單相單用戶電能表的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)摘要此課程設(shè)計(jì)主要是通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)電子式數(shù)碼管顯示單相單用戶的用電量，其硬件部分主要以c8051f360單片機(jī)為控制核心，連接電能計(jì)量、led顯示、掉電存儲(chǔ)、按鍵清零等功能模塊組成整個(gè)系統(tǒng)模塊。通過(guò)對(duì)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(duì)采樣電壓電流信號(hào)進(jìn)行處理并相乘轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，再經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器和led顯示器，實(shí)現(xiàn)對(duì)單用戶的用電情況進(jìn)行掉電存儲(chǔ)、按鍵清零等功能。用戶的用電量可以就地讀取，有效地提高了電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，而且整個(gè)電路具有線路布置簡(jiǎn)單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；另外在用戶電子式電能表的前面有6位led數(shù)碼管，最高位數(shù)碼管顯示為戶號(hào)，次高位顯

2、示連接線，后四位為用戶用電量，清楚的顯示了用戶的戶號(hào)及其用電量。此次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了單片機(jī)c8051f360主控芯片、ad7755電能脈沖的轉(zhuǎn)換芯片、74hc165實(shí)現(xiàn)按鍵清零芯片、74hc164驅(qū)動(dòng)八段譯碼顯示器芯片及24c16防止掉電數(shù)據(jù)丟失等芯片，并通過(guò)protel畫(huà)圖、multisim軟件仿真、silicon ide開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件編程調(diào)試、查找資料等學(xué)習(xí)工具，最終實(shí)現(xiàn)了用戶電量在數(shù)碼管上顯示的功能。關(guān)鍵詞：電能表；單片機(jī)c8051f360芯片；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì) abstract the curriculum design is mainly through programming t

3、o achieve the electronic digital display single users electricity, the hardwarepart mainly c8051f360 microcontroller as control core, connect theelectric energy metering, led display, power-down memory, buttonreset function module of the system module. based on the users power supply voltage and cur

4、rent real-time sampling, using special electric energy meter ic, for processing andmultiplication is converted into pulse output and power is proportional to the voltage and current sampling signal, and thenthrough the counter and led display for single user of electricity to power storage, key feat

5、ures such as clear. the user of electricity consumption can be read in situ, effectively improve the accuracy of electric energy metering, and the whole circuit has simple circuitarrangement, high reliability; there are 6 led digital tube in addition to the users of electronic watt-hour meter in fro

6、nt of the most high,digital tube display for households, and secondarily display line, after four for the user of electricity, clearly shows the users account number and power consumption. the curriculum design using the conversion pulse mcu c8051f360 main control chip, ad7755 chip, 74hc165 chip, 74

7、hc164 buttonreset drive eight decoding display chip and 24c16 avoid losing data,chip, and through the protel drawing, the multisim software simulation, silicon ide development environment for software programming and debugging, find information, learning tools, and ultimately the user of electricity

8、 in the digital tube display function.keywords: electric energy meter; c8051f360 chip; hardware design; software design目錄1緒論.2 1.1電能表在國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r.2 1.2 課題的研究?jī)?nèi)容與意義.2 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與主要要求.4 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù).4 2.2 設(shè)計(jì)的主要要求.43 設(shè)計(jì)原理分析.5 3.1設(shè)計(jì)的總體方案.5 3.2 設(shè)計(jì)方案框圖.6 3.3 電能表總電路圖.64 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.8 4.1硬件設(shè)計(jì).8 4.1.1 c8051f360單片機(jī)電路部分.8 4.1.2

9、 +5v穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).9 4.1.3 74hc164驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管顯示的設(shè)計(jì).11 4.1.4 24c16芯片掉電存儲(chǔ)的設(shè)計(jì).13 4.1.5 74hc165芯片按鍵清零的設(shè)計(jì).14 4.1.6 ad7755電能轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì).14 4.2 軟件設(shè)計(jì).17 4.2.1 主函數(shù)流程圖.17 4.2.2 at24c16讀函數(shù)流程圖.18 4.2.3 at24c16寫(xiě)函數(shù)流程圖.19 4.2.4 顯示用戶電量流程圖.20 4.2.5按鍵掃描清零函數(shù)流程圖.20 4.2.6 中斷子程序流程圖.215 課程設(shè)計(jì)總結(jié).22參考文獻(xiàn).23附錄一.24附錄二.25附錄三.271 緒論1.1電能表在國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

10、電能表是我國(guó)電工儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。近幾年，國(guó)家連續(xù)出臺(tái)的多項(xiàng)與電能表行業(yè)發(fā)展相關(guān)的政策以及房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，為電能表需求的上升及保持行業(yè)發(fā)展的相對(duì)穩(wěn)定起到了一定的保障作用。 隨著高新技術(shù)尤其是電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子式、多功能、高精度、多費(fèi)率、自動(dòng)抄表等產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)突顯，且已經(jīng)逐步成為電能表發(fā)展的主流，在未來(lái)幾年里，這種趨勢(shì)將更加明顯。且各行各業(yè)對(duì)電的需求越來(lái)越大，不同時(shí)間用電量不均衡的現(xiàn)象也日益嚴(yán)重。為緩解我國(guó)日趨尖銳的電力供需矛盾，調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線，改善用電量不均衡的現(xiàn)象，全面實(shí)行峰、平、谷分時(shí)電價(jià)制度，“削峰填谷”，提高全國(guó)的用電效率，合理利用電力資源，國(guó)內(nèi)部分省市的電力部門(mén)已

11、開(kāi)始逐步推出了多費(fèi)率電能表，對(duì)用戶的用電量分時(shí)計(jì)費(fèi)。在有條件的地區(qū)，即已經(jīng)實(shí)行一戶一表的居民用電區(qū)，也將有計(jì)劃的開(kāi)發(fā)低谷用電，實(shí)行峰谷電價(jià)，以提高電能利用率，提高居民的用電質(zhì)量。通過(guò)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，電工儀器儀表行業(yè)步入了快速發(fā)展的軌道，同時(shí)也為行業(yè)企業(yè)提供了一個(gè)科技創(chuàng)新的平臺(tái)，電工儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)抓住機(jī)遇，通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的兼收并蓄，并高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)自主開(kāi)發(fā)了一系列高技術(shù)產(chǎn)品。電力用戶是我國(guó)電工儀器儀表最大的用戶群體，需求量占整個(gè)市場(chǎng)需求量的90%，對(duì)該類產(chǎn)品的銷售起著決定性作用。國(guó)家城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造結(jié)束后，電工儀器儀表行業(yè)進(jìn)入了平穩(wěn)過(guò)渡期，以華立集團(tuán)、寧波三星、林洋電子等為代表的行業(yè)企業(yè)不斷拓寬

12、服務(wù)領(lǐng)域，尋求新的發(fā)展空間，從而在競(jìng)爭(zhēng)中提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的凈化和洗禮，產(chǎn)品也發(fā)生了質(zhì)的變化，開(kāi)始從單純量的增長(zhǎng)向技術(shù)創(chuàng)新過(guò)渡，并步入高質(zhì)量、高技術(shù)、高附加值時(shí)代，生產(chǎn)模式逐步向集約化大規(guī)模轉(zhuǎn)變，核心競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)品出口主要以電能表、便攜式電表為主，出口輻射到幾十個(gè)國(guó)家。特別是近幾年，一些企業(yè)還通過(guò)在國(guó)外建廠等形式消化國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)，出口創(chuàng)匯不斷攀升。 1.2 課題的研究?jī)?nèi)容與意義 電子式單用戶多功能電能表，具有測(cè)量精度高，過(guò)載能力強(qiáng)，功率消耗低，性能穩(wěn)定可靠，體積小，重量輕，操作方便；易于實(shí)現(xiàn)管理，適應(yīng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民用等不同用戶群體用電測(cè)量的需求。 本次課程所設(shè)計(jì)的單用戶電

13、子式單相電能表采用單片機(jī)作為中央處理器，對(duì)用戶的用電情況進(jìn)行電能計(jì)量、led顯示，所以用戶的用電量可以直接讀取。電子式電能表與傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表相比，有效地提高了電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。且電子式電能表無(wú)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，具有的強(qiáng)大的功能特點(diǎn)和研究的必要性。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電子式電能表越來(lái)越受到廣大使用者的認(rèn)同與青睞。面對(duì)新的形勢(shì)，全面提高電子式電能表，尤其是技術(shù)含量高的產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，重點(diǎn)突破多費(fèi)率表和多功能表的現(xiàn)狀，使電能表從數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)向技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變是電能表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。電子式電能表是今后一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展主流，技術(shù)含量高的產(chǎn)品發(fā)展空間大，經(jīng)濟(jì)效

14、益也好，更應(yīng)該作為今后發(fā)展重點(diǎn)。而要發(fā)展電子式電能表，核心技術(shù)是關(guān)鍵。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與主要要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)該課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求完成基于c8051f360單片機(jī)的單用戶電子式電能表的設(shè)計(jì)與調(diào)試。其中包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和程序調(diào)試三部分。主要由led顯示模塊、ad7755電能脈沖轉(zhuǎn)換模塊、掉電存儲(chǔ)模塊和按鍵清零等模塊組成。被測(cè)信號(hào)經(jīng)ad7755轉(zhuǎn)換后將電壓、電流、電能等信號(hào)傳輸給單片機(jī)c8051f360主控芯片，然后c8051f360控制其他所有芯片的工作、計(jì)算和顯示。led顯示模塊采用數(shù)碼管顯示被測(cè)用戶的戶號(hào)、用電量；按鍵清零模塊選用74hc165芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能；存儲(chǔ)模塊采用24c16，為

15、系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)掉電不丟失數(shù)據(jù)的功能。1.1.1 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)的整體設(shè)計(jì)、穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、led數(shù)碼管顯示的設(shè)計(jì)、24c16芯片掉電存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)、74hc165芯片按鍵清零的設(shè)計(jì)、ad7755電能轉(zhuǎn)換器等電路的設(shè)計(jì)。1.1.2 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)包括用c8051f360單片機(jī)c語(yǔ)言編寫(xiě)的用戶電量顯示程序、按鍵清零程序、用戶和電量顯示程序、脈沖檢測(cè)程序以及掉電保存等程序，并配有主函數(shù)和各子函數(shù)的流程圖及其說(shuō)明等。2.2 設(shè)計(jì)的主要要求1.該交流電能表能實(shí)現(xiàn)對(duì)單相單用戶交流電能的測(cè)量；2.具有顯示戶號(hào)及用戶用電量的功能； 3.具有按鍵清零的功能；4.具有掉電保存電能數(shù)據(jù)的功能；

16、5.計(jì)100個(gè)脈沖為1度電；6.計(jì)量精度為1%；7.最大計(jì)度容量：99.99kwh。 3 設(shè)計(jì)原理分析3.1設(shè)計(jì)的總體方案系統(tǒng)主要由電量采集轉(zhuǎn)化電路、微處理器控制電路、非易失存儲(chǔ)器電路、顯示電路、供電控制電路、按鍵清零電路等部分組成。電路控制部分選用單片機(jī)芯片c8051f360，它具有片內(nèi)上電復(fù)位、vdd監(jiān)視、看門(mén)狗定時(shí)器等功能，是真正獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)；各電路電源部分選用穩(wěn)壓芯片mc7805，將交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓得到所需電源；數(shù)碼管顯示部分利用74hc164串入并出8位移位寄存器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；數(shù)據(jù)掉電保存部分選用掉電存儲(chǔ)芯片at24c16 ，該芯片是用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造的1

17、6k位的非易失憶的記憶體；按鍵清零部分利用74hc165并入串出8位移位寄存器實(shí)時(shí)掃描按鍵，根據(jù)按鍵要求對(duì)相應(yīng)用戶電量清零；電量采集轉(zhuǎn)化電路采用ad7755脈沖轉(zhuǎn)化芯片將電量采集后轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，用戶的計(jì)量脈沖信號(hào)，經(jīng)i/o接口電路連接到系統(tǒng)總線，在微處理器的控制下，采集并計(jì)其脈沖信號(hào)，達(dá)到100個(gè)脈沖時(shí)電量自加1kwh。3.2 設(shè)計(jì)方案框圖根據(jù)3.2節(jié)中對(duì)總電路方案的設(shè)計(jì)可得到總的方案框圖如下圖3.1所示：線路電壓線路電流電壓互感器電流互感器電能轉(zhuǎn)換脈沖芯片ad7755光電耦合 c8051f360 單片機(jī)74hc164及八段譯碼顯示 e2prm24c1674hc165鍵盤(pán)清零穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源

18、圖3.1 設(shè)計(jì)總體框圖3.3 電能表總電路圖 用protel軟件繪制單相單用戶電能表的總電路圖如下圖3.2所示： 圖3.2 電能表總電路圖4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容4.1硬件設(shè)計(jì) 此課程設(shè)計(jì)采用的是以單片機(jī)c8051f360芯片為核心的電路板，此板的各部分原理圖及內(nèi)部連接圖見(jiàn)附錄一所示。c8051f360單片機(jī)整體電路板包含的模塊主要有c8051f360單片機(jī)、led/fmq報(bào)警、rs-232通信、usb接口、電源接口、lm336-2.5、下載/復(fù)位、外接器件、5v-3.3v、兩路ad輸入、信號(hào)輸入、pcf8563、at24c16、74hc165、74hc164顯示等。本次設(shè)計(jì)中主要用到的部分有c80

19、51f360單片機(jī)、at24c16掉電存儲(chǔ)、 74hc164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示以及74hc165按鍵等模塊，下面將詳細(xì)介紹各模塊。4.1.1 c8051f360單片機(jī)電路部分c8051f360單片機(jī)為主要控制部件，其電路圖如下圖4.1.1所示。它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、vdd監(jiān)視器、看門(mén)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(chǎng)更新 8051 固件。用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(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

20、開(kāi)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)。 圖4.1.1 c8051f360單片機(jī)電路單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中p2口接一并排開(kāi)關(guān)，此設(shè)計(jì)中只用到p2.0口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單用戶電脈沖輸入的模擬；p1.0和p1.1接八段數(shù)碼管控制其顯示；p1.3和p1.6分別接at24c16的sda和scl管腳來(lái)控制存儲(chǔ)部分的電路；p1.2、p1.4和p1.5這三個(gè)口分別與74hc165芯片的對(duì)應(yīng)管腳相連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶電量按鍵清零的功能。4.1.2 +5v穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)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

21、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(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)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(guò)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。 用multisim電路仿真軟件制作出的+5v穩(wěn)壓電源電路圖如下圖4.1.2所示。圖4.1.2 +5v穩(wěn)壓電源電路圖 將圖4.1.2中的+5v穩(wěn)壓電源電路圖進(jìn)行仿真，其結(jié)果如下圖4.1.3所示。 圖4.1.3 +5v直流穩(wěn)壓電源仿真結(jié)果4.1.3 74hc164驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管顯示的設(shè)計(jì) 圖4.1.4 74hc

22、164驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管顯示電路 如圖4.1.4所示為74hc164驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管顯示電路，設(shè)計(jì)中單片機(jī)的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，兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。電路設(shè)計(jì)中74hc164是高速硅門(mén) cmos 器件，是比較典型的移位寄存器，它與低功耗肖特基型 ttl (lsttl) 器件的引腳兼容。74hc164是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)輸入端（dsa 或 dsb）之一串行輸入，任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入，其管腳圖如圖4.1.5所示

23、。74hc164的使用原理為：時(shí)鐘信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)候?qū)⑤敵鲆粋€(gè)數(shù)據(jù)到輸出端d0，當(dāng)時(shí)鐘第二次由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)候?qū)⑤敵龅诙€(gè)數(shù)據(jù)到d0，而第一個(gè)數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到d1端口。依此類推，每一個(gè)時(shí)鐘周期中都有一個(gè)串行數(shù)據(jù)輸出到d0，而其他的數(shù)據(jù)則不斷往高位移動(dòng)直到所有數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。如果不再有時(shí)鐘周期輸入，則這些數(shù)據(jù)將暫存在輸出端。圖4.1.5 74hc164引腳圖數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字0 9、字符a f、h、l、p、r、u、y、符號(hào)“-”及小數(shù)點(diǎn)“.”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)連接如下圖4.1.6所示。圖4.1.6 數(shù)碼管管腳連接圖通過(guò)以上對(duì)74hc

24、164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示電路各個(gè)模塊的介紹，聯(lián)系單片機(jī)的控制原理，可得到c8051f360單片機(jī)控制74hc164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的具體過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接8片74hc164作為8位led顯示接口，把單片機(jī)的p1.0作為數(shù)據(jù)輸出線，p1.1作為移位時(shí)鐘脈沖。其中a、b（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。clk為時(shí)鐘輸入端，可連接到p1.1端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到clk端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74hc164中。q0q7并行輸出端分別接led顯示器的ge各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74hc

25、164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來(lái)一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，8片74hc164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入8個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī)p1.0端輸出的數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片74hc164中了，而當(dāng)?shù)诙?個(gè)脈沖到來(lái)后，這個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第二片74hc164，而新的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第一片74hc164，這樣，當(dāng)?shù)?次8個(gè)脈沖完成后，8位數(shù)據(jù)便顯示在八段數(shù)碼管上了。4.1.4 24c16芯片掉電存儲(chǔ)的設(shè)計(jì) at24c16是用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造的16k位非易失性記憶體鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器，其 fram具有非易失性并且可以象ram一樣快速讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，在掉電后可以保存10年且比eeprom或其他

26、非易失性存儲(chǔ)器可靠性更高、系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，而不像eeprom。24c16以總線速度進(jìn)行寫(xiě)操作，無(wú)延時(shí)，數(shù)據(jù)送到24c16中直接寫(xiě)到具體的單元地址下，可以立即執(zhí)行 。24c16可以承受超過(guò)100億次的讀寫(xiě)或者是比eeprom高一萬(wàn)倍的寫(xiě)操作， 24c16的寫(xiě)能力使得它在需要對(duì)非易失性記憶體快速讀寫(xiě)的狀況下非常理想的完成任務(wù)，這種優(yōu)勢(shì)合并使得系統(tǒng)可以更可靠的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。scl連接c8051f360的p1.6引腳為串行輸入端，上升沿寫(xiě)入；sda連接p1.3為串行輸出端。每次中斷顯示時(shí)寫(xiě)入一次單用戶的脈沖數(shù)量，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)，24c16掉電保存電路

27、如下圖4.1.7所示。圖4.1.7 24c16掉電保存電路 由于其控制引腳較少，占用單片機(jī)口線較少，在少量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中有非常大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，我們只需將校表數(shù)據(jù)及少量的電能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)其中，以做到系統(tǒng)掉電時(shí)不丟失數(shù)據(jù)，免除每次開(kāi)機(jī)時(shí)的校表過(guò)程，故選用控制引腳簡(jiǎn)潔的at24c16將非常的合適。4.1.5 74hc165芯片按鍵清零的設(shè)計(jì)74hc165芯片按鍵清零的電路圖如下圖4.1.8所示，74hc165是8位并行輸入串行輸出移位寄存器，可在末級(jí)得到互斥的串行輸出（q0和q7），當(dāng)并行讀?。╬l）輸入為低時(shí)，從d0到d7口輸入的并行數(shù)據(jù)將被異步地讀取進(jìn)寄存器內(nèi)。而當(dāng)pl為高時(shí)，數(shù)據(jù)將從ds輸入端

28、串行進(jìn)入寄存器，在每個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿向右移動(dòng)一位（q0 q1 q2等）。設(shè)計(jì)中用p1.2作為74hc165 使能端，p1.5作為74hc165 脈沖輸入端p1.4作為74hc165輸出端檢測(cè)按鍵信息，進(jìn)行清零。圖4.1.8 74hc165按鍵清零電路4.1.6 ad7755電能轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)電能變換電路采用ad7755芯片（ib=10a,c=1600kw/h）,它是脈沖輸出的一種高準(zhǔn)確度電能測(cè)量芯片，工作時(shí)ad7755芯片將電流采樣信號(hào)和電壓采樣信號(hào)送入緩沖放大器，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(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，ad7755芯片的快速脈沖輸出為1600脈沖/kwh，與用戶使用電能相

29、對(duì)應(yīng)。ad7755在低頻輸出端提供平均功率信息，在高頻輸出端輸出頻率正比有效功率的脈沖，ad7755還有自校準(zhǔn)功能。ad7755芯片的外圍封裝電路、性能檢測(cè)電路圖及主要參數(shù)分析及計(jì)算見(jiàn)附錄二所示，ad7755的功能框圖如下圖4.1.9所示。 圖4.1.9 ad7755的功能框圖（1）ad7755電能轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)原理如ad7755的功能框圖所示，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號(hào)，由通道一輸入，通道一輸入最大差動(dòng)信號(hào)峰值為470mv，有效值約為330mv；電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，輸入到通道二，通道二輸入最大差動(dòng)信號(hào)峰值為660mv，有效值約為467mv。兩路電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器、濾波器、乘法器等，將信號(hào)輸

30、入到數(shù)字一頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一定頻率的脈沖信號(hào)。對(duì)這個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)就可以計(jì)量用戶的用電量。可編程增益放大器的放大倍數(shù)g可視情況隨意選擇，由g0、gl的邏輯電平確定，通道一的增益選擇表如下4.1.1所示。 表4.1.1 通道一的增益選擇表通過(guò)設(shè)置so、s1可以選擇不同的fl-4進(jìn)行選擇。脈沖輸出的基本方式是從f1或f2輸出，但是這兩個(gè)引腳輸出的脈沖頻率較低，最高為幾百個(gè)脈沖/kw.h。也可以選擇高頻脈沖輸出，高頻脈沖可以從cf端輸出，脈沖數(shù)可達(dá)幾千個(gè)脈沖/ kw.h。 若要使用高頻則需要對(duì)scf引腳進(jìn)行配置。但是實(shí)際使用時(shí)脈沖頻率不可太高，所以，選用這種脈沖輸出方式時(shí) 通常把scf、so、s1

31、都接低電平，脈沖頻率可以低一些。另外在采集電流、電壓信號(hào)時(shí)，要合理選擇采集方式，輸入到通道一、通道二的電壓信號(hào)選在最大允許輸入信號(hào)的1/3到2/3范圍內(nèi)為宜。在這個(gè)范圍內(nèi)，信號(hào)采集誤差較小。在選擇采集信號(hào)方式時(shí)，應(yīng)考慮到抗干擾能力和電阻等原器件的功耗問(wèn)題。若通道一采用電阻分壓方式將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，則g應(yīng)取最大值，這樣可以有效減小電阻上的功率損耗。另外還可以釆用電流互感器，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。這兩種方式各有優(yōu)勢(shì)，將在下面進(jìn)行詳細(xì)敘述。若釆用fl、f2輸出脈沖對(duì)用戶電能進(jìn)行計(jì)量，則可以使得兩個(gè)通道輸入電壓在合理的電壓范圍內(nèi)，即最大允許輸入信號(hào)的1/3到2/3范圍內(nèi)。若釆用高頻脈沖輸出方式

32、，脈沖頻率不應(yīng)太高，這時(shí)通道一、二采集的電壓信號(hào)可能會(huì)低于理想的電壓范圍。但是不會(huì)有太大偏差，不會(huì)對(duì)設(shè)備性能有太大影響。以上是對(duì)ad7755工作原理的簡(jiǎn)單敘述，要真正用好這個(gè)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)本方案設(shè)計(jì)還需要對(duì)一些重要參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算及配置。（2）ad7755外圍電路設(shè)計(jì)ad7755的總體電路除了上述幾個(gè)比較關(guān)鍵的組成部分外，還有時(shí)鐘電路、脈沖輸出接口、電源電路等其他幾個(gè)外圍電路。時(shí)鐘電路釆用和單片機(jī)時(shí)鐘電路一樣的設(shè)計(jì)，但是將晶體振蕩器用ad7755要求3.58mh脈沖輸出接口則采用光耦合器，這樣可以將ad7755電能計(jì)量轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)控制電路進(jìn)行隔離，防止兩側(cè)相互干擾。由于光耦合器將電路分成兩部分

33、，所以兩側(cè)應(yīng)該分別供電。電路原理見(jiàn)圖4.1.10所示。圖4.1.10 ad7755的總體電路4.2 軟件設(shè)計(jì)單用戶單相電能表的程序見(jiàn)附錄三所示，其各個(gè)子程序及總程序流程圖將在下面一一詳細(xì)介紹。流程圖中包括主函數(shù)流程圖、讀at24c16子函數(shù)流程圖、寫(xiě)at24c16子函數(shù)流程圖、用戶電量顯示程序流程圖、按鍵掃描清零函數(shù)流程圖、中斷子函數(shù)流程圖。4.2.1 主函數(shù)流程圖4.2.2 at24c16讀函數(shù)流程圖4.2.3 at24c16寫(xiě)函數(shù)流程圖4.2.4 顯示用戶電量流程圖4.2.5按鍵掃描清零函數(shù)流程圖4.2.6 中斷子程序流程圖 第 34 頁(yè) 共 37 頁(yè)5 課程設(shè)計(jì)總結(jié)為期兩周的單片機(jī)課程設(shè)

34、計(jì)已經(jīng)結(jié)束，通過(guò)對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的制作讓我對(duì)單片機(jī)的理論有了更加深入的了解，并且從中我學(xué)到了很多書(shū)上并不存在東西，并且深刻的認(rèn)識(shí)到書(shū)本上的知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用存在著很大的差距。我選擇的課題是用單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)電子式數(shù)碼管顯示單相單用戶的用電量，其涉及的芯片非常多，主要以c8051f360單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的計(jì)量、led顯示、掉電存儲(chǔ)、按鍵清零等功能。在做這次課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，一開(kāi)始我對(duì)單片機(jī)功能板上的大部分芯片都很陌生，并且感覺(jué)老師給的模塊程序都很難理解，編寫(xiě)程序的時(shí)候非常困難，并且自己在調(diào)試的時(shí)候經(jīng)歷了許多次的失敗，但在老師和周圍同學(xué)的幫助下，經(jīng)過(guò)我們不懈的努力和許多次的修改以及大量的

35、查閱各種資料，程序最終實(shí)現(xiàn)在了單片機(jī)功能板上，那一時(shí)刻，我才認(rèn)識(shí)到程序的神奇之所在，并為自己的成功而感到興奮。這次的簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能將自己所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)處。并且這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)激發(fā)了我對(duì)單片機(jī)及程序更高的熱情，因?yàn)樗軐⑽覀兊南敕ㄍㄟ^(guò)編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)出來(lái)，所以我對(duì)編程的靈活性產(chǎn)生了濃厚的興趣。通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我不僅加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神和自學(xué)能力，只有靠自己的努力和好學(xué)的精神才能在未來(lái)不斷地超越自己。參考文獻(xiàn)1 公

36、茂法，黃鶴松，mcs51/52單片機(jī)原理與實(shí)踐 ，北京航空航天大學(xué)出版社，2009年。2 邱關(guān)源，電路第四版 ,高等教育出版社,2002年。3 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:2003年10月。4 魏立峰，王寶興，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)，北京大學(xué)出版社,2006年。5韓明崗，ad7755在電能表中的應(yīng)用，李淵電子工程雜志，1999年3月。附錄一 圖一 c8051f360單片機(jī)電路板原理圖附錄二圖二 ad7755外圍封裝電路圖三 ad7755性能檢測(cè)電路參數(shù)分析及計(jì)算輸出脈沖方式有兩種，一種是通過(guò)fl、f2輸出的較低頻率的脈沖；另一種是通過(guò)cf端輸出地高頻脈沖。本設(shè)計(jì)中用f

37、l、f2輸出低頻脈沖方式。下面將做詳細(xì)介紹：按照公式f=8.06*v1*v2*g*f1-4/vref2計(jì)算出f。其中v1為通道一的輸入電壓v1*g,即經(jīng)過(guò)程放大器后的輸入電壓有效值；v2為通道二的輸入電壓有效值；可以通過(guò)對(duì)so、s1的配置進(jìn)行選擇。其關(guān)系見(jiàn)表1所示。表1 f1-4換算表通常情況下先根據(jù)最大輸入電流和輸入電壓以及f1-4的取值范圍算出可選脈沖數(shù)范圍，再根據(jù)自己的要求確定實(shí)際脈沖數(shù)，最后有公式f=（8.06*v1*v2*g*f1-4）/vref2向回推算出vi、v2檢驗(yàn)二者是否在各自的理想電壓范圍內(nèi)。若不符合要求再進(jìn)行修改。在計(jì)算出f頻率后，要計(jì)算出一個(gè)小時(shí)會(huì)輸出多少個(gè)脈沖，即f*

38、3600個(gè)。另外要根據(jù)設(shè)計(jì)要求算出一個(gè)小時(shí)耗電量，p=(i*v) /1000 (kw.h),用(f*3600)/p即為脈沖數(shù)/kw.h。例如：本方案在設(shè)計(jì)時(shí)要采用f1輸出脈沖，根據(jù)計(jì)算可選脈沖數(shù)范圍為：126-1005個(gè)脈沖數(shù)/kw.h，實(shí)際選擇1000個(gè)脈沖/ kw.h,且go、g1狀態(tài)為00，因此增益為1, s1、s0狀態(tài)為01，因此f1-4=3.4，選取內(nèi)部給定參考電壓2. 5v。根據(jù)設(shè)計(jì)要求一小時(shí)用電量為(220*10)/1000=2.2度。由上述條件可以算出在f1-4=3.4時(shí)一秒鐘輸出的脈沖數(shù)為500*2.2/3600=1100個(gè)，則f=1100/3600=0.30556hz。最后

39、算出，v1*v2*g=0.06969，由于通道一用于電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電阻較小，不能進(jìn)行較精確的調(diào)節(jié)，所以取通道一輸入電壓有效值為0.22v， 為最大允許輸入電壓有效值的66.7%。通道二的輸入電阻可選的比較大，能夠進(jìn)行較精細(xì)的調(diào)節(jié)，取通道二的輸入電壓為0.317v,為最大允許輸入電壓有效值的68%。此時(shí)兩個(gè)通道的輸入電壓都能夠在理想的電壓測(cè)量范圍內(nèi)，能夠滿足要求。附錄三 設(shè)計(jì)總程序#include c8051f360.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit sl=p12;sbit cl165=p15;sbit qh

40、=p14;bit write=0; /寫(xiě)24c16的標(biāo)志；sbit sda=p13; sbit scl=p16;sbit din=p10;sbit clk=p11;sbit h1=p20;unsigned char tab1=0x00,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff;unsigned char tab=0x88,0xeb,0x4c,0x49,0x2b,0x19,0x18,0xcb,0x08,0x09;unsigned char tab2=0x80,0xe3,0x44,0x41,0x23,0x11,0x10,0xc3,0x00,0x01;uchar bf,s

41、f,gw,sw,hh,j,w,huhao,f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8,f11,f22,f33,f44,f55,f66,f77,f88;unsigned char d1;unsigned int n; del() /延時(shí)unsigned u=200,i;while(u-);for(i=0;i0;m-) for(n=256;n0;n-); void start() /開(kāi)始信號(hào)sda=1;delay1();scl=1;delay1();sda=0;delay1();void stop() /停止sda=0;delay1();scl=1;delay1();sda=1;delay1(

42、);void respons() /應(yīng)答uchar i;scl=1;delay1();while(sda=1)&(i250)i+;scl=0;delay1();void write_byte(uchar date)uchar i,temp;temp=date;for(i=0;i8;i+)temp=temp1;scl=0; delay1();sda=cy;delay1();scl=1;delay1();scl=0;delay1();sda=1;delay1();uchar read_byte()uchar i,k;scl=0;delay1();sda=1;delay1();for(i=0;i8;i+)scl=1;delay1();k=(k1)|sda;scl=0;delay1();return k;void write_add(uchar address,uchar date)start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(address);respons();write_byte(date);respons();stop();uchar read_add(uchar address)uchar date;start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(address);respons