示器，公共陽(yáng)極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8CH）。</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示

95、。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)數(shù)碼管顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。</p><p>　　3.5.2 數(shù)碼管與AT89C51的接口</p><p>　　圖3.6 SMS0601與AT89C51的接口電路</p><p>　　利用AT89C51的P23、P24分別與SMS06O1的串行數(shù)據(jù)輸入引腳(DI)、串行移位脈沖輸入引腳(CLK)連接

96、。</p><p>　　3.6 按鍵組功能及與AT89C51總線口的連接</p><p>　　電能表上的所有按鍵可提供用戶按鍵查詢本月的峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)各時(shí)段的用電量以及本月用電總量，上月的峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)各時(shí)段的用電量以及上月用電總量，上上月的峰時(shí)、平時(shí)、谷時(shí)各時(shí)段的用電量以及上上月用電總量?？梢圆樵兯矔r(shí)電流值，瞬時(shí)電壓值，電壓有效值，電流有效值，各時(shí)段值的設(shè)置值。因此鍵盤組中包括峰時(shí)鍵

97、(7EH)，平時(shí)鍵(OB7H)，</p><p>　　谷時(shí)鍵(OBBH)，本月鍵(77H)，上月鍵(7BH)，上上月鍵(7DH)，總電量鍵(OBDH)，瞬時(shí)電流鍵(OBEH)，瞬時(shí)電壓鍵(OD7H)，電壓有效鍵(ODBH)，電流有效鍵(ODDH)，起始時(shí)刻鍵(OEBH)，終止時(shí)刻鍵(OEDH)，送電鍵(ODEH)、時(shí)段查詢鍵(OE7H)，取消鍵(OEEH)。</p><p>　　圖3.7

98、按鍵組與AT89C51的接口電路</p><p>　　如圖3.7所示所設(shè)計(jì)的按鍵組采用由P00、P01、P02、P03口四根數(shù)據(jù)線提供行線，P04、P05、P06、P07提供列線組成的行列式鍵盤。按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。當(dāng)行線通過(guò)上拉電阻接+5V時(shí)，被鉗位在高電平狀態(tài)。鍵盤有無(wú)鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入列線狀態(tài)來(lái)判斷的。其方法是:給P04、P05、P06、P07列線均置

99、成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器中。如果有鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為零。鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是列線逐行置低電平后，檢查行線輸入狀態(tài)。如果全為l，則所按下的鍵不在此行，如果不全為1，則所按下的鍵必在此行。</p><p>　　3.7 SPI接口型EEPROM與AT89C51的接口</p><p>　　3.7.1 X5045管腳分布</p>

100、<p>　　X5045的管腳圖如圖3.8所示。</p><p>　　/WDI:片選引腳/看門狗輸入引腳。</p><p>　　SO、SI:串行數(shù)據(jù)輸出引腳和輸入引腳。</p><p>　　:寫保護(hù)輸入引腳。當(dāng)其為低電平時(shí)，</p><p>　　寫操作被禁止;在寫操作過(guò)程中，除必須保持低電平外，必須保持高電平。</p>

101、<p>　　圖3.8 X5045管腳分布圖</p><p>　　RESET:復(fù)位輸出引腳。只要Vcc低于Vcc檢測(cè)電平，RESET即變?yōu)楦唠娖剑⒈３指唠娖街敝罺cc高于Vcc最小檢測(cè)電平200ms為止。看門狗定時(shí)器超過(guò)時(shí)也會(huì)引起RESET變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p>　　SCK:串行時(shí)鐘輸入引腳。輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升沿被鎖存，輸出數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的下降沿被同步輸出。</p&

102、gt;<p>　　Vcc、Vss:電源正極和電源負(fù)極。</p><p>　　3.7.2 X5045功能描述</p><p>　　X5045把上電復(fù)位控制、看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)控和塊鎖存保護(hù)的串行的EEPROM四種功能集成在單個(gè)封裝內(nèi)，從而提高了自身可靠性，降低了系統(tǒng)成本，并減少了對(duì)電路板空間的要求。上電復(fù)位控制的功能是在電源穩(wěn)定和振蕩器可靠振蕩條件下允許處理器執(zhí)行代碼。看門

103、狗定時(shí)器對(duì)CPU(或MCU)提供了獨(dú)立的保護(hù)機(jī)制。當(dāng)在可選的超時(shí)周期之內(nèi)控制器不能重啟定時(shí)器時(shí)，X5045看門狗激活RESET信號(hào)，使系統(tǒng)重新復(fù)位，退出故障?？蛇x的三個(gè)超時(shí)周期有三個(gè)預(yù)置值(l.4s、600ms、200ms)，其預(yù)置方法是給狀態(tài)寄存器的看門狗位賦值的方式完成，賦值為00則看門狗定時(shí)周期為1.4s，賦值為01則看門狗定時(shí)周期為600ms，賦值為10則看門狗定時(shí)周期為2OOms，賦值為11則禁止看門狗功能。一旦通過(guò)編程預(yù)置，

104、這個(gè)超時(shí)值將保持不變。X5045的電源監(jiān)控電路提供在VCC低于限值時(shí)，響應(yīng)RESET信號(hào)的功能，可使系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)過(guò)程中穩(wěn)定可靠，不出意外。X5045的存貯器部分是CMOS的4K位串行EEPROM，結(jié)構(gòu)為512*8的十六字節(jié)頁(yè)寫方式，串口協(xié)議為SPI，簡(jiǎn)單易行，數(shù)據(jù)可保存100年。</p><p>　　3.7.3 X5045硬件連接</p><p>　　圖3.9 X5045的硬件連接電

105、路圖</p><p>　　X5045的復(fù)位引腳RESET與AT89C51的復(fù)位引腳相連為AT89C51提供復(fù)位信號(hào)，從而起AT89C51單片機(jī)的看門狗電路的作用。AT89C51的Pl3、PI5、PI6、P17引腳分別與X5045的、SO、SI、SCLK引腳交換數(shù)據(jù)。寫保護(hù)引腳()與電源相連。</p><p><b>　　3.8 時(shí)鐘模塊</b></p>

106、<p>　　圖3.10 DS13O2的管腳分布圖</p><p>　　對(duì)電能表來(lái)說(shuō)，它需要根據(jù)時(shí)間段的劃分來(lái)計(jì)量各時(shí)段的電能值，因此在電能表中需要一個(gè)時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)。DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它工作電壓寬達(dá)2.5—5.5V,采用三線接口與單片機(jī)進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的

107、RAM寄存器。</p><p>　　3.8.1 DS13O2的引腳分布見(jiàn)圖3.10。</p><p>　　X1 X2:32.768KHz晶振輸入引腳。</p><p><b>　　GND:接地引腳。</b></p><p>　　SCLK:串行時(shí)鐘輸入引腳。</p><p>　　I/O:數(shù)據(jù)輸入輸

108、出引腳。</p><p><b>　　:復(fù)位引腳。</b></p><p><b>　　\:電源引腳。</b></p><p>　　3.8.2 DS1302與AT89C51的硬件連接</p><p>　　DS1302與AT89C51的連接只需三條線，SCLK I/O、、分別與AT89C51的TO、

109、P27、P26連接。在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)行方式下連接到備份電源，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由\兩者中的較大者供電。當(dāng)大于+0.2V時(shí)，給DS13O2供電；當(dāng)大于+0.2V時(shí)，給DS13O2供電。</p><p>　　圖3.11 DS1302與AT89C51的硬件連接</p><p>　　3.9 通斷電控制電路</p><p

110、>　　圖3.12 通斷控制電路</p><p>　　對(duì)由過(guò)電壓、過(guò)電流和欠電壓造成的斷電保護(hù)可以由用戶自己通過(guò)電能表上的送電鍵恢復(fù)自家的通電狀態(tài)；對(duì)由于用戶欠交電費(fèi)而停電的情況，用戶不能給自家送電，而需要由電力管理部門的管理人員控制。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了三態(tài)門74LS125再經(jīng)一個(gè)反相器74LS04進(jìn)行控制(如圖3.12)。如果是由于過(guò)電壓、過(guò)電流和欠電壓造成的停電，AT89C51的P2