課程設(shè)計(jì)---多用戶電能表課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課程名稱： 單片機(jī)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　課題名稱： 多用戶電子式電能表的設(shè)計(jì)</p><p>　　班級(jí)： </p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號(hào)： </p>

2、;<p><b>　　2012年1月5日</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電子式電能表無論在價(jià)格、功能、精度、可靠性等方面都優(yōu)越于傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表，電子式電能表所具有的強(qiáng)大功能及特點(diǎn)，越來越受到廣大使用者的認(rèn)同與青睞。</p><p>　　本

3、次課程設(shè)計(jì)，在老師的引導(dǎo)下完成電子式電能表的設(shè)計(jì)，有助于提高單片機(jī)的水平和理論應(yīng)用于實(shí)際的能力。與此同時(shí)，掌握電子式電能表的原理，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求————————————————3</p><p>　　二 設(shè)計(jì)原理分析————————————————

4、--3</p><p>　　三 硬件電路設(shè)計(jì)————————————————--4 </p><p>　　3.1單片機(jī)整體圖——————————-----------4</p><p>　　3.2顯示電路————————————-------—-5</p><p>　　3.3穩(wěn)壓電源————————————————--6</p>

5、<p>　　3.4光電隔離電路—————————————-----6</p><p>　　3.5 AD7755電路———————————————--8</p><p>　　四 軟件設(shè)計(jì)————————————————-------9</p><p>　　4.1軟件說明————————————————---9</p><p>　　4

6、.1.1主程序流程圖-------------------------------------9</p><p>　　4.1.2循環(huán)顯示8戶電能程序框圖-------------------------10</p><p>　　4.1.3中斷子程序框圖-----------------------------------11</p><p>　　4.2 程序內(nèi)容——

7、——————————————12</p><p>　　五 設(shè)計(jì)總結(jié)————————————————-------16</p><p>　　六 參考資料————————————————-------17</p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p>　　該課程設(shè)計(jì)任務(wù)是基于CF360單片機(jī)的多用戶

8、電子式電能表的設(shè)計(jì)與調(diào)試。其中包括程序調(diào)試和硬件設(shè)計(jì)兩部分。</p><p><b>　　1、程序調(diào)試</b></p><p>　　通過用波浪開關(guān)模擬電能脈沖，基本任務(wù)是讀取記錄脈沖數(shù)并將其轉(zhuǎn)化成電能顯示到數(shù)碼管上。要求設(shè)計(jì)一個(gè)至少8戶的電能循環(huán)顯示程序，每隔1s顯示一戶，輪流顯示。</p><p><b>　　2、硬件設(shè)計(jì)</

9、b></p><p>　　硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)的整體設(shè)計(jì)、AD775電能脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)和穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3設(shè)計(jì)的主要要求如下：</p><p>　　（1）該交流電能表能實(shí)現(xiàn)對(duì)單相交流電能的測(cè)量；</p><p>　　（2）最大計(jì)度容量：999999Kw.h；</p><p>　　（3）至少8

10、戶的電能循環(huán)顯示程序，每隔1s顯示一戶，輪流顯示。</p><p>　?。?）電量脈沖輸出；</p><p>　?。?）計(jì)1個(gè)脈沖為1度電</p><p><b>　　二 設(shè)計(jì)原理分析</b></p><p>　　電子式電能表是在數(shù)字功率表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用乘法器實(shí)現(xiàn)對(duì)電功率的</p><p&g

11、t;　　測(cè)量，其工作原理框圖如圖 3-10 所示。被測(cè)量的高電壓 u、大電流 i 經(jīng)電壓變</p><p>　　換器和電流變換器轉(zhuǎn)換后送至乘法器 M，乘法器 M 完成電壓和電流瞬時(shí)值相乘，</p><p>　　輸出一個(gè)與一段時(shí)間內(nèi)的平均功率成正比的直流電壓 U，然后再利用電壓／頻率</p><p>　　轉(zhuǎn)換器，U 被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率 f，將該頻率分頻，并通過一段

12、時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)</p><p>　　器的計(jì)數(shù)，顯示出相應(yīng)的電能。</p><p>　　圖1 電子式電能表工作原理框圖</p><p><b>　　三 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1單片機(jī)整體圖</b></p><p><b>　　圖2 整體

13、顯示圖</b></p><p><b>　　3.2 顯示電路</b></p><p><b>　　圖3 顯示電路圖</b></p><p>　　通過74HC164 的輸出可實(shí)現(xiàn)LED 的驅(qū)動(dòng)控制,有關(guān)LED 的結(jié)構(gòu)原理段碼表已在前面節(jié)中詳細(xì)介紹,圖4 中由8 個(gè)74HC164 輸出控制LED 顯示器為靜態(tài)顯示,

14、LM317 提供了LED 2V的恒定電壓省去了74HC164 輸出的限流電阻LM317 輸出電壓,Vout 由R1R2 通過下式算出VouT=1.25(1+R2/R1). </p><p>　　LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器，由圖可見8段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。其中7個(gè)長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯

15、示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A～F在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點(diǎn)“.”等字樣。 </p><p>　　LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱為共陽極LED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，稱為共陰極LED顯示器。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED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)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合從而顯示

16、各種字符。8個(gè)筆劃段dpgfedcba對(duì)應(yīng)于1B（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰極LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極dpgfedcba各段為01110011時(shí)，顯示器顯示“P”字符，即對(duì)于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是0X73。如果是共陽極LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（0X8C

17、）。這里必須注意的是：很多產(chǎn)品為方便接線，常不按規(guī)則的方法去對(duì)應(yīng)字段與位的關(guān)系，這時(shí)字形碼就必須根據(jù)接線自行設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.3穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　圖4穩(wěn)壓電源圖</b></p><p><b>　　對(duì)穩(wěn)壓電源的介紹</b></p><

18、p>　　電源電路是整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵，系統(tǒng)中的各個(gè)單元電路都需要使用直流電源供電，本設(shè)計(jì)采用自制電源供電方式，將220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器的兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓，此直流電壓經(jīng)過W7805的穩(wěn)壓和電容的頻率補(bǔ)償，便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。</p><p><b>　　3.4光

19、電隔離電路</b></p><p>　　在許多應(yīng)用中，許多電路鏈接之間需要非直接的連接，從而在提供數(shù)據(jù)的同時(shí)避免來自系統(tǒng)某一部分的危險(xiǎn)電壓或電流對(duì)另一部分造成破壞，造成這種破壞的可能是電源質(zhì)量低劣、接地故障等各種故障。電路隔離的主要目的是通過隔離元件把干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制干擾的目的，保護(hù)電子設(shè)備。在兩點(diǎn)間避免電流流過，而允許有數(shù)據(jù)或功率傳送時(shí)需要使用隔離技術(shù)。電路隔離主要有：模擬電路的隔離、數(shù)

20、字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。所使用的隔離方法有：脈沖變壓器隔離法、繼電器隔離法、光電耦合器隔離法、直流電壓隔離法、A/D轉(zhuǎn)換器隔離法。</p><p>　　傳統(tǒng)的光耦隔離電路雖然也能實(shí)現(xiàn)很高的線性度, 不過這些電路需要的電源種類較多, 線路比較復(fù)雜, 設(shè)計(jì)成本比較高。</p><p>　　為了解決這些問題, 本次設(shè)計(jì)中一種新的光電耦合結(jié)構(gòu), 由它組成的光耦隔離電路具有很高的

21、線性度, 且只需采用普通的光電耦合器和簡單的電路結(jié)構(gòu)。應(yīng)用這個(gè)電路解決了彈載黑匣子的電壓采樣信號(hào)的光電隔離問題。</p><p>　　光電耦合器的工作原理和特性如下。</p><p>　　光電耦合器件是把發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光敏三極管)組裝在一起, 通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電) 光 ) 電的轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí), 發(fā)光器件將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。光信號(hào)經(jīng)光

22、敏器件感應(yīng)接收, 再還原成電信號(hào)。</p><p>　　圖5是一種典型反相應(yīng)用電路, 當(dāng)輸入端有電流流過時(shí), 發(fā)光二極管發(fā)光,使光電三極管導(dǎo)通, 其集電極就有電流I C 流過。</p><p>　　光電耦合器其主要特點(diǎn)為:</p><p>　　1) 輸入、 輸出之間在電氣上相互絕緣;</p><p>　　2) 信號(hào)傳輸是單方向的, 輸出端的噪

23、聲不影響輸入端;</p><p>　　3) 體積小、 壽命長、 無觸點(diǎn),功耗低;</p><p>　　4) 光電耦合器的傳輸特性具有非線性和隨溫度變化性;</p><p><b>　　圖5光電隔離電路</b></p><p><b>　　AD7755電路</b></p><p&g

24、t;　　圖6 AD7755性能測(cè)試電路</p><p><b>　　四、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1、軟件說明</b></p><p>　　4.1.1、主程序流程圖：</p><p>　　主程序主要有程序初始化、計(jì)數(shù)程序、顯示子程序、中斷計(jì)數(shù)子程序組成，下面分別對(duì)其進(jìn)行說明。

25、</p><p>　　4.1.2循環(huán)顯示8戶電能程序框圖：</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　通過循環(huán)計(jì)數(shù)子程序可以依次顯示0-0000到8-9999數(shù)據(jù)。即戶名和用電量</p><p>　　4.1.3中斷子程

26、序框圖</p><p>　　在延時(shí)子程序中，當(dāng)R6為60是返回主程序，而每隔50ms，R6加1，所以延時(shí)子程序可延時(shí)三秒。</p><p><b>　　4.2程序內(nèi)容</b></p><p><b>　　$NOMOD51</b></p><p>　　$include (c8051f360.inc)&

27、lt;/p><p>　　CLK EQU P1^1;//LED 時(shí)鐘 </p><p>　　DATE EQU P1^0;//LED 數(shù)據(jù)</p><p>　　PB0 EQU P2.0</p><p>　　PB1 EQU P2.1</p><p>　　PB2 EQU P2.2</p&g

28、t;<p>　　PB3 EQU P2.3</p><p>　　PB4 EQU P2.4</p><p>　　PB5 EQU P2.5</p><p>　　PB6 EQU P2.6</p><p>　　PB7 EQU P2.7</p><p><b>　　ORG 00

29、H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 0BH</b></p><p>　　LJMP T0_INT</p><p><b>　　ORG 0100H</b></p><p>　　/

30、///////主程序///</p><p><b>　　MAIN:</b></p><p>　　LCALL CHUSHI</p><p>　　LCALL RD01</p><p>　　MAIN1: MOV 20H,P2 ; 讀取外部P2口狀態(tài)</p><p>　　MOV TM

31、OD,#01H</p><p>　　MOV TH0,#0D5H</p><p>　　MOV TL0,#0A0H ; 利用計(jì)數(shù)器T0讀取外部脈沖</p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p&g

32、t;<b>　　SETB TR0</b></p><p><b>　　BEGIN: </b></p><p>　　MOV R0, #60H</p><p>　　MOV R7, #1H</p><p><b>　　LOOP:</b></p><p><

33、;b>　　MOV A,@R0</b></p><p><b>　　MOV B,#10</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p><b>　　MOV A,B</

34、b></p><p>　　LCALL XS;顯示個(gè)位</p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　MOV B,#10</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　

35、　PUSH ACC</b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　LCALL XS;顯示十位</p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　MOV B,#10</b></p><

36、p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　LCALL XS;顯示百位</p><p><b>　　POP ACC</b><

37、/p><p><b>　　MOV B,#10</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　LCA

38、LL XS;顯示千位</p><p><b>　　MOV A,#10</b></p><p>　　LCALL XS;顯示—</p><p><b>　　MOV A,R7</b></p><p>　　LCALL XS;顯示戶名</p><p><b>　　LCALL

39、XS</b></p><p><b>　　LCALL XS</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　INC R7</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　CJNE

40、R7, #9, LOOP</p><p>　　LCALL WR01</p><p>　　LJMP BEGIN</p><p>　　////////初始化程序//////</p><p>　　CHUSHI:MOV SFRPAGE,#0FH </p><p>　　MOV P1MDIN,#0FFH</p>

41、;<p>　　MOV P1MDOUT,#0EFH ;推挽輸出 </p><p>　　MOV XBR1,#40H ;交叉開關(guān)使能 </p><p>　　MOV PCA0MD,#00H ;關(guān)閉看門狗clear Watchdog Enablei </p><p>　　MOV

42、 PSCTL,#13H</p><p>　　MOV OSCICN,#83H ;內(nèi)部振蕩器允許，不分頻 </p><p><b>　　RET</b></p><p>　　/////////中斷子程序///////</p><p>　　T0_INT: MOV TH0, #0D5H</p>

43、<p>　　MOV TL0, #0A0H</p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p>　　MOV A, 20H</p><p>　　MOV 20H, P2</p><p>　　JNB ACC.0, BJ1</p><p>　　NEXT1: JNB ACC.1

44、, BJ2 ;判斷外部脈沖的狀態(tài)</p><p>　　NEXT2: JNB ACC.2, BJ3 ;判斷外部脈沖的狀態(tài)</p><p>　　NEXT3: JNB ACC.3, BJ4 ;判斷外部脈沖的狀態(tài)</p><p>　　NEXT4: JNB ACC.4, BJ5 ;判斷外部脈沖的狀態(tài)<

45、/p><p>　　NEXT5: JNB ACC.5, BJ6 ;判斷外部脈沖的狀態(tài)</p><p>　　NEXT6: JNB ACC.6, BJ7 ;判斷外部脈沖的狀態(tài)</p><p>　　NEXT7: JNB ACC.7, BJ8 ;判斷外部脈沖的狀態(tài)</p><p><b>　　

46、JMP DONE</b></p><p>　　BJ1: JB PB0,ADD1 ;與原來外部的狀態(tài)進(jìn)行比較</p><p>　　JMP NEXT1 ;若相等則繼續(xù)讀外部狀態(tài)</p><p>　　BJ2: JB PB1,ADD2 ;若不等則相應(yīng)的用戶的脈沖數(shù)加一</p&g

47、t;<p><b>　　JMP NEXT2</b></p><p>　　BJ3: JB PB2,ADD3</p><p><b>　　JMP NEXT3</b></p><p>　　BJ4: JB PB3,ADD4</p><p><b>　　JMP NEXT

48、4</b></p><p>　　BJ5: JB PB4,ADD5</p><p><b>　　JMP NEXT5</b></p><p>　　BJ6: JB PB5,ADD6</p><p><b>　　JMP NEXT6</b></p><p>

49、　　BJ7: JB PB6,ADD7</p><p><b>　　JMP NEXT7</b></p><p>　　BJ8: JB PB7,ADD8</p><p><b>　　JMP DONE</b></p><p>　　ADD1: INC 60H</p><

50、p><b>　　JMP NEXT1</b></p><p>　　ADD2: INC 61H</p><p><b>　　JMP NEXT2</b></p><p>　　ADD3: INC 62H</p><p><b>　　JMP NEXT3</b></p&

51、gt;<p>　　ADD4: INC 63H</p><p><b>　　JMP NEXT4</b></p><p>　　ADD5: INC 64H</p><p><b>　　JMP NEXT5</b></p><p>　　ADD6: INC 65H</p>

52、<p><b>　　JMP NEXT6</b></p><p>　　ADD7: INC 66H</p><p><b>　　JMP NEXT7</b></p><p>　　ADD8: INC 67H</p><p>　　DONE:POP ACC</p><p&

53、gt;<b>　　RETI</b></p><p>　　////////顯示子程序//////////</p><p>　　XS: PUSH ACC</p><p>　　MOV DPTR,#TAB </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p>

54、<p>　　MOV R4,#08h</p><p>　　RR1: RRC A</p><p><b>　　JC SET1</b></p><p><b>　　JNC SET0</b></p><p>　　SET1: CLR CLK</p>

55、;<p>　　SETB DATE</p><p><b>　　SETB CLK</b></p><p>　　DJNZ r4,RR1</p><p>　　JMP RETURN</p><p>　　SET0: CLR CLK</p><p><b>　　C

56、LR DATE</b></p><p><b>　　SETB CLK</b></p><p>　　DJNZ R4,RR1</p><p>　　RETURN: POP ACC</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　//////

57、/延時(shí)子程序///////</p><p>　　DELAY: MOV R2,#0A7H</p><p><b>　　DL1:</b></p><p>　　MOV R3,#0ABH</p><p><b>　　DL0:</b></p><p>　　MOV R5,#10H&l

58、t;/p><p><b>　　DJNZ R5,$</b></p><p>　　DJNZ R3,DL0</p><p>　　DJNZ R2,DL1</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　RET</b></p>&

59、lt;p>　　////////往XRAM寫數(shù)據(jù)子程序////////</p><p>　　WR01: MOV EMI0CF ,#20H</p><p>　　MOV DPTR,#0100H</p><p>　　MOV R0,#60H</p><p>　　MOV R7,#00H</p><p><b>　

60、　LOOP2:</b></p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>　　MOVX @DPTR , A</p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><

61、p><b>　　INC R7</b></p><p>　　CJNE R7,#08,LOOP2</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　///////讀XRAM的數(shù)據(jù)//////</p><p>　　RD01: MOV EMI0CF , #00H</p&

62、gt;<p>　　MOV DPTR , #0100H</p><p>　　MOV R7 , #00H</p><p>　　MOV R0 , #60H</p><p><b>　　LOOP3 : </b></p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　MO

63、V @R0 , A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p><b>　　INC R7</b></p><p>　　CJNE R7 , #08H , LOOP3</p><p&

64、gt;<b>　　RET</b></p><p>　　///////TAB 數(shù)據(jù)列表////</p><p><b>　　TAB:</b></p><p>　　DB 88H,0EBH,4CH,49H,2BH,19H,18H,0CBH,08H,09H,7FH</p><p><b>　　E

65、ND </b></p><p><b>　　五 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我不僅進(jìn)一步熟悉了單片機(jī)的原理和應(yīng)用，也對(duì)</p><p>　　C 語言編程有了更進(jìn)一步的了解，并在調(diào)試程序的同時(shí)鍛煉了動(dòng)手能力和分析問</p><p>　　題的能力。在近兩周的設(shè)計(jì)中，xx老師要求

66、我們獨(dú)立思考，使我們?cè)诮鉀Q問題的</p><p>　　同時(shí)鍛煉了獨(dú)立思考的能力。雖然有些任務(wù)我沒有獨(dú)立完成，但也是和同學(xué)討論</p><p>　　并經(jīng)過思考后才得出的最終結(jié)論。此次課程設(shè)計(jì)使我獲益匪淺，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)</p><p>　　以及將來的工作都有很大的指導(dǎo)意義。</p><p><b>　　六 參考資料</b>