畢業(yè)設(shè)計--電能表的校驗系統(tǒng)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　　題 目：電能表的校驗系統(tǒng)</p><p><b>　　系 部：</b></p><p><b>　　專 業(yè)： </b></p><p><b>　　班 級：</b&g

2、t;</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　該系統(tǒng)主

3、要由顯示模塊、鍵盤模塊、時鐘模塊、存儲模塊、通訊模塊、CPU模塊、CS5460A電能表芯片模塊和前端電路調(diào)理模塊部分組成。前端電路調(diào)理模塊采用2mA/2mA的電流互感器和5A/2.5mA電流互感器和精密電阻實現(xiàn)對市電的轉(zhuǎn)換，并采用RC濾波網(wǎng)絡(luò)濾波,然后采用由美國CRYSTAL 公司的新型電能計量芯片CS5460芯片實現(xiàn)對電流、電壓和電能的測量與轉(zhuǎn)換；時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片為系統(tǒng)提供時鐘基準(zhǔn)，存儲模塊采用AT24C16，為系統(tǒng)提

4、供數(shù)據(jù)存儲；顯示模塊用OCMJ4X8CM液晶，通信模塊采用Max232芯片，并利用AT89S52組成的CPU模塊控制所有芯片的工作、測量、計算電能，送往顯示模塊和存儲模塊進(jìn)行實時顯示和存儲，并通過標(biāo)準(zhǔn)232接口送往PC上位機進(jìn)行同步顯示，并且本電能表還設(shè)有GPIB 地址，以便于電能管理系統(tǒng)對電能的管理。</p><p>　　關(guān)鍵字：CS5460A；AT89S52；232通訊；OCMJ4X8CM；</p>

5、;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This system is mainly revealed the module, keyboard module, clock module, store module, communicate module, CPU module, CS5460A electric energy meter chip m

6、odule and front circuit look after the part of the module to make up. The front circuit recuperates the module and adopts electric current mutual inductor and 5A/2.5mA electric current mutual inductor and accurate resist

7、ance of 2mA/2mA to realize the conversion of the city electricity, and adopt RC to strain the wave network and strain the wa</p><p>　　Keywords: CS5460A; AT89S52; 232communication;OCMJ4X8C； </p><p

8、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTI</p><p>　　第一章 數(shù)字電能表校驗系統(tǒng)的簡單介紹1</p><p>　　1.1電能表校驗系統(tǒng)的發(fā)展概況2</p><p>　　1.2 電能

9、表校驗系統(tǒng)設(shè)計背景4</p><p>　　1.3電能表的特點及部件介紹5</p><p>　　1.4 電能表的發(fā)展趨勢6</p><p>　　第2章 總體方案設(shè)計7</p><p><b>　　2.1功能要求9</b></p><p>　　2.2 方案論證12</p>&

10、lt;p>　　2.2.1核心芯片的選擇14</p><p>　　2.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇及其連接原理16</p><p>　　2.2.3設(shè)計方案18</p><p>　　2.3 CS5460A的概述19</p><p>　　2.3.1 基本結(jié)構(gòu)及功能20</p><p>　　2.3.2 主要特征

11、22</p><p>　　2.3.3 操作時序24</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)25</p><p>　　3.1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 26</p><p>　　3.2 前端電路調(diào)理模塊的設(shè)計27</p><p>　　3.3 電能表測量模塊的設(shè)計28</p><p>　

12、　3.4 通訊模塊的設(shè)計29</p><p>　　3.5 液晶顯示的設(shè)計30</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計32</p><p>　　4.1主程序流程圖33</p><p>　　4.2系統(tǒng)初始化子程序34</p><p>　　4.3 系統(tǒng)子程序模塊35</p><p>　　

13、第5章 系統(tǒng)調(diào)試35</p><p>　　5.1硬件調(diào)試36</p><p>　　5.2軟件調(diào)試37</p><p>　　5.3 系統(tǒng)整體電路圖37</p><p>　　5.4 誤差分析及改進(jìn)措施38</p><p>　　第6章 總結(jié)與展望39</p><p><b>　　

14、致謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p>　　第1章 數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的簡單介紹</p><p>　　1.1 電能表檢驗系統(tǒng)的發(fā)展概況</p><p>　　最近十幾年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)，集成電路（IC）和微處理器的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步，

15、從而促使了數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的日新月異，并不斷出現(xiàn)新的類型。</p><p>　　數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)自1952年問世以來，大致經(jīng)歷了五代產(chǎn)品。第一帶是電子管數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)，第二代屬于晶體管數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)，第三代是中小規(guī)模集成電路的DVM。由大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路構(gòu)成的數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)，智能數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)屬于第四代和第五代產(chǎn)品。經(jīng)歷了不斷改進(jìn)的過程，從最早采用繼電器，電子管的型式發(fā)展到了現(xiàn)在

16、的全固態(tài)化，集成化（IC化）,另一方面，精度也大大提高，而且從實驗空用的高價的所謂的樣品開始已發(fā)展到了現(xiàn)在的廉價型，進(jìn)而出現(xiàn)了能夠用于安裝板上作指示儀表的安裝型。近年來，許多廠家通過積極引進(jìn)，吸引國外先進(jìn)技術(shù)，努力趕超先進(jìn)水平，現(xiàn)在能夠大批量生產(chǎn)多種，精，尖的數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)以相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)源，校驗儀。新單片數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)以其高準(zhǔn)確度，高可靠度，高分辨力，高性價比等優(yōu)良特性倍受人們的青睞。</p><p>　　

17、本設(shè)計在分析研究和總結(jié)了單片機技術(shù)的發(fā)展歷史及趨勢的基礎(chǔ)上，以使用可靠，經(jīng)濟(jì)，精度高等設(shè)計原則為目標(biāo)，設(shè)計出基于單片機的數(shù)字測量電能表檢驗系統(tǒng)。單片機有著微處理所具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。</p><p>　　單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可用軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。由于單片機具有功能強，體積小，功耗低，價格

18、便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品，家用電器，智能化儀器儀表，過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。</p><p>　　1.2 數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的設(shè)計背景</p><p>　　計算機已經(jīng)廣泛的運用于我們的日常生活中，在自動控制領(lǐng)域，計算機是檢測，控制的核心。而計算機所采集的數(shù)據(jù)，很大一部分是跟電壓有關(guān)，此時所需要的電壓值并不

19、是模擬電能表檢驗系統(tǒng)所能提供的，數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)此時便油然而生，數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)不但是提供數(shù)字信號的電壓值，很大程度上比傳統(tǒng)的電能表檢驗系統(tǒng)更為精確，也更加容易的操作。</p><p>　　1.3 數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的特點及部件介紹</p><p>　　數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)（digital-voltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流電壓輸入）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)

20、的，離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。</p><p>　　數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電能表檢驗系統(tǒng)的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示的，跟以前傳統(tǒng)的指針型的電能表檢驗系統(tǒng)有很大的不同，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。目前數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，數(shù)字式電能表檢驗系統(tǒng)是又高阻抗電能表檢驗

21、系統(tǒng)頭與分壓電路組成的。</p><p>　　以下是各個功能部件的介紹：</p><p>　　AD轉(zhuǎn)換器：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。</p><p>　　基準(zhǔn)電壓：提供精密電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器作參考電壓。</p><p>　　譯碼器：將2-10進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段碼。</p><p>　　驅(qū)動器：驅(qū)動顯示的

22、a、b、c、d、e、f、g七個發(fā)光段，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管（LED），進(jìn)行顯示。</p><p>　　顯示器：將譯碼輸出的七段信號進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。</p><p>　　電路工作：數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)通過位選信號進(jìn)行動態(tài)掃描，由于A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光管動態(tài)掃描顯示，輸出的多路調(diào)制選通信

23、號DS選通脈沖搞電平寬度為18個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈沖之間間隔2個時鐘脈沖周期。DS和EOC的時序關(guān)系式在EOC脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖。一下依次為DS2，DS3和DS4選通期間，Q0到Q3輸出BCD全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字0-9.在DS1選通期間，Q0-Q3輸出十位的半位數(shù)0或1及過程量程，欠量程和極性標(biāo)志信號。</p><p>　　1.4 數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的發(fā)展趨勢&l

24、t;/p><p>　　數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)(以下簡寫為DVM)從1952年問世以來,經(jīng)歷了不斷改進(jìn)的過程,從最早采用繼電器、電子管的型式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化(IC化), 另一方面, 精度也從0.1%提高到了現(xiàn)在的0.01%～0.005%,而且從實驗室用的高價的所謂的樣品開始已發(fā)展到了現(xiàn)在廠礦企業(yè)廣為利用的所謂的廉價型, 進(jìn)而出現(xiàn)了能夠用于開關(guān)板上作指示儀表的開關(guān)板型。在此，將根據(jù)數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)各種型式所出

25、現(xiàn)。</p><p>　　在電量的測量中，電壓，電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常。電學(xué)參量測量技術(shù)涉及范圍廣，使用于學(xué)校，工業(yè)，科研等各個領(lǐng)域，供實驗室和工業(yè)現(xiàn)場測試用。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字化，智能化，科技化為主的今天，數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)已成為電能表檢驗系統(tǒng)設(shè)計的主要方向，在當(dāng)前電壓測量系統(tǒng)中占有非常重要的位置。更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)就成為一種必不可

26、少的測量儀器。在電氣測量中，電壓是一個很重要的參數(shù)。如何準(zhǔn)確測量模擬信號的電壓值，一直是一個研究的課題。</p><p><b>　　第2章 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 功能要求</b></p><p>　　擬用微控制器，A/D轉(zhuǎn)換器，邏輯門電路，七段數(shù)碼顯示器等設(shè)計一個數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)，通過編

27、程實現(xiàn)測量輸入的電壓量，并以數(shù)字形式顯示。</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　2.2.1 核心芯片的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)選擇AT89S52作為核心芯片，主要性能如下：</p><p>　　1、與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容</p><p>　　2、

28、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器</p><p>　　3、1000次擦寫周期</p><p>　　4、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz</p><p>　　5、三級加密程序存儲器</p><p>　　6、32個可編程I/O口線</p><p>　　7、三個16位定時器/計數(shù)器</p><p>&

29、lt;b>　　8、八個中斷源</b></p><p>　　9、全雙工UART串行通道</p><p>　　10、低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　l1、掉電后中斷可喚醒</p><p><b>　　l2、看門狗定時器</b></p><p><b>　　l3、雙

30、數(shù)據(jù)指針</b></p><p><b>　　l4、掉電標(biāo)識符</b></p><p><b>　　功能特性描述：</b></p><p>　　1、AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，32位I/O口線，三個16位定時器/計數(shù)器，另外，AT89S52可降

31、至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。</p><p><b>　　2、引腳結(jié)構(gòu)及作用</b></p><p>　　如圖5所示，為AT89S52管腳圖。</p><p><b>　　VCC: 電源</b></p><p><b>　　GND: 地</b></p

32、><p>　　P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個具有

33、內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。 P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL

34、邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位

35、地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>　　P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。</p>&

36、lt;p>　　RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也

37、用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p>

38、;<p>　　PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash

39、編程期間，EA也接收12伏VPP 電壓。</p><p>　　XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　2.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇及其連接原理</p><p>　　本系統(tǒng)采用A/D0809轉(zhuǎn)換器，ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開

40、關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。A/D轉(zhuǎn)換器如下圖2所示。</p><p>　　圖2 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸

41、出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　　下面簡單介紹下ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3所示.</p><p><b>　　圖3 引腳結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　IN0－IN7：8條模擬量輸入通道</p><p>　　ADC0809對輸入模

42、擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。</p><p>　　地址輸入和控制線：4條</p><p>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，

43、B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表1所示。</p><p><b>　　表1 通道選擇表</b></p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條</p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號

44、。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。</p><p>　　CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，</p><p>　　VREF

45、（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。</p><p>　　ADC0809應(yīng)用說明：</p><p>　　（1）．ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S52單片機直接相連。</p><p>　?。?）．初始化時，使ST和OE信號全為低電平。</p><p>　?。?）．送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。</p>

46、;<p>　　（4）．在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。</p><p>　?。?）．是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。</p><p>　?。?）．當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。</p><p>　　單片機的P0口作為地址、數(shù)據(jù)總線分時使用，P3口的片外讀寫端子通過指令控制ADC0809啟動

47、、停止、數(shù)據(jù)的讀取等，0809的ALE鎖定選通的通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，START是啟動轉(zhuǎn)換，CLOCK是轉(zhuǎn)換速度控制器，通過脈沖頻率的大小來控制速度，單片機的ALE信號直接連到ADC0809的CLK引腳，P2.7口作讀/寫口的選通地址線。</p><p>　　2.2.3 設(shè)計方案 </p><p>　　本文運用AT89S52和AD0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,根據(jù)數(shù)據(jù)采集的工作原理,設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字電能表檢

48、驗系統(tǒng),最后完成單片機與PC的數(shù)據(jù)通信,傳送所測量的電壓值 數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā),已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)各有特點,它們適合在現(xiàn)場做手工測量,要完成遠(yuǎn)程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析處理,傳統(tǒng)數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)是無法完成的。然而基于PC通信的數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng),既可以完成測量數(shù)據(jù)的傳遞,又可借助PC,做測量數(shù)據(jù)的處理。所以這種類型的數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)無論在功能和實際應(yīng)用上,都具有傳統(tǒng)數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)無

49、法比擬的特點,這使得它的開發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。</p><p>　　新型數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)的整機設(shè)計,該新型數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)測量電壓類型是直流,測量范圍是0～+5V。整機電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機最小化設(shè)計、單片機與PC接口電路、單片機時鐘電路、復(fù)位電路等。下位機采用AT89S52芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD0809芯片。通過RS232串行口與PC進(jìn)行通信,傳送所測量的直流電壓數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集電路的原理 在

50、單片機數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計中,做到了電路設(shè)計的最小化,即沒用任何附加邏輯器件做接口電路,實現(xiàn)了單片機對AD0809轉(zhuǎn)換芯片的操作。AD0809是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內(nèi)部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內(nèi)部時鐘和三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),而且一次A/D轉(zhuǎn)換僅需要5ms。</p><p>　　在電路應(yīng)用中,AD0809采用同步工作方式,12位數(shù)字

51、量輸出采用8位操作模式,即12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據(jù)時序關(guān)系,在芯片選擇/CS=0時,轉(zhuǎn)換端/SC由高到低變化一次,即可啟動A/D轉(zhuǎn)換一次。再查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束端/EOC,看轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束,若結(jié)束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數(shù)字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE,先讀取高字節(jié),再讀取低字節(jié)。整個A/D操作大致如此,在實際開發(fā)應(yīng)用中調(diào)整。 由于電路中采用AD0809的雙極性輸入方式

52、,輸入電壓范圍是0～+5V,根據(jù)公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量值。</p><p>　　RS232接口電路的設(shè)計AT89S52與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和1個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯

53、片起電平轉(zhuǎn)換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達(dá)到匹配。</p><p>　　串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn):同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中,用定時器T1作波特率發(fā)生器,其計數(shù)初值X按以下公式計算: 串行通信波特率設(shè)置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計算

54、得到計數(shù)初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。</p><p>　　為了便于觀察,當(dāng)每次測量電壓采集數(shù)據(jù)時,單片機有端口輸出時,用發(fā)光二極管LED指示。軟件編程 軟件程序主要包括:下位機數(shù)據(jù)采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C語言編程,上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進(jìn)行可視化編程。在串口通信調(diào)試過程中,借助“串口調(diào)試助手”工具,有效利用這個工具為整個系

55、統(tǒng)提高效率。單片機編程：下位機單片機的數(shù)據(jù)采集通信主程序流程、中斷子程序、采集子程序。單片機的編程仿真調(diào)試借助WAVE2000仿真器,本系統(tǒng)有集成的ISP仿真調(diào)試。</p><p>　　在采集程序中,單片機的編程操作要完全符合AD0809的時序規(guī)范要求,在實際開發(fā)中,要不斷加以調(diào)試。最后將下位機調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S52的Flash單元中。</p><p>　　人機界

56、面編程：打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應(yīng)用程序,串口通信采用MSComm控件來實現(xiàn)。其他操作此處不贅述,編程實現(xiàn)一個良好的人機界面。數(shù)字直流電能表檢驗系統(tǒng)的操作界面便可實現(xiàn)。運行VC++6.0編程實現(xiàn)的Windows程序,整個樣機功能得以實現(xiàn)。</p><p>　　2.3CS5460A概述</p><p>　　2.3.1 基本結(jié)構(gòu)及功能 </p><p&

57、gt;　　CS5460A的內(nèi)部組成模塊如下：</p><p>　　· 一個電流通道可編程增益放大器其增益為10和50可選</p><p>　　·一個電壓通道固定增益放大器，其增益為10</p><p>　　·兩個同時采樣的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器</p><p>　　·兩個高速數(shù)字濾波器</p>&

58、lt;p>　　·兩個可選用的高通濾波器</p><p><b>　　·一個功率計算引擎</b></p><p><b>　　·一個片內(nèi)電壓基準(zhǔn)</b></p><p>　　·一個可以檢測電力不足或電源故障的電源監(jiān)視器</p><p>　　· 一

59、個持續(xù)監(jiān)視串口通訊的看門狗</p><p>　　· 一個可選的內(nèi)部時鐘發(fā)生器</p><p>　　· 一個雙向串行接口</p><p>　　· 一個電能、脈沖變換器</p><p>　　· 一個校準(zhǔn)用SRAM</p><p>　　2.3.2 主 要 特 性</p>

60、<p>　?。?）在片計算和處理功能；</p><p>　　（2）可以從串行E2PROM 智能“自引導(dǎo)”,不需要微控制器,具有電能-脈沖轉(zhuǎn)換功能；</p><p>　?。?）具有AC或DC系統(tǒng)校準(zhǔn)功能；</p><p>　?。?）具有簡單的三線數(shù)字串行接口,可以方便地進(jìn)行讀寫；</p><p>　?。?）看門狗定時器；</p&

61、gt;<p>　?。?）片上 2.5 V 基準(zhǔn)（60×10-6/OC）,單電源 +5 V 或雙向 2.5V±10℅電源；</p><p>　?。?）具有功率方向輸出指示；</p><p>　　（8）能夠測量瞬時電壓、瞬時電流、瞬時功率、電能、電壓有效值和電流有效值，能完成電能/脈沖轉(zhuǎn)換；</p><p>　?。?）電能測量精度：0.

62、1%；</p><p>　?。?0）具有相位補償和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能；</p><p>　　（11）具有機械計度器/步進(jìn)電機驅(qū)動器；</p><p>　?。?2）內(nèi)帶電源監(jiān)視器；</p><p>　?。?3）電能數(shù)據(jù)線性度：在1000 ：1 動態(tài)范圍內(nèi)線性度為 ±0.1%；</p><p>　　（14）功率消耗&l

63、t;12mW；</p><p>　?。?5）電源配置： VA+=+5V,VA-=0V;VD+=+3V～+5V或VA+=2.5V,VA-=-2.5V;VD+=+3V</p><p>　　圖2-2 CS5460內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.3.3 操作時序</p><p>　　CS5460A串行口包括4條控制線：串行時鐘（SCLK）、串行

64、數(shù)據(jù)輸入（SDI）、串行數(shù)據(jù)輸出（SDO）和片選（CS），器讀寫時序如圖2-3所示：</p><p>　　CS5460A的串行接口部分集成了一個帶有發(fā)送/接收緩沖器的狀態(tài)機，狀態(tài)機在SCLK的上升沿解釋8位命令字。根據(jù)對命令的解碼，狀態(tài)機將執(zhí)行相應(yīng)的操作，或者為被尋址的寄存器的數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備。讀操作需將被尋址的內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩存區(qū)，寫操作在數(shù)據(jù)傳輸前要等24個SCLK周期。內(nèi)部寄存器用于控制ADC的功

65、能，所有寄存器都是24位。</p><p>　　上電復(fù)位后，串行狀態(tài)機初始化為命令模式，等待接收有效的命令（輸入串口的前8為數(shù)據(jù)）。在完成對有效命令的接收和解碼后，狀態(tài)機將指示轉(zhuǎn)換器執(zhí)行系統(tǒng)操作或從內(nèi)部寄存器輸入輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　當(dāng)啟動了讀命令，串口將在下8個、16個或24個SCLK周期啟動SDO腳上的寄存器內(nèi)容的轉(zhuǎn)移（從高位開始）。寄存器讀指令可以終止在8 位的邊界上（例如

66、，讀出時可只讀8，16或24位）。同樣，數(shù)據(jù)寄存器讀出允許采用“命令鏈”。 因此讀寄存器時，微控制器可同時發(fā)送新指令，新指令將被立即執(zhí)行，并可能終止讀操作。例如，命令字送入狀態(tài)機讀取某一輸出寄存器，進(jìn)行了16 個連續(xù)的讀數(shù)據(jù)串行時鐘脈沖后，執(zhí)行寫命令字（如狀態(tài)寄存器清零命令），數(shù)據(jù)從SDI 引腳輸入，同時剩下的8 位讀出數(shù)據(jù)被傳送到SDO 引腳。又如，用戶僅需從讀操作中獲取16位有效位時，可在SDO讀出8位數(shù)據(jù)后從SDI輸入第二個讀命令

67、。</p><p>　　在讀周期，當(dāng)從SDO 引腳輸出數(shù)據(jù)時，必須用SYNC0指令（NOP ）使SDI 引腳處于選通態(tài)。</p><p>　　圖2-3 CS5460A操作時序圖</p><p><b>　　2.4其他模塊部分</b></p><p>　　2.4.1前端調(diào)理電路部分</p><p>

68、　　方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)分壓、分流的方式將大電壓、大電流轉(zhuǎn)換成CS5460A能接收的電壓信號，該方案電路復(fù)雜，難于調(diào)試，精度低，且不能實現(xiàn)芯片與電網(wǎng)的隔離，故不采用。</p><p>　　方案二：采用電流互感器與精密電阻網(wǎng)絡(luò)組成調(diào)理電路，將電壓和電流轉(zhuǎn)換為芯片可以就收的電壓信號。該方案設(shè)計簡單，精度高，且實現(xiàn)了芯片與電網(wǎng)的隔離，保證了芯片的安全，故本設(shè)計采用此方案。</p><p><

69、;b>　　2.4.2主控芯片</b></p><p>　　電子式多功能電能表硬件的核心MCU主控制器,它負(fù)責(zé)按鍵輸入掃描、工作狀態(tài)檢測,計量數(shù)據(jù)的讀入、計算和存儲、電表參數(shù)的現(xiàn)場配置以及與外界的通信控制等。</p><p>　　本系統(tǒng)采用AT89S52單片機實現(xiàn)，AT89S52單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用

70、Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，具有雙工UART串行通道，可實現(xiàn)ISP在線編程功能，內(nèi)部集成了看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、全新的加密運算，使程序的保密性增強，兼容性強，軟硬件調(diào)試方便。內(nèi)部RAM和ROM可滿足邏輯控制和算數(shù)運算。因此，使用該MCU作為主控芯片可以方便的設(shè)計電路。</p>&l

71、t;p>　　2.4.3 顯示部分</p><p>　　由于本設(shè)計顯示的參數(shù)較多，顯示部分采用OCMJ4X8C液晶。OCMJ4X8C液晶示模塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行接口（OCMJ4X16A/B無串行接口）。所有的功能，包含顯示RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個芯片里面，只要一個最小的微處理系統(tǒng)，就可以

72、方便操作模塊。內(nèi)置2M-位中文字型ROM (CGROM)總共提供8192個中文字型(16x16 點陣)，16K-位半寬字型ROM (HCGROM)總共提供126 個符號字型(16x8點陣)，64 x 16-位字型產(chǎn)生RAM (CGRAM)，另外繪圖顯示畫面提供一個64x256點的繪圖區(qū)域（GDRAM），可以和文字畫面混和顯示。提供多功能指令：畫面清除（Display clear）、光標(biāo)歸位（Return home）、顯示打開/關(guān)閉（D

73、isplay on/off）、光標(biāo)顯示/隱 藏 （Cursor on/off）、顯示字符閃爍（Display character blink）、光標(biāo)移位（Cursor shift）、顯示移位（Displa</p><p><b>　　主要參數(shù)： </b></p><p>　　1、工作電壓(VDD):4.5～5.5V </p><p>　　2、邏

74、輯電平:2.7～5.5V </p><p>　　3、LCD 驅(qū)動電壓(Vo):0～7V </p><p>　　4、工作溫度(Ta):0～55℃(常溫)/-20～75℃（寬溫）保存溫度(Tstg):-10～65℃(常溫)/-30～85℃(寬溫) </p><p>　　本液晶不僅可以顯示漢字，而且可以顯示多行，可以同時顯示多測量量，便于觀看和讀??；還可以串行通信，占用

75、I/O口少，便于控制。</p><p>　　2.4.4 通信模塊</p><p>　　同步通信占用的資源較多，而且需要外部時鐘提供同步信號以提高接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，外圍電路比較復(fù)雜，傳輸中出現(xiàn)錯誤，則成批數(shù)據(jù)報廢，而異步通信外圍電路簡單，傳輸速度快。所以我們采用串口異步通信。使用RS-232C做接口標(biāo)準(zhǔn)的通訊模塊，傳輸速率為20kbps,在15m范圍之內(nèi)，可進(jìn)行有效通訊，而且可直接和PC機相

76、接，有利于進(jìn)一步的功能擴展，使用也比較方便。</p><p>　　由于89S52單片機輸入、輸出電平為TTL 電平, 而PC機配置的是RS- 232C 標(biāo)準(zhǔn)串行接口, 兩者的電氣規(guī)范不一致,單片機中的信號電平是TTL 型的,而RS-232C采用負(fù)邏輯，為了完成與RS- 232C 通信總線數(shù)據(jù)通信的功能,必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。兩種電平轉(zhuǎn)換電路通常是由專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來實現(xiàn)的,可實現(xiàn)RS- 232C 與TTL

77、電平的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　2.4.5時鐘模塊</b></p><p>　　時鐘模塊采用DALLAS 公司推出的DS1302 。它內(nèi)部含有一個實時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM ，通過簡單的串行接口與單片機進(jìn)行通信，實時時鐘/日歷電路提供秒分、時、日期、月 2-4 1302管腳圖年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM

78、 指示決定采用24 或12 小時格式，。DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個口線：1 RES 復(fù)位，2 I/O 數(shù)據(jù)線，3 SCLK串行時鐘時鐘，RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達(dá)31 個字節(jié)的字符組方式通信，DS1302 工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW，DS1302 是由DS1202 改進(jìn)而來增加了 以下的特性，雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1 為可編程涓流充電電

79、源附加七個字節(jié)存儲器，它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域，其管腳功能圖如圖2-4所示。</p><p>　　如圖2-4 1302管腳圖</p><p><b>　　2.5.6存儲部分</b></p><p>　　存儲部分采用AT24C16存儲芯片，其具有以下特性特性：</p><p>　　*

80、與400KHz I2C 總線兼容</p><p>　　* 1.8 到6.0 伏工作電壓范圍</p><p>　　* 低功耗CMOS 技術(shù)</p><p>　　* 寫保護(hù)功能當(dāng)WP 為高電平時進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài)</p><p><b>　　* 頁寫緩沖器</b></p><p><b>　　*

81、 自定時擦寫周期</b></p><p>　　* 1,000,000 編程/擦除周期 </p><p>　　* 8 腳DIP SOIC 或TSSOP 封裝 </p><p>　　* 溫度范圍商業(yè)級工業(yè)級和汽車級</p><p>　　AT24C16支持C

82、總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議,I2C總線協(xié)議規(guī)定,任何將數(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,數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的,主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器,但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式。</p><p>　　由于其控制引腳較少，占用單片機口線較少，在少量數(shù)據(jù)存儲中有非常大優(yōu)勢，因為在本設(shè)計中，我們只需將校表數(shù)據(jù)及少量的電能數(shù)據(jù)存儲其中，以做到系統(tǒng)掉電時

83、不丟失數(shù)據(jù)，免除每次開機時的校表過程，故選用控制引腳簡潔的AT24C16將非常的合適。</p><p>　　如圖2-5 AT24C16存儲芯片</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　3.1直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計</p><p>　　電源電路是整個系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵，系統(tǒng)中的各個單元電路都需要使用直流電源供電，

84、本設(shè)計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。自制電源原理如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 +5V直流電源的設(shè)計</p><p>　　3.2 前端電路調(diào)理模

85、塊的設(shè)計</p><p>　　3.2.1電壓調(diào)理部分</p><p>　　對于系統(tǒng)的前端電壓調(diào)理部分，我們采用變比為2mA/2mA的電流互感器和高精度電阻作為輸入電路部分電路如圖2-2所示。系統(tǒng)設(shè)計采用220V的市電電壓輸入，首先外接Rx=110k電阻得到2mA的電流，然后通過變比為2mA/2mA的互感器，然后在二次側(cè)連接1個125Ω的定值電阻得到所需的輸入電壓，可以為CS5460A提供電

86、壓信號，不超出芯片的測量范圍。當(dāng)然電阻R2值可以根據(jù)不同的電壓來調(diào)整。并加入RC濾波網(wǎng)絡(luò)對信號初步濾波，并加入放抖動電容保護(hù)芯片。</p><p>　　3.2.2電流調(diào)理部分</p><p>　　電流調(diào)理部分采用變比2000：1 的電流互感器，然后經(jīng)一精密電阻將電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號。并加入RC濾波網(wǎng)絡(luò)對信號初步濾波，并加入放抖動電容保護(hù)芯片。經(jīng)變換后的補測信號以差模電壓的形式接到CS54

87、60A的模擬信號輸入端。由于互感器角差的影響，可能造成輸入信號的相移，使功率測量的誤差增大。而CS5460A 具有相位補償功能（可進(jìn)行-2.4°至+2.5°的相位補償，步進(jìn)0.34°），可以大大減小互感器角差的影響。</p><p>　　圖2-2 前端調(diào)理電路</p><p>　　3.3 電能測量模塊的設(shè)計</p><p>　　經(jīng)調(diào)理電

88、路調(diào)理的電壓信號、電流信號通過IIN+、IIN-、VIN+、VIN-接口送入電能表芯片CS5460，芯片經(jīng)放大、濾波、采樣、計算，計算出瞬時功率，并根據(jù)周期計數(shù)寄存器內(nèi)設(shè)定的計數(shù)周期計算出電能值、電流有效值、電壓有效值，并將其存入相應(yīng)的寄存器中，然后單片機通過與芯片通信將相應(yīng)寄存器中的電能值、電壓有效值、電流有效值讀出，并送予液晶顯示。CS5460也可將電能轉(zhuǎn)化成與電能成正比的脈沖，由EOUT口輸出，以便于電能表的檢定。CS5460與單

89、片機的連接圖如圖3-2所示：</p><p>　　3.4 通訊模塊的設(shè)計</p><p>　　Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的芯片。Max232芯片起電平轉(zhuǎn)換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS-232C電平達(dá)到匹配。串口通信的RS-232C接口采用9針串口DB9,串口傳輸數(shù)據(jù)只要將兩個串口的“發(fā)送數(shù)據(jù)”與“接收數(shù)據(jù)”交叉連接，再加上信號地線就能實現(xiàn)

90、。串口通信又分查詢和中斷兩種方式，在本系統(tǒng)中，通訊數(shù)據(jù)不固定，數(shù)據(jù)量大，所以采用中斷方式進(jìn)行通訊,具體電路圖3-3所示：</p><p>　　圖3-2 CS5460A與單片機連接圖</p><p>　　圖3-3 通訊模塊硬件接線圖</p><p>　　在設(shè)計中,使用的是12MHz晶振，以定時器T1的方式1制定波特率，此時定時器T1相當(dāng)于一個16位的計數(shù)器,其波特率計

91、算公式如下:</p><p>　　方式1的波特率=定時器T1的溢出率 （1）</p><p>　　定時器T1的溢出率計算公式為：</p><p>　　定時器T1的溢出率= （2）</p><p>　　3.5 液晶顯示的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用液晶的串行接口，單片機通過液晶的串行口

92、SIO向液晶寄存器寫命令，進(jìn)而實現(xiàn)對液晶顯示的控制。其與單片機的連接圖如圖3-4：</p><p><b>　　圖3-4 顯示電路</b></p><p>　　表2-1：串行模式引腳說明</p><p><b>　　3.6 鍵盤的設(shè)計</b></p><p>　　鍵盤用四個按鍵和四個下拉電阻構(gòu)成簡單

93、的鍵盤，四個按鍵分別與單片機的平P2.4、 P2.5、 P2.6、 P2.7口連接，當(dāng)鍵盤被按下后相應(yīng)口被拉低為低圖3-5鍵盤電平，進(jìn)而實現(xiàn)對單片機的控制。連接圖如圖3-5：</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　在單片機測量系統(tǒng)中，軟件的重要性與硬件同等重要。硬件是軀體，軟件是靈魂，但系統(tǒng)的硬件電路確定之后，系統(tǒng)的主要功能還要靠軟件來實現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計很大程度上

94、決定了系統(tǒng)的性能。</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計是在Keil ULINK的軟件環(huán)境下采用C語言編程和調(diào)試的，Keil系列軟件具有良好的調(diào)試界面，優(yōu)秀的編譯效果，豐富的使用資料，應(yīng)用十分廣泛，而C語言功能豐富，表達(dá)能力強，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，即具有高級語言的優(yōu)點，又具有低級語言的許多特點，兩者的完美結(jié)合，很好的實現(xiàn)了軟件功能。</p><p><b>　　4.1主流

95、程圖</b></p><p>　　為了實現(xiàn)電能表的功能,軟件可劃分為:功能操作模塊及系統(tǒng)參數(shù)自校正模塊。系統(tǒng)功能操作模塊的主要功能為:為系統(tǒng)與操作人員之間提供友好的交互界面,對系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理。因此該功能模塊為該電能表的核心部分。其工作流程圖如圖4 -1所示。</p><p>　　其中系統(tǒng)參數(shù)包括波特率、電能常數(shù)等,相應(yīng)的初始化流程包括初始化GPIB 地址及波特率,初始化系統(tǒng)

96、電能常數(shù),初始化電流偏置系數(shù),初始化電壓偏置系數(shù),初始化功率系數(shù)。設(shè)置GPIB 地址對于單個的電能表沒有意義,該電能表用于電能管理系統(tǒng)中時,GPIB 地址特別重要,是本電能表區(qū)別于其他電能表的標(biāo)志。系統(tǒng)參數(shù)自校正模塊主要對該表的系統(tǒng)參數(shù)自校正提供一個管理界面,用戶可以通過該功能模塊對該表的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行校正,并把校正后的數(shù)據(jù)保存。主功能管理模塊主要包括電能檢定功能模塊、電量測量功能模塊、背景光開關(guān)功能模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊及

97、日歷時鐘顯示功能模塊。其中電能檢定功能模塊主要用于送檢,處于該狀態(tài)時,電表把所測電能通過脈沖口輸出,以便和標(biāo)準(zhǔn)表比較。</p><p><b>　　4.2.系統(tǒng)初始化</b></p><p>　　系統(tǒng)開始運行后，初始化程序?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)存放單元清0，將液晶顯示數(shù)據(jù)存放單元清0,設(shè)置串口通信波特率為9600bit/s，并設(shè)置中斷向量，初始化由邊沿觸發(fā)的外部中斷0。</

98、p><p>　　4.3系統(tǒng)子程序模塊</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)參數(shù)自校正模塊</p><p>　　系統(tǒng)參數(shù)自校正模塊主要對該表的系統(tǒng)參數(shù)自校正提供一個管理界面,用戶可以通過該功能模塊對該表的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行校正,并把校正后的數(shù)據(jù)保存。其過程為：給輸入通道加滿量程信號，觀察顯示值，然后根據(jù)顯示值通過鍵盤調(diào)整芯片內(nèi)電壓、電流、功率、等寄存器的參數(shù)，從而實

99、現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后將系統(tǒng)參數(shù)保存，以確保系統(tǒng)的精確測量。其流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　4.3.2電量測量功能模塊</p><p>　　CS5460A測量程序用來控制CS5460A對模擬輸入電量的測量、轉(zhuǎn)換和計算，并將相應(yīng)的測量量，如：瞬時功率、電壓有效值、電流有效值讀取到單片機相應(yīng)的寄存器中，然后單片機根據(jù)系統(tǒng)程序和鍵盤命令進(jìn)行調(diào)用、輸出、顯示。</p>

100、;<p>　　其流程圖如圖4-3：</p><p><b>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)方案設(shè)計的要求，測試過程共分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。</p><p>　　電路按模塊調(diào)試，各模塊逐個調(diào)試后，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。單片機軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保外部電路正常工作后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。&l

101、t;/p><p><b>　　5.1硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試，查看個硬件模塊電路的連線是否與邏輯圖一致，用萬用表檢測有無短路或短路現(xiàn)象，器件的規(guī)格、極性是否有誤。檢查完畢，用萬用表測量一下電路板正負(fù)電源端之間的電阻，排除電源短路的可能性。</p><p><b>　　5.2 軟件調(diào)試</b></p&

102、gt;<p>　　本系統(tǒng)的軟件調(diào)試因AT89S52核心模塊的使用而變得相對容易，keilc軟件開發(fā)環(huán)境，能判斷語法差錯和邏輯差錯，判斷程序無誤后，可以直接下載到單片機中進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　5.1.3 軟硬聯(lián)調(diào)</p><p>　　在軟件和硬件都基本調(diào)通的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)調(diào)。按照由上向下，模塊化設(shè)計的理念對模塊逐個調(diào)試：首先，調(diào)通液晶顯示模塊，接著給芯片C

103、S5460A的電壓通道和電流通道通入滿量程信號，根據(jù)液晶顯示對芯片內(nèi)的校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而對測量進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)試。調(diào)好后，即該芯片能正常工作后，再通以交流市電進(jìn)行進(jìn)一步校準(zhǔn)調(diào)試。然后再調(diào)通訊模塊，等模塊逐一調(diào)通后，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。再連接成一個完整的系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)整體電路圖5-1所示：</p><p><b>　　5.3功能測試</b></p><p>　　完成了整體調(diào)試后

104、，對本設(shè)計進(jìn)行功能測試，為了檢驗其精度,采用人工方法對其進(jìn)行了檢定,采用的裝置有:深圳科陸公司生產(chǎn)的CL311 多功能標(biāo)準(zhǔn)表,準(zhǔn)確度是0. 05 級;深圳科陸公司生產(chǎn)的CL302 多功能電測產(chǎn)品檢定裝置,額定電壓是220V ,標(biāo)稱電流是10A。實驗測得數(shù)據(jù)如表1 所示:</p><p>　　表5-1電能表測試數(shù)據(jù)(cosφ= 0. 5)</p><p>　　圖5-1系統(tǒng)整體電路圖</

105、p><p>　　5.4誤差的定性分析及改進(jìn)措施</p><p>　　由于器件精度的限制，前段調(diào)理電路很難做的十分精確，并且各種干擾對儀表的正常工作都是有害的，電子式表的設(shè)計中除含有隨機誤差外，信號線中電流產(chǎn)生的空間磁場，還有共模干擾，信號源中的諧波分量，本身固有的漂移和噪聲引起的誤差，為了有效地降低系統(tǒng)的誤差，提高電子式電能表的精度，可同時采用硬件抗干擾和軟件抗干擾技術(shù)。</p>

106、<p>　　1.硬件抗干擾措施：</p><p>　　(1) 空間磁場、高次諧波、漂移和噪聲引起的誤差：可在電壓信號進(jìn)入采樣芯片時先通過RC有源低通濾波器，濾除干擾，再送往測試端。</p><p>　　(2) 共模干擾：主要是數(shù)字地、模擬地的干擾，可將模擬地與數(shù)字地分開接地。盡管我們采取了硬件抗干擾措施，但由于干擾信號產(chǎn)生的原因錯綜復(fù)雜，且具有很大的隨機性，很難保證系統(tǒng)完全不受

107、干擾。因此，往往在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上，采取軟件抗干擾技術(shù)加以補充，作為硬件措施的輔助手段，軟件抗干擾技術(shù)方法簡單、靈活方便。</p><p>　　(1)針對前段調(diào)理電路很難做得十分精確的缺陷，可通過軟件調(diào)整設(shè)置CS5460A芯片內(nèi)部寄存器中的值來提高電能表的精確度。</p><p>　　(2)對于AD采樣時的誤差，可通過縮小點間隔，取N次采樣的平均值。</p><p

108、><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過不斷地努力，堅持不懈的調(diào)試，查找并解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題，系統(tǒng)最終達(dá)到了基本的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對電能、電壓有效值、電流有效值、及功率的測量，遺憾的是由于時間緊迫，后續(xù)的PC的通訊功能模塊雖然硬件與軟件設(shè)計準(zhǔn)備工作已經(jīng)做好也未能調(diào)試。串口通訊方面，傳輸距離增大，RS-232C就不能滿足需求，可在后續(xù)的設(shè)計當(dāng)中更換為RS-485，予以替代。系

109、統(tǒng)參數(shù)自校正模塊，校正時手動校正較麻煩，并且精度有限，可以通過編寫系統(tǒng)參數(shù)自動校正程序，當(dāng)系統(tǒng)打到系統(tǒng)參數(shù)自校正模式時，系統(tǒng)自動完成校正。而且設(shè)計的誤差和精度方面受到各方面因素影響較大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，有待于進(jìn)一步的改進(jìn)，還有很大的提升空間。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　[1]張羽等. 單片機原理及應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 200

110、7</p><p>　　[3]樓然苗.單片機課程設(shè)計指導(dǎo) 電子工業(yè)出版社 2007</p><p>　　[4]潘永雄．新編單片機原理與應(yīng)用[M]．西安電子科技大學(xué)社 2003</p><p>　　[5]李莉等. C語言程序設(shè)計教程 科學(xué)出版社 2007</p><p>　　[6]北 高 智 電 子 有 限 公 司 .單相雙向功率/電能IC .

111、CS5460A</p><p>　　[7]鄧文,趙偉等.電能自動抄表技術(shù)及相關(guān)思考.電測與儀表</p><p>　　[J ].2001.(1):5～8 .50</p><p>　　[8]趙偉,龐海波等.電能表技術(shù)的發(fā)展歷程.電測與儀表</p><p>　　[J ].1999.(6):4～7.55</p><p><

112、;b>　　致謝</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼一個多月的畢業(yè)設(shè)計即將過去，在這一個多月的時間里我積極收集資料，認(rèn)真消化、吸收，并積極向老師和同學(xué)請教，學(xué)到了很多東西，現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計已基本完成，在論文即將付梓之際,我首先要感謝我的指導(dǎo)老師王老師，他嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，一絲不茍、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)都深深地感染和激勵著我。從電子式電能表設(shè)計的前期的選題制定、中期的資料提供與思路指引、后期的修正，王老師都始