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文檔簡介
1、<p> 多用戶電能表的應(yīng)用設(shè)計(jì)</p><p><b> 課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p> 姓 名: </p><p> 學(xué) 號: </p><p> 專 業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>
2、; 班 級:09-2班 </p><p> 郵 箱: </p><p> 指導(dǎo)教師: </p><p><b> 摘要</b></p><p> 電子式電能表是通過對用戶供電電壓和電流實(shí)時(shí)采樣,采用專用的電能表集成電路,對采樣電壓電流信號進(jìn)行
3、處理并相乘轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出,通過計(jì)度器或數(shù)字顯示器顯示用戶使用的電量。本文將設(shè)計(jì)一個(gè)以C8051F360芯片為核心,配有電能轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊、掉電存儲(chǔ)模塊等功能模塊,實(shí)現(xiàn)對八戶的用電狀況進(jìn)行采集檢測。</p><p> 本次設(shè)計(jì)用戶數(shù)為八戶,即實(shí)現(xiàn)八位用戶循環(huán)顯示電能量。同時(shí),基于E2PROM 24C16芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的掉電數(shù)據(jù)保護(hù),基于74HC165芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的清零。</p>
4、;<p> 基于AD7755芯片實(shí)現(xiàn)電能脈沖的發(fā)生;應(yīng)用單片機(jī)C8051F360編制程序完成脈沖的讀取、計(jì)數(shù)、計(jì)算、存儲(chǔ)、送顯示等功能;應(yīng)用74HC164及八段譯碼顯示器完成數(shù)據(jù)的顯示;應(yīng)用74HC165及鍵盤控制對脈沖清零;應(yīng)用E2PROM 24C16完成數(shù)據(jù)的定時(shí)寫入以防停電時(shí)數(shù)據(jù)丟失。</p><p> 關(guān)鍵詞:8用戶電能表;AD7755;24C16;C8051F360</p>
5、<p><b> ABSTRACT</b></p><p> Electrical meter is through user power supply voltage and current real-time sampling, using special integrated circuit of electric energy meter, the sampling
6、 voltage current signal processing and multiplication convert to electric proportional to the pulse output, through the JiDuQi or digital display shows users with the use of the power. This paper will design a C8051F360
7、chips as the core, equipped with electric energy conversion module, LED display module, power lost storage module function </p><p> The design for the eight users at home, which realize the eight users cycl
8、ic display electric energy. At the same time, based on the single chip microcomputer chip realize 24 y E2PROM chips was the power lost data protection, based on the 74 HC165 chip microcontroller cleared of realization. &
9、lt;/p><p> Based on AD7755 chip realize the energy pulsing occur; C8051F360 single chip microcomputer application program to complete pulse to read, counting, computation, storage, send display function; Appli
10、cation HC164 and eight section 74 decoding display finish data display; 74 HC165 keyboard control and application of pulse reset; Application E2PROM chips was complete data of the timing 24 y write in case of power data
11、is lost. 意見與反饋 參加有道翻譯用戶滿意度調(diào)查! </p><p> Keywords:electric energy meter; 8 the user watt-hour meter; AD7755;24C16;C8051F360</p><p><b> 目錄</b></p><p> 1 設(shè)計(jì)目的及要求1</p&
12、gt;<p><b> 1.1設(shè)計(jì)目的1</b></p><p><b> 1.2設(shè)計(jì)要求1</b></p><p><b> 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1</b></p><p> 2.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案1</p><p> 2.2設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖2</p&
13、gt;<p> 3 硬件電路設(shè)計(jì)2</p><p> 3.1 24C16功能介紹2</p><p> 3.2 六段數(shù)碼管顯示電路3</p><p> 3.3 C8051F360功能介紹4</p><p> 3.4 5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)5</p><p> 3.5 光電隔離電路5<
14、;/p><p> 3.6 AD7755電路設(shè)計(jì)6</p><p> 4 軟件電路設(shè)計(jì)12</p><p> 4.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)12</p><p> 4.2顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖13</p><p> 4.3 讀24C16子程序框圖14</p><p> 4.4 寫
15、24C16子程序流程圖15</p><p> 4.5 查詢鍵盤流程圖16</p><p> 4.6 中斷子程序流程圖17</p><p><b> 5 結(jié)束語18</b></p><p><b> 致謝:18</b></p><p><b> 參
16、考文獻(xiàn)19</b></p><p><b> 附錄20</b></p><p><b> 1 設(shè)計(jì)目的及要求</b></p><p><b> 1.1設(shè)計(jì)目的</b></p><p> 設(shè)計(jì)多用戶電能表,掌握單片機(jī)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,并且可以通過計(jì)算機(jī)的
17、編程實(shí)現(xiàn)對戶的用電狀況進(jìn)行顯示,進(jìn)一步熟練單片機(jī)編程,了解24C16的功能實(shí)用。完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。</p><p> 本次設(shè)計(jì)用戶數(shù)為八戶,即實(shí)現(xiàn)八位用戶循環(huán)顯示電能量。同時(shí),基于24C16芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的掉電數(shù)據(jù)保護(hù),基于74HC165芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的清零。</p><p><b> 1.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>
18、 1.3.1戶數(shù):8戶。</p><p> 1.3.2精度:0.001。</p><p> 1.3.3脈沖數(shù):每1000個(gè)脈沖為1度電 。</p><p> 1.3.4循環(huán)顯示:8戶電能循環(huán)顯示,每隔3S顯示一戶。</p><p> 1.3.5掉電保護(hù):掉電時(shí)不能丟失數(shù)據(jù),24C16掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。</p><
19、p> 1.3.6數(shù)據(jù)顯示:實(shí)現(xiàn)交流電表對單相交流電能的測量并顯示。</p><p> 基于AD7755芯片實(shí)現(xiàn)電能脈沖的發(fā)生;應(yīng)用單片機(jī)C8051F360編制程序完成脈沖的讀取、計(jì)數(shù)、計(jì)算、存儲(chǔ)、送顯示等功能;應(yīng)用74HC164及八段譯碼顯示器完成數(shù)據(jù)的顯示;應(yīng)用74HC165及鍵盤控制對脈沖清零;應(yīng)用E2PROM 24C16完成數(shù)據(jù)的定時(shí)寫入以防停電時(shí)數(shù)據(jù)丟失。</p><p>
20、;<b> 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b> 2.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案</b></p><p> 根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求,以及原始資料的精度要求,電能轉(zhuǎn)化脈沖芯片有AD7755可供選擇 ,因?yàn)樗且环N高準(zhǔn)確度電能測量集成電路,穩(wěn)定性強(qiáng)并且價(jià)格不貴;單片機(jī)芯片選擇C8051F36x器件,它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)
21、鐘振蕩器,是真正獨(dú)立工作的片上系統(tǒng);數(shù)據(jù)保護(hù)電路芯片可選FM24C16 ,用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造的16K位的非易失憶的記憶體;另外要求為LED顯示,使用74LS164串入并出8位移位記存器進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù);因?yàn)楦餍酒杼峁┲绷麟娫?我們要進(jìn)行設(shè)計(jì)交直流變化和降壓電路,大體的設(shè)計(jì)選擇框架思路就是這些。</p><p> 電能變換電路采用AD7755芯片,工作時(shí)AD7755芯片將電流采樣信號和電壓采樣信號送入緩沖放大器,
22、經(jīng)模擬乘法器相乘,再經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換將電壓信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號,AD7755芯片的快速脈沖輸出為3200脈沖/KWh,與用戶使用電能相對應(yīng)。 輸出的快速脈沖信號經(jīng)光電隔離送給單片機(jī),我們采用C8051F36x單片機(jī)對脈沖信號進(jìn)行采集和計(jì)數(shù),P2口(8位)同時(shí)工作即可對8戶電能脈沖進(jìn)行采集與計(jì)數(shù),我們將為每戶開辟2個(gè)字節(jié)的內(nèi)存計(jì)數(shù)。</p><p><b> 2.2設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖</b>
23、;</p><p> 圖2.1 設(shè)計(jì)總體框圖</p><p><b> 3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p> 3.1 24C16功能介紹</p><p> 圖3.1 24C16管腳圖</p><p> CAT24WC16支持是一個(gè)16位串行CMOS EEPROM,功耗小,有一個(gè)16
24、字節(jié)頁寫緩存區(qū),通過I2C總線接口進(jìn)行操作,有專門的寫保護(hù)功能。其中I2C總線協(xié)議規(guī)定,任何數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器,任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。SCL是一個(gè)輸入管腳,產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的時(shí)鐘,SDA是一個(gè)開漏輸出管腳,用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收, A0、A1、A2為器件地址輸入端,WP接到VCC所有內(nèi)容被寫保護(hù)(只能讀),WP管腳接到VSS或懸空,允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。</p><p&
25、gt; CAT24WC16使用鐵電技術(shù)制造的16K位的非易失性的記憶體,并且可以快速讀寫數(shù)據(jù)被可以長時(shí)間掉電保存,并且其非易失性存儲(chǔ)器可靠性更高,系統(tǒng)更簡單,并且24C16可以承受超過100億次的速寫或者是比EPROM高一萬倍的寫操作,當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對寫入數(shù)據(jù)的頻率要求比較高即速度要求快的時(shí)候E2PROM 24C16也可以可靠的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。</p><p> 3.2 六段數(shù)碼管顯示電路</p>
26、<p> 圖3.2 74HC164與LED數(shù)碼管顯示電路圖</p><p> 數(shù)碼管顯示電路采用74HC164,本次設(shè)計(jì)使用六個(gè)共陽極LED數(shù)碼管,其數(shù)碼管段碼值如表3.1:</p><p><b> 表3.1</b></p><p> 74HC164芯片是一個(gè)8位移位寄存器,串行輸入,并行輸出,當(dāng)時(shí)鐘信號端(CLOCK)
27、出現(xiàn)上升沿時(shí),開始向164中寫入數(shù)據(jù),串行數(shù)據(jù)輸入端為A,B的線與,當(dāng)A、B中任意一個(gè)為低電平時(shí),禁止新數(shù)據(jù)輸入,但本設(shè)計(jì)可以直接向164送數(shù)據(jù),因P1.0管腳為A、B的線與,當(dāng)P1.0管腳為1,則向164送1,若P1.0為0,則向164送0。如若想送一個(gè)數(shù)據(jù)49H,需先把數(shù)據(jù)送給寄存器A,將寄存器A中的數(shù)據(jù)帶進(jìn)位循環(huán)右移,此時(shí)C中的數(shù)據(jù)為1,先將時(shí)鐘輸入端CLOCK清零,再將時(shí)鐘輸入端CLOCK置一,讀入C中的數(shù)據(jù)送給164的Q0,再
28、將寄存器A中的數(shù)據(jù)右移一位,此時(shí)C中的數(shù)為0,然后尋找時(shí)鐘輸入端的上升沿,將0寫入,此時(shí)164的Q0管腳變?yōu)?,Q1管腳變?yōu)?,照此規(guī)律依次將八位二進(jìn)制數(shù)存入164中,最后Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7中的數(shù)據(jù)分別為01001001,即49H。因本設(shè)計(jì)所使用的電路板有10個(gè)74HC164,6個(gè)LED數(shù)碼管前后各有兩個(gè)與二極管連接的164,數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)先將第一個(gè)數(shù)據(jù)傳給第一個(gè)74HC164,這樣如果傳送6位數(shù)據(jù),則會(huì)出現(xiàn)最后兩個(gè)LED數(shù)
29、碼管不顯示數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,因此應(yīng)在調(diào)用</p><p> 圖3.2 LED數(shù)碼管管腳設(shè)置圖</p><p> 其顯示原理為公共陽極接高電平,管腳接電平,二極管導(dǎo)通,則相應(yīng)的筆畫段亮,由發(fā)亮的筆畫段組合得到各種顯示字符,上圖使用的數(shù)碼管陰極各段接10001000時(shí),顯示器顯示“0”字符,即對于共陽極LED顯示器,“0”字符的字形碼是88H。很多產(chǎn)品為方便接線,常不按規(guī)則的方法去對應(yīng)字段與位
30、的關(guān)系,這時(shí)字形碼就必須根據(jù)接線自行設(shè)計(jì)了。 </p><p> 3.3 C8051F360功能介紹</p><p> C8051F360單片機(jī)為主要部件,它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器器件,是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力,可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制,可
31、以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。其P1.0,P1.1口產(chǎn)生的脈沖向74HC164顯示輸送數(shù)據(jù),使其顯示相關(guān)信息,P2口接撥碼開關(guān),模擬AD7755電量脈沖,PCF8563、24C16部件實(shí)時(shí)存儲(chǔ)用戶電量信息,并在掉電后保存,單片機(jī)上電復(fù)位后能夠從中讀取數(shù)據(jù)。</p><p> 圖3.3 C8051F360電路圖</p><p> 3.4 5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p>
32、<p> 電源電路設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)中的重要部分,其性能的好壞對整個(gè)電路的影響極大,是整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵,系統(tǒng)的各個(gè)單元電路都需要使用直流電源供電。本設(shè)計(jì)將220V交流市電通過電源變壓器換成交流低壓,再經(jīng)過橋式整流電路整流和濾波,在固定式三端穩(wěn)壓器兩端形成一個(gè)并不是很穩(wěn)定的直流電壓,然后再經(jīng)過W7805的穩(wěn)壓和電容的頻率補(bǔ)償,形成精度高,穩(wěn)定性好的直流輸出電壓,并且集成三端穩(wěn)壓器精度高、外圍電路簡單,體積小、容易
33、設(shè)計(jì)和制作、維修簡單。</p><p> 圖3.4 穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)</p><p> 220V~5V的共兩套,一套給AD7755,另一套給顯示模塊和5V~3.3V電源。5V~3.3V電源供給C8051F360和24C16。</p><p> 220V~5V轉(zhuǎn)換電路中,相關(guān)參數(shù)如下:</p><p> C1=330uf,為濾波電容
34、;C2=0.33uf,用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng),以防止電路產(chǎn)生自激震蕩;C3=1uf,用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。</p><p> 3.5 光電隔離電路</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
35、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)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
36、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
37、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)電信號送入光電耦合器的輸入端時(shí), 發(fā)光器件將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。光信號經(jīng)光敏器件感應(yīng)接收, 再還原成電信號。</p><p> 圖3.5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:<
38、/p><p> 1) 輸入、 輸出之間在電氣上相互絕緣;</p><p> 2) 信號傳輸是單方向的, 輸出端的噪聲不影響輸入端;</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> 圖3.5 光電隔離電路<
39、/p><p> 3.6 AD7755電路設(shè)計(jì)</p><p> 圖3.6.1 AD7755內(nèi)部功能圖</p><p> 3.6.1 AD7755電路只在ADC和基準(zhǔn)電源中使用模擬電路,所有其它信號處理(如相乘和濾波)都是用數(shù)字電路,這使AD7755在惡劣環(huán)境環(huán)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長期的穩(wěn)定性。</p><p> 3.6.2 設(shè)
40、計(jì)參數(shù):</p><p> 基準(zhǔn)電壓: 220V×±10%</p><p> 基準(zhǔn)電流:Ib=5A</p><p> 最大電流:Imax=4Ib=20A</p><p><b> 計(jì)量精度:1%</b></p><p> 最小電流:Imin=2%Ib=0.1</
41、p><p> 脈沖數(shù):3200/kw.h</p><p> 3.6.3 參數(shù)計(jì)算:</p><p> 3.6.3.1 以AD7755設(shè)計(jì)的電能表的相關(guān)參數(shù)計(jì)算:</p><p> 配合C8051F360芯片的16進(jìn)制算法與課程設(shè)計(jì)的參數(shù)要求,參考基本電流與脈沖的建議數(shù),選定基準(zhǔn)電流Ib=5A,每kw.h計(jì)度需要的脈沖數(shù)為3200,即CF的
42、輸出為3200imp/ kw.h。</p><p> 線路電壓220V,基本電流Ib為5A,動(dòng)態(tài)范圍400(規(guī)定準(zhǔn)確度的電流范圍為2%Ib~Imax,即100mA~40A);計(jì)度器的電表常數(shù)C為3200imp/ kw.h,即AD7755發(fā)3200個(gè)脈沖,單片機(jī)記錄1 kw.h電。為滿足電流通道的動(dòng)態(tài)范圍且留有充分的余量,選用350μΩ的分流器;以其將負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓,接V1P和V1N。線路電壓經(jīng)電壓分壓器分壓
43、,也降到允許的最大電壓范圍之內(nèi),接V2P和V2N。負(fù)載電流為基本電流(5A)時(shí),線路的功耗為P=220×5=1.1 kw。</p><p> 選擇f1-4=3.4Hz,SCF=0,S1=0,=S0=1,此時(shí)CF頻率為f1的32倍,所要求的頻率恰為f1,f2段的脈沖計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為100imp/ kw.h。</p><p> 3.6.3.2 乘以此常數(shù)得Ib情況下的輸出頻率:<
44、/p><p> fF1=P×C=1.1×3200/3600=0.9777778Hz</p><p> 查AD7755數(shù)據(jù)表,所選擇f1-4=3.4Hz,滿足最大電流為40A和再留有足夠余量的要求。</p><p> fF1=8.06×U1×U2×G×f1-4U2REF</p><p&g
45、t; U1=5×350=1750μV=1.75mV</p><p> 并以最大電流產(chǎn)生的壓降和表1,選擇G=16</p><p> U2=fF1×U2REF8.06×U1×G×f1-4=0.030555×2.528.06×1.75×16×3.4=248.9mV</p><p&
46、gt; 原理圖中R1、C1,R2、C2,R3、C3,R4∥(R5~R16)、C4為抗混疊濾波器。因?yàn)锳D7755以900kHz過采樣速率采樣,故大大簡化了抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)。不過,兩個(gè)通道之間的相位匹配非常重要。例如,當(dāng)cosφ=0.5時(shí),0.2°的外部相位誤差將產(chǎn)生0.6%的測量誤差。為使兩個(gè)通道的相位匹配,電阻、電容的取值分別為R1=R2=R3=R4=1kΩ(精度為1%);C1=C2=C3=C4=33nF;R5= 300
47、kΩ,R6= 150kΩ,R7= 75kΩ,R8=39kΩ,R9=18kΩ,R10=9.1kΩ,R11=5.1kΩ,R12=2.2kΩ,R13=1.2kΩ,R14=560Ω,R15=R16=330kΩ??紤]到選用的分流器和基準(zhǔn)源都存在允差,原理圖中設(shè)置了校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),通過短接或斷開J1~J10,可在±30%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)镽15+R16=660kΩ,大于大于R4(1kΩ),因此,即使R5~R14全部短接,這條支路的-3dB頻率
48、仍由R4和C4的值決定。據(jù)廠家介紹,從J1~J10全部接通變化到J1~J10全部斷開,50Hz處產(chǎn)生的相移僅為0.0004°??紤]到分流器存在寄生電感</p><p> 3.6.3.3 C8051F360單片機(jī)部分管腳及參數(shù)</p><p><b> 由原理圖知:</b></p><p> P1.0~P1.7分配給八個(gè)用戶,作為
49、脈沖輸入端口。</p><p> P2.0和P2.1分配給LED顯示部分作為時(shí)鐘信號和數(shù)據(jù)輸入。</p><p> P2.4和P2.5分配給24C16作為SCL和SDA信號腳。</p><p> 此外,C8051F360功能強(qiáng)大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其余端口與本設(shè)計(jì)無關(guān),故其分配情況不再詳述。</p><p> 晶振采用11..0592MHz,
50、電源使用3.3V。</p><p> 3.6.3.4 電源參數(shù)</p><p> 220V~5V的共兩套,一套給AD7755,另一套給顯示模塊和5V~3.3V電源。5V~3.3V電源供給C8051F360和24C16。</p><p> 220V~5V轉(zhuǎn)換電路中,相關(guān)參數(shù)如下:</p><p> C1=330uf,為濾波電容;C2=0
51、.33uf,用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng),以防止電路產(chǎn)生自激震蕩;C3=1uf,用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。</p><p> 圖3.6.2 AD7755性能測試電路</p><p> 3.6.4 器件選擇:</p><p> AD7755電能脈沖發(fā)生器的選擇:</p><p> AD7755是美國AD公司生產(chǎn)的專用于功率/電能測
52、量的低成本集成電路。它的技術(shù)指標(biāo)滿足GB/T17215-1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)確度等要求。</p><p> AD7755有24條引腳,以DIP和SSOP形式封裝。AD7755在電子電能表中的連接如圖1所示。管腳功能如下:</p><p> P1 DVDD,數(shù)字電路電源,5(±5%)V;P2AC/DC,高通濾波選擇腳,邏輯高,高通濾濾器使能;P3 AVDD,模擬電路電源,5(&
53、#177;5%)V;P4、P19 NC,未接;P5-P6 V1P-V1N,通道1(電流通道)模擬輸入,最大差動(dòng)輸入電壓為±470mV;P7-P8 V2N-V2P,通道2(電壓通道)模擬輸入,最大差動(dòng)輸入電壓為±660mV; P9 RESET,復(fù)位引腳,邏輯低使ADC和數(shù)字電路保持復(fù)位狀態(tài),清內(nèi)部寄存器;P10 REFIN/OUT,電壓基準(zhǔn)腳,片上基準(zhǔn)為5(±8%)V,可接外部基準(zhǔn)源;P11 AGND,模擬電
54、路參考地;P12 SCF,校準(zhǔn)頻率選擇腳;P13、P14 S1、S0,數(shù)-頻轉(zhuǎn)換頻率選擇腳;P15、P16 G1、G0,通道1增益選擇腳;P17 - P18 CLKIN- CLKOUT,外接時(shí)鐘,鐘頻3.579545MHz;P20 REVP,負(fù)功率指示腳,電壓信號和電流信號之間的相位差>90°時(shí)變?yōu)檫壿嫺?P21DGND,數(shù)字電路參考地;P22 CF,校準(zhǔn)頻率輸出;P23、P24 F2、F1,低頻輸出。</p>
55、;<p> 它由模擬電路(模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電路與電源電壓監(jiān)測電路)和數(shù)字信號處理電路兩部分組成。被測電壓、電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后,接下來的信號處理都在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn);AD7755內(nèi)部的相位校正電路、高通濾波器、乘法器、低通濾波器、數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器等都為數(shù)字電路。AD7755內(nèi)有兩個(gè)以900kHz過采樣速率采樣的16位2階Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。被測電流經(jīng)可編程增益放大器(PGA)放大后接電流通道的ADC,并由此ADC轉(zhuǎn)換為
56、對應(yīng)的數(shù)字信號。再經(jīng)相位校正和高通濾波,進(jìn)入乘法器。乘法器的另一路輸入是由電壓通道ADC轉(zhuǎn)換而來的、與被測電壓對應(yīng)的數(shù)字信號。相乘后產(chǎn)生瞬時(shí)功率信號。此信號經(jīng)低通濾波器濾除其中的交流分量,提取出負(fù)載消耗的瞬時(shí)有功功率。AD7755對這個(gè)瞬時(shí)有功功率信號進(jìn)行一段時(shí)間的累計(jì)、平均,求得平均有功功率,以較短時(shí)間對瞬時(shí)有功功率進(jìn)行累計(jì),求得與瞬時(shí)有功功率成正比的高頻頻率并經(jīng)CF輸出,用于校準(zhǔn)或送微控制器累加計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)對電能的計(jì)量。電流通道的PG
57、A的增益受管腳G1、G0控制。</p><p> 高通濾波器是否接入受管腳AC/DC控制。邏輯高,HPF使能。用來去除電流通道的直流偏移和由此引起的誤差。高通濾波器接入或斷開造成的相移,由相位校正電路校正,使電壓通道和電流通道的相位匹配。如前所述,管腳F1、F2輸出與平均有功功率成正上的電壓有效值具有下列關(guān)系:</p><p> fF1=fF2=8.06×U1×U2
58、×G×f1-4U2REF(1)</p><p> 式中,U1、U2分別為電流通道和電壓通道輸入端的rms差動(dòng)電壓(V),G為電流通道的增益,選擇方法見表1;UREF為基準(zhǔn)電壓值(V);f1-4為以S1、S0邏輯輸入選擇的頻率(Hz),選擇方法見表2。</p><p> 表3.6.1 f1-4等選擇表</p><p> 表3.6.1第7列是與
59、兩個(gè)通道都輸入最大電壓所對應(yīng)的最高輸出頻率(Hz)??紤]到實(shí)際電網(wǎng)電壓存在波動(dòng)和負(fù)載電流可能超載,設(shè)計(jì)電能表時(shí),兩個(gè)模擬通道的輸入電壓一般都留有足夠的超量程余地。比如,取允許的最大值的一半。表2第5列是用管腳SCF、S1、S0邏輯輸入選擇的轉(zhuǎn)換系數(shù),CF腳輸出的頻率為fCF=KfF1(2)由表2知,CF端輸出的頻率能高達(dá)fF1的2048倍。</p><p><b> 設(shè)計(jì)參數(shù)如下</b>&
60、lt;/p><p> 基準(zhǔn)電壓: 220V×±20%</p><p><b> 基準(zhǔn)電流:Ib=A</b></p><p> 最大電流:Imax=4Ib=20A</p><p> 計(jì)量精度:0.001</p><p> 最小電流:Imin=0.001</p>
61、<p> 脈沖數(shù):1000/KW.H</p><p> 圖3.6.3 AD7755電能脈沖發(fā)生器</p><p> 3.7 鍵盤設(shè)計(jì)電路</p><p> 圖3.7 鍵盤設(shè)計(jì)電路</p><p> 表3.7 鍵值鍵碼對應(yīng)表</p><p><b> 3.8 采樣電路</b>
62、</p><p> 圖3.8 電流采樣電路</p><p> 使用分流器的電流采樣電路如圖2.6所示,其中F1為分流器,R1、R2為采樣電阻,C1、C2為采樣電容,他們?yōu)殡娏鞑蓸油ǖ捞峁┎蓸与妷盒盘枺蓸与妷盒盘柕拇笮∮煞至髌鞯淖柚岛土鬟^其上的電流決定。</p><p><b> 4 軟件電路設(shè)計(jì)</b></p><p
63、> 4.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)</p><p> 圖4.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)</p><p> 4.2顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖</p><p> 圖4.2 顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖</p><p> 4.3 讀24C16子程序框圖</p><p> 圖4.3 讀24C16子程序框圖</p&
64、gt;<p> 4.4 寫24C16子程序流程圖</p><p> 4.4 寫24C16子程序流程圖</p><p> 4.5 查詢鍵盤流程圖</p><p> 圖4.5 查詢鍵盤流程圖</p><p> 4.6 中斷子程序流程圖</p><p> 4.6 中斷子程序流程圖</p>
65、<p><b> 5 結(jié)束語</b></p><p> 兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了,從中我學(xué)到了很多東西且感悟良多體會(huì)到了課本聯(lián)系實(shí)際、設(shè)計(jì)思想、實(shí)際動(dòng)手能力都有所提高。初學(xué)單片機(jī)時(shí)覺得它深?yuàn)W難懂枯燥無味,通過課程設(shè)計(jì)我體會(huì)到了編程的靈活性。鞏固了以前所學(xué)過的知識,而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。課程設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)電路到調(diào)試結(jié)束失敗很多次也修改很多次可謂是屢敗屢戰(zhàn),可我
66、們并未氣餒我們堅(jiān)持到了最后雖然最后做出的電路不太讓人滿足但總算完成了總算看到我們的成果了總算可以激動(dòng)興奮一番了。</p><p> 通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來,從理論中得出結(jié)論,才能真正弄明白,從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題,可以說得是困難重重,這畢竟第一次做的,難免會(huì)遇到過各種各樣的問
67、題,同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處,對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,比如說不懂一些元器件的使用方法,對單片機(jī)匯編語言掌握得不好……在老師和學(xué)長的辛勤的指導(dǎo)下,最后我們順利地完成了這次的課程設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)讓我的實(shí)際動(dòng)手能力得到了大大的鍛煉讓我解決實(shí)際問題的能力得到了大大的提高并對本專業(yè)的課程布滿了濃厚的興趣及對以后的學(xué)習(xí)充滿了信心;決定在以后的學(xué)習(xí)生活中加強(qiáng)練習(xí)端正心態(tài)迎接新的挑戰(zhàn)。同時(shí),對給過我?guī)椭乃型?/p>
68、學(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示衷心的感謝!</p><p> 在設(shè)計(jì)中借鑒了往屆同學(xué)以及網(wǎng)上的一些資料,才知道自己還有很多的不足之處,在編寫程序上以及實(shí)際運(yùn)用知識上還很欠缺,所以以后要更多的理論聯(lián)系實(shí)際,這樣才會(huì)對知識有更深的了解。</p><p><b> 致謝:</b></p><p> 通過這次的實(shí)驗(yàn),我深刻認(rèn)識到自己在理論與實(shí)際動(dòng)手方面
69、結(jié)合的不足之處,對單片機(jī)了解和認(rèn)識的程度不高。在實(shí)驗(yàn)中,通過聽取學(xué)長們的講解和同學(xué)的互相探討,終于對實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法有了一定程度的了解。最后終于得出了實(shí)驗(yàn)程序和結(jié)果。</p><p> 最后,感謝公老師和學(xué)長對我們的悉心教導(dǎo),讓我們增長了知識,使實(shí)驗(yàn)圓滿做成功。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 公
70、茂法、黃鶴松、楊學(xué)慰等,MCS-51/52單片機(jī)原理與實(shí)踐</p><p> [2]羅旭、張彥斌等,單相電子式電能表的特點(diǎn)及其原理,第1期:10-17,2003.</p><p> [3]鄔寬明,單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊, 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999年.</p><p> [4]張毅坤、陳善久、裘雪紅等編著, 單片微型計(jì)算機(jī)原理及
71、應(yīng)用, 西安電子科技大學(xué)出版社,1998.</p><p> [5]馬彪 ,基于ADE7757 的公寓電能計(jì)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì), 第2期:5-8,2001. </p><p> [6]邱關(guān)源,電路第四版 ,高等教育出版社,2002. </p><p> [7]公茂法、馬寶甫、孫晨等編著,單片機(jī)人機(jī)接口實(shí)例集,北京:北京航空航天大學(xué)出版 ,1998.</p&g
72、t;<p><b> 附錄</b></p><p> $NOMOD51 </p><p> $include (c8051f360.inc) </p><p> CLK EQU P1.1 ;LED顯示部分的時(shí)鐘信號</p><p> DATE EQU P1.0 ;LED
73、顯示部分的數(shù)據(jù)輸入</p><p> SCL EQU P1.6 ;24C16的串行時(shí)鐘信號</p><p> SDA EQU P1.3 ;24C16的串行數(shù)據(jù)信號</p><p> PB0 EQU P2.0 ;P2口八路信號輸入</p><p> PB1 EQU P2.1 </p&g
74、t;<p> PB2 EQU P2.2 </p><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
75、><p> PD0 EQU P1.4 ;74HC165的串行輸出信號</p><p> CLK165 EQU P1.5 ;74HC165的時(shí)鐘信號</p><p> PL EQU P1.2 ;74HC165的移位控制端</p><p><b> ORG 00H </b><
76、/p><p> LJMP MAIN </p><p> ORG 0BH ;中斷入口地址</p><p> LJMP T0_INT </p><p> ORG 0100H </p><p> /////////////主程序///////////////// </p>
77、<p><b> MAIN :</b></p><p> LCALL CHUSHI ;調(diào)用初始化子程序</p><p> LCALL I2C_RD ;調(diào)用I2C總線讀子程序</p><p> MAIN1: MOV 20H,P2 ;
78、 讀取外部P2口狀態(tài) </p><p> MOV TMOD,#01H ; 利用定時(shí)器T0讀取外部脈沖</p><p> MOV TH0,#0D5H ;定時(shí)器定時(shí)50ms</p><p> MOV TL0,#0A0H </p><p> SET
79、B ET0 ;開中斷</p><p><b> SETB EA </b></p><p><b> SETB TR0 </b></p><p> LCALL CLEAR ;調(diào)用全部清零子程序</p><p> L
80、CALL I2C_RD</p><p> BEGIN: MOV R0, #60H ;脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)首地址</p><p> MOV R7, #1 ;初始戶名</p><p> LOOP : MOV A,@R0 </p><p
81、> LCALL XSYUSHU ;調(diào)用顯示子程序,顯示第六位 </p><p> LCALL XSYUSHU ;調(diào)用顯示子程序,顯示第五位 </p><p> MOV B,#10 </p><p><b> DIV AB </b>
82、;</p><p> PUSH ACC </p><p><b> MOV A,B </b></p><p> LCALL XSYUSHU ;調(diào)用顯示子程序,顯示第四位 </p><p><b> POP ACC </b></p><p
83、> LCALL XSD ;調(diào)用顯示小數(shù)點(diǎn)子程序,顯示第三位 </p><p> MOV A,#10 </p><p> LCALL XS ;調(diào)用顯示子程序,顯示- </p><p> MOV A, R7 </p><p> LCALL XS
84、 ;調(diào)用顯示子程序,顯示戶名</p><p> MOV A,0FFH ;輸入兩個(gè)滅碼</p><p><b> CALL XS</b></p><p> MOV A,0FFH </p><p><b> CALL
85、 XS </b></p><p> LCALL DELAY </p><p><b> INC R7</b></p><p><b> INC R0 </b></p><p><b> INC R0 </b></p><p> C
86、JNE R7, #9, LOOP ;判斷是否顯示完八戶,顯示完順序執(zhí)行 </p><p> LCALL I2C_WR ;啟動(dòng)24C16寫數(shù)據(jù) </p><p> LJMP BEGIN</p><p> ////////////初始化程序///////////////// </p><p>
87、CHUSHI: </p><p> MOV SFRPAGE,#0FH </p><p> MOV P1MDIN,#0FFH ;數(shù)字輸入 </p><p> MOV P1MDOUT,#0EFH ;推挽輸出 </p><p> MOV X
88、BR1,#40H ;交叉開關(guān)使能 </p><p> MOV PCA0MD,#00H ;關(guān)閉看門狗clear </p><p> MOV PSCTL,#13H </p><p> MOV OSCICN,#83H ;內(nèi)部振蕩器允許,不分頻 </p><p> MOV DPTR,#T
89、AB </p><p><b> RET </b></p><p> /////////////////中斷子程序////////////////////// </p><p> T0_INT: MOV TH0, #0D5H ;定時(shí)器重新賦初值</p><p> MOV TL0, #0A0
90、H </p><p> MOV R1,#60H ;脈沖計(jì)數(shù)首地址</p><p> PUSH ACC ;堆棧保護(hù)</p><p> MOV A, 20H ;讀取P2口狀態(tài)</p><p> MOV 20H, P
91、2 </p><p> JNB ACC.0, BJ1</p><p> NEXT1: JNB ACC.1, BJ2 ;判斷外部脈沖的狀態(tài),為低電平則跳轉(zhuǎn)</p><p> NEXT2: JNB ACC.2, BJ3 </p><p> NEXT3: JNB ACC.3, BJ4 </p
92、><p> NEXT4: JNB ACC.4, BJ5 </p><p> NEXT5: JNB ACC.5, BJ6 </p><p> NEXT6: JNB ACC.6, BJ7 </p><p> NEXT7: JNB ACC.7, BJ8 </p>
93、<p><b> LJMP 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 BJ01 ;若相等則繼續(xù)下一個(gè)外部狀態(tài)</p><p> ADD1:LCALL AD01 ;若不等則調(diào)用
94、計(jì)數(shù)子程序</p><p> BJ01:LJMP NEXT1 </p><p> BJ2: JB PB1,ADD2 </p><p><b> JMP BJ02</b></p><p> ADD2:LCALL AD02</p><p> BJ02
95、: LJMP NEXT2</p><p> BJ3: JB PB2,ADD3</p><p><b> JMP BJ03</b></p><p> ADD3:LCALL AD03</p><p> BJ03: LJMP NEXT3</p><p> BJ4:JB PB3,ADD4<
96、/p><p><b> JMP BJ04</b></p><p> ADD4:LCALL AD04</p><p> BJ04:LJMP NEXT4</p><p> BJ5:JB PB4,ADD5</p><p><b> JMP BJ05</b></p>
97、<p> ADD5:LCALL AD05</p><p> BJ05:LJMP NEXT5</p><p> BJ6:JB PB5,ADD6</p><p><b> JMP BJ06</b></p><p> ADD6:LCALL AD06</p><p> BJ06:
98、LJMP NEXT6</p><p> BJ7:JB PB6,ADD7</p><p><b> JMP BJ07</b></p><p> ADD7:LCALL AD07</p><p> BJ07:LJMP NEXT7</p><p> BJ8:JB PB7,ADD8</p&g
99、t;<p><b> JMP STP1</b></p><p> ADD8:LCALL AD08</p><p> STP1:LJMP DONE</p><p> DONE:POP ACC ;出棧</p><p> LCALL CLEAR1
100、 ;判斷是否清零</p><p> RETI ;中斷返回</p><p> ///////////////用戶1計(jì)數(shù)///////////////////</p><p> AD01:CJNE @R1,#99,AD11 ;判斷低字節(jié)是否滿99</p><p>
101、 JMP AD12 ;滿99低位清零,高位加1</p><p> AD11:INC @R1 ;不滿99,低位加1</p><p><b> LJMP EX01</b></p><p> AD12:MOV @R1,#00H </p><p><
102、;b> INC R1</b></p><p> INC @R1 </p><p> EX01:RET </p><p> ///////////////////用戶2計(jì)數(shù)////////////////////</p><p> AD02:MOV R1,#62H</p>
103、<p> CJNE @R1,#99,AD21 ;62H</p><p><b> JMP AD22</b></p><p> AD21:INC @R1</p><p><b> LJMP EX2</b></p><p> AD22:MOV @R1,#00H</p>
104、;<p> INC R1 ;63H</p><p><b> INC @R1</b></p><p><b> EX2:RET</b></p><p> /////////////////////用戶3計(jì)數(shù)//////////////////////////</p>
105、<p> AD03:MOV R1,#64H</p><p> CJNE @R1,#99,AD31 ;64H</p><p><b> JMP AD32</b></p><p> AD31:INC @R1</p><p><b> LJMP EX3</b></p>
106、<p> AD32:MOV @R1,#00H</p><p> INC R1 ;65H</p><p><b> INC @R1</b></p><p><b> EX3:RET</b></p><p> //////////////////用戶4計(jì)數(shù)///
107、/////////////////////</p><p> AD04:MOV R1,#66H</p><p> CJNE @R1,#99,AD41 ;66H</p><p><b> JMP AD42</b></p><p> AD41:INC @R1</p><p><b>
108、; LJMP EX4</b></p><p> AD42:MOV @R1,#00H</p><p> INC R1 ;67H</p><p><b> INC @R1</b></p><p><b> INC R1 </b></p><p>
109、;<b> EX4:RET</b></p><p> //////////////////////用戶5計(jì)數(shù)//////////////////////////</p><p> AD05:MOV R1,#68H</p><p> CJNE @R1,#99,AD51 ;68H</p><p><b&g
110、t; JMP AD52</b></p><p> AD51:INC @R1</p><p><b> LJMP EX5</b></p><p> AD52:MOV @R1,#00H</p><p> INC R1 ;69H</p><p> INC
111、@R1 </p><p> EX5:RET </p><p> //////////////////////用戶6計(jì)數(shù)///////////////////////////</p><p> AD06:MOV R1,#6AH</p><p> CJNE @R1,#99,AD61 ;6AH</p
112、><p><b> JMP AD62</b></p><p> AD61:INC @R1</p><p><b> LJMP EX6</b></p><p> AD62:MOV @R1,#00H</p><p> INC R1 ;6BH&l
113、t;/p><p><b> INC @R1</b></p><p><b> EX6:RET</b></p><p> ///////////////////////用戶7計(jì)數(shù)/////////////////</p><p> AD07:MOV R1,#6CH</p><p
114、> CJNE @R1,#99,AD71 ;6CH</p><p><b> JMP AD72</b></p><p> AD71:INC @R1</p><p><b> LJMP EX7</b></p><p> AD72:MOV @R1,#00H</p>&l
115、t;p> INC R1 ;6DH</p><p><b> INC @R1</b></p><p><b> EX7: RET </b></p><p> ///////////////////用戶8計(jì)數(shù)//////////////////////////</p>
116、<p> AD08: MOV R1,#6EH</p><p> CJNE @R1,#99,AD81 ;6EH</p><p><b> JMP AD82</b></p><p> AD81:INC @R1</p><p><b> LJMP EX8</b>&l
117、t;/p><p> AD82:MOV @R1,#00H</p><p> INC R1 ;6FH </p><p><b> INC @R1</b></p><p><b> EX8:RET</b></p><p> ////////除十顯示余數(shù)子程
118、序//////// </p><p> XSYUSHU: MOV B,#10 </p><p><b> DIV AB </b></p><p> PUSH ACC </p><p><b> MOV A,B </b></p><p> L
119、CALL XS ;調(diào)用顯示子程序</p><p><b> POP ACC </b></p><p><b> RET </b></p><p> ///////////顯示子程序/////////// </p><p> XS:PUSH ACC <
120、/p><p> MOVC A,@A+DPTR ;查詢段碼</p><p> MOV R4,#8 </p><p> LOOP1: RRC A ;A中八位循環(huán)移入Cy位</p><p> JC SET1 </p><p&g
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