單相單用戶電能表的設(shè)計課程設(shè)計

1、 山東科技大學(xué)課程設(shè)計摘要此課程設(shè)計主要是通過編程來實現(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單片機為控制核心，連接電能計量、led顯示、掉電存儲、按鍵清零等功能模塊組成整個系統(tǒng)模塊。通過對用戶供電電壓和電流實時采樣，采用專用的電能表集成電路，對采樣電壓電流信號進行處理并相乘轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，再經(jīng)過計數(shù)器和led顯示器，實現(xiàn)對單用戶的用電情況進行掉電存儲、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量的準確性，而且整個電路具有線路布置簡單，可靠性高等優(yōu)點；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，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及其用電量。此次課程設(shè)計運用了單片機c8051f360主控芯片、ad7755電能脈沖的轉(zhuǎn)換芯片、74hc165實現(xiàn)按鍵清零芯片、74hc164驅(qū)動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protel畫圖、multisim軟件仿真、silicon ide開發(fā)環(huán)境進行軟件編程調(diào)試、查找資料等學(xué)習(xí)工具，最終實現(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c8051f360芯片；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計 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電能表在國內(nèi)發(fā)展狀況.2 1.2 課題的研究內(nèi)容與意義.2 2 設(shè)計任務(wù)與主要要求.4 2.1 設(shè)計任務(wù).4 2.2 設(shè)計的主要要求.43 設(shè)計原理分析.5 3.1設(shè)計的總體方案.5 3.2 設(shè)計方案框圖.6 3.3 電能表總電路圖.64 設(shè)計的主要內(nèi)容.8 4.1硬件設(shè)計.8 4.1.1 c8051f360單片機電路部分.8 4.1.2

9、 +5v穩(wěn)壓電源的設(shè)計.9 4.1.3 74hc164驅(qū)動led數(shù)碼管顯示的設(shè)計.11 4.1.4 24c16芯片掉電存儲的設(shè)計.13 4.1.5 74hc165芯片按鍵清零的設(shè)計.14 4.1.6 ad7755電能轉(zhuǎn)換設(shè)計.14 4.2 軟件設(shè)計.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)計總結(jié).22參考文獻.23附錄一.24附錄二.25附錄三.271 緒論1.1電能表在國內(nèi)發(fā)展狀況

10、電能表是我國電工儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。近幾年，國家連續(xù)出臺的多項與電能表行業(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、多費率、自動抄表等產(chǎn)品的優(yōu)勢突顯，且已經(jīng)逐步成為電能表發(fā)展的主流，在未來幾年里，這種趨勢將更加明顯。且各行各業(yè)對電的需求越來越大，不同時間用電量不均衡的現(xiàn)象也日益嚴重。為緩解我國日趨尖銳的電力供需矛盾，調(diào)節(jié)負荷曲線，改善用電量不均衡的現(xiàn)象，全面實行峰、平、谷分時電價制度，“削峰填谷”，提高全國的用電效率，合理利用電力資源，國內(nèi)部分省市的電力部門已

11、開始逐步推出了多費率電能表，對用戶的用電量分時計費。在有條件的地區(qū)，即已經(jīng)實行一戶一表的居民用電區(qū)，也將有計劃的開發(fā)低谷用電，實行峰谷電價，以提高電能利用率，提高居民的用電質(zhì)量。通過城鄉(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，同時也為行業(yè)企業(yè)提供了一個科技創(chuàng)新的平臺，電工儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)抓住機遇，通過對國外先進技術(shù)的兼收并蓄，并高標準、高起點自主開發(fā)了一系列高技術(shù)產(chǎn)品。電力用戶是我國電工儀器儀表最大的用戶群體，需求量占整個市場需求量的90%，對該類產(chǎn)品的銷售起著決定性作用。國家城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造結(jié)束后，電工儀器儀表行業(yè)進入了平穩(wěn)過渡期，以華立集團、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，從而在競爭中提高企業(yè)的核心競爭力，經(jīng)過國內(nèi)外市場的凈化和洗禮，產(chǎn)品也發(fā)生了質(zhì)的變化，開始從單純量的增長向技術(shù)創(chuàng)新過渡，并步入高質(zhì)量、高技術(shù)、高附加值時代，生產(chǎn)模式逐步向集約化大規(guī)模轉(zhuǎn)變，核心競爭力不斷增強，產(chǎn)品出口主要以電能表、便攜式電表為主，出口輻射到幾十個國家。特別是近幾年，一些企業(yè)還通過在國外建廠等形式消化國內(nèi)的市場，出口創(chuàng)匯不斷攀升。 1.2 課題的研究內(nèi)容與意義 電子式單用戶多功能電能表，具有測量精度高，過載能力強，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量的需求。 本次課程所設(shè)計的單用戶電

13、子式單相電能表采用單片機作為中央處理器，對用戶的用電情況進行電能計量、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量的準確性。且電子式電能表無論在價格、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，具有的強大的功能特點和研究的必要性。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進步，電子式電能表越來越受到廣大使用者的認同與青睞。面對新的形勢，全面提高電子式電能表，尤其是技術(shù)含量高的產(chǎn)品的市場競爭力，重點突破多費率表和多功能表的現(xiàn)狀，使電能表從數(shù)量優(yōu)勢向技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)變是電能表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。電子式電能表是今后一段時間內(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)濟效

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

15、系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲，可以實現(xiàn)掉電不丟失數(shù)據(jù)的功能。1.1.1 硬件設(shè)計硬件設(shè)計包括單片機的整體設(shè)計、穩(wěn)壓電源的設(shè)計、led數(shù)碼管顯示的設(shè)計、24c16芯片掉電存儲的設(shè)計、74hc165芯片按鍵清零的設(shè)計、ad7755電能轉(zhuǎn)換器等電路的設(shè)計。1.1.2 軟件設(shè)計軟件設(shè)計包括用c8051f360單片機c語言編寫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)的流程圖及其說明等。2.2 設(shè)計的主要要求1.該交流電能表能實現(xiàn)對單相單用戶交流電能的測量；2.具有顯示戶號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100個脈沖為1度電；6.計量精度為1%；7.最大計度容量：99.99kwh。 3 設(shè)計原理分析3.1設(shè)計的總體方案系統(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芯片c8051f360，它具有片內(nèi)上電復(fù)位、vdd監(jiān)視、看門狗定時器等功能，是真正獨立工作的片上系統(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)動數(shù)碼管進行數(shù)據(jù)顯示；數(shù)據(jù)掉電保存部分選用掉電存儲芯片at24c16 ，該芯片是用先進的鐵電技術(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位移位寄存器實時掃描按鍵，根據(jù)按鍵要求對相應(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，用戶的計量脈沖信號，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，采集并計其脈沖信號，達到100個脈沖時電量自加1kwh。3.2 設(shè)計方案框圖根據(jù)3.2節(jié)中對總電路方案的設(shè)計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74hc164及八段譯碼顯示 e2prm24c1674hc165鍵盤清零穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源

18、圖3.1 設(shè)計總體框圖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)計的主要內(nèi)容4.1硬件設(shè)計 此課程設(shè)計采用的是以單片機c8051f360芯片為核心的電路板，此板的各部分原理圖及內(nèi)部連接圖見附錄一所示。c8051f360單片機整體電路板包含的模塊主要有c8051f360單片機、led/fmq報警、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、信號輸入、pcf8563、at24c16、74hc165、74hc164顯示等。本次設(shè)計中主要用到的部分有c80

19、51f360單片機、at24c16掉電存儲、 74hc164驅(qū)動數(shù)碼管顯示以及74hc165按鍵等模塊，下面將詳細介紹各模塊。4.1.1 c8051f360單片機電路部分c8051f360單片機為主要控制部件，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、看門狗定時器和時鐘振蕩器器件，是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。flash 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，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，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(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、開關(guān)，模擬ad7755電量脈沖；pcf8563、24c16部件實時存儲用戶電量信息，并在掉電后保存，單片機上電復(fù)位后能夠從中讀取數(shù)據(jù)。 圖4.1.1 c8051f360單片機電路單片機電路設(shè)計中p2口接一并排開關(guān)，此設(shè)計中只用到p2.0口，實現(xiàn)了對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管腳來控制存儲部分的電路；p1.2、p1.4和p1.5這三個口分別與74hc165芯片的對應(yīng)管腳相連接，來實現(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

21、要使用直流電源供電，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。 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led數(shù)碼管顯示的設(shè)計 圖4.1.4 74hc

22、164驅(qū)動led數(shù)碼管顯示電路 如圖4.1.4所示為74hc164驅(qū)動led數(shù)碼管顯示電路，設(shè)計中單片機的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)計中74hc164是高速硅門 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)通過兩個輸入端（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：時鐘信號從低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候?qū)⑤敵鲆粋€數(shù)據(jù)到輸出端d0，當時鐘第二次由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候?qū)⑤敵龅诙€數(shù)據(jù)到d0，而第一個數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到d1端口。依此類推，每一個時鐘周期中都有一個串行數(shù)據(jù)輸出到d0，而其他的數(shù)據(jù)則不斷往高位移動直到所有數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。如果不再有時鐘周期輸入，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個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符a f、h、l、p、r、u、y、符號“-”及小數(shù)點“.”。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以上對74hc

24、164驅(qū)動數(shù)碼管顯示電路各個模塊的介紹，聯(lián)系單片機的控制原理，可得到c8051f360單片機控制74hc164驅(qū)動數(shù)碼管顯示的具體過程如下：單片機外接8片74hc164作為8位led顯示接口，把單片機的p1.0作為數(shù)據(jù)輸出線，p1.1作為移位時鐘脈沖。其中a、b（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接。clk為時鐘輸入端，可連接到p1.1端。每一個時鐘信號的上升沿加到clk端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，8位二進制數(shù)全部移入74hc164中。q0q7并行輸出端分別接led顯示器的ge各段對應(yīng)的引腳上。在給出了8個脈沖后，最先進入74hc

25、164的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，然后再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出，8片74hc164首尾相串，而時鐘端則接在一起，這樣，當輸入8個脈沖時，從單片機p1.0端輸出的數(shù)據(jù)就進入到了第一片74hc164中了，而當?shù)诙?個脈沖到來后，這個數(shù)據(jù)就進入了第二片74hc164，而新的數(shù)據(jù)則進入了第一片74hc164，這樣，當?shù)?次8個脈沖完成后，8位數(shù)據(jù)便顯示在八段數(shù)碼管上了。4.1.4 24c16芯片掉電存儲的設(shè)計 at24c16是用先進的鐵電技術(shù)制造的16k位非易失性記憶體鐵電隨機存儲器，其 fram具有非易失性并且可以象ram一樣快速讀寫數(shù)據(jù)，在掉電后可以保存10年且比eeprom或其他

26、非易失性存儲器可靠性更高、系統(tǒng)更簡單，而不像eeprom。24c16以總線速度進行寫操作，無延時，數(shù)據(jù)送到24c16中直接寫到具體的單元地址下，可以立即執(zhí)行 。24c16可以承受超過100億次的讀寫或者是比eeprom高一萬倍的寫操作， 24c16的寫能力使得它在需要對非易失性記憶體快速讀寫的狀況下非常理想的完成任務(wù)，這種優(yōu)勢合并使得系統(tǒng)可以更可靠的實時采集數(shù)據(jù)。scl連接c8051f360的p1.6引腳為串行輸入端，上升沿寫入；sda連接p1.3為串行輸出端。每次中斷顯示時寫入一次單用戶的脈沖數(shù)量，實時存儲用戶電量信息，并在掉電后保存，單片機上電復(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。4.1.5 74hc165芯片按鍵清零的設(shè)計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，可在末級得到互斥的串行輸出（q0和q7），當并行讀?。╬l）輸入為低時，從d0到d7口輸入的并行數(shù)據(jù)將被異步地讀取進寄存器內(nèi)。而當pl為高時，數(shù)據(jù)將從ds輸入端

28、串行進入寄存器，在每個時鐘脈沖的上升沿向右移動一位（q0 q1 q2等）。設(shè)計中用p1.2作為74hc165 使能端，p1.5作為74hc165 脈沖輸入端p1.4作為74hc165輸出端檢測按鍵信息，進行清零。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確度電能測量芯片，工作時ad7755芯片將電流采樣信號和電壓采樣信號送入緩沖放大器，經(jīng)模擬乘法器相乘，再經(jīng)v/f轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換將電壓信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，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還有自校準功能。ad7755芯片的外圍封裝電路、性能檢測電路圖及主要參數(shù)分析及計算見附錄二所示，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)計原理如ad7755的功能框圖所示，將電流信號轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號，由通道一輸入，通道一輸入最大差動信號峰值為470mv，有效值約為330mv；電壓信號經(jīng)過處理，輸入到通道二，通道二輸入最大差動信號峰值為660mv，有效值約為467mv。兩路電壓信號經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器、濾波器、乘法器等，將信號輸

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。對這個脈沖信號進行計數(shù)就可以計量用戶的用電量?？删幊淘鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?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設(shè)置so、s1可以選擇不同的fl-4進行選擇。脈沖輸出的基本方式是從f1或f2輸出，但是這兩個引腳輸出的脈沖頻率較低，最高為幾百個脈沖/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)可達幾千個脈沖/ kw.h。 若要使用高頻則需要對scf引腳進行配置。但是實際使用時脈沖頻率不可太高，所以，選用這種脈沖輸出方式時 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、電壓信號時，要合理選擇采集方式，輸入到通道一、通道二的電壓信號選在最大允許輸入信號的1/3到2/3范圍內(nèi)為宜。在這個范圍內(nèi)，信號采集誤差較小。在選擇采集信號方式時，應(yīng)考慮到抗干擾能力和電阻等原器件的功耗問題。若通道一采用電阻分壓方式將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，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，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。這兩種方式各有優(yōu)勢，將在下面進行詳細敘述。若釆用fl、f2輸出脈沖對用戶電能進行計量，則可以使得兩個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，這時通道一、二采集的電壓信號可能會低于理想的電壓范圍。但是不會有太大偏差，不會對設(shè)備性能有太大影響。以上是對ad7755工作原理的簡單敘述，要真正用好這個芯片來實現(xiàn)本方案設(shè)計還需要對一些重要參數(shù)進行分析計算及配置。（2）ad7755外圍電路設(shè)計ad7755的總體電路除了上述幾個比較關(guān)鍵的組成部分外，還有時鐘電路、脈沖輸出接口、電源電路等其他幾個外圍電路。時鐘電路釆用和單片機時鐘電路一樣的設(shè)計，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電能計量轉(zhuǎn)換電路與單片機控制電路進行隔離，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。電路原理見圖4.1.10所示。圖4.1.10 ad7755的總體電路4.2 軟件設(shè)計單用戶單相電能表的程序見附錄三所示，其各個子程序及總程序流程圖將在下面一一詳細介紹。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 共 37 頁5 課程設(shè)計總結(jié)為期兩周的單片機課程設(shè)

34、計已經(jīng)結(jié)束，通過對這次課程設(shè)計的制作讓我對單片機的理論有了更加深入的了解，并且從中我學(xué)到了很多書上并不存在東西，并且深刻的認識到書本上的知識與實際的應(yīng)用存在著很大的差距。我選擇的課題是用單片機通過編程來實現(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單片機為控制核心，實現(xiàn)對電能的計量、led顯示、掉電存儲、按鍵清零等功能。在做這次課程設(shè)計的時候，一開始我對單片機功能板上的大部分芯片都很陌生，并且感覺老師給的模塊程序都很難理解，編寫程序的時候非常困難，并且自己在調(diào)試的時候經(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，程序最終實現(xiàn)在了單片機功能板上，那一時刻，我才認識到程序的神奇之所在，并為自己的成功而感到興奮。這次的簡單的課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能將自己所學(xué)的知識運用到實處。并且這次單片機課程設(shè)計激發(fā)了我對單片機及程序更高的熱情，因為它能將我們的想法通過編程的方式來實現(xiàn)出來，所以我對編程的靈活性產(chǎn)生了濃厚的興趣。通過這次單片機課程設(shè)計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(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)的精神才能在未來不斷地超越自己。參考文獻1 公

36、茂法，黃鶴松，mcs51/52單片機原理與實踐 ，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及其原理，第1期:2003年10月。4 魏立峰，王寶興，單片機原理及應(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性能檢測電路參數(shù)分析及計算輸出脈沖方式有兩種，一種是通過fl、f2輸出的較低頻率的脈沖；另一種是通過cf端輸出地高頻脈沖。本設(shè)計中用f

37、l、f2輸出低頻脈沖方式。下面將做詳細介紹：按照公式f=8.06*v1*v2*g*f1-4/vref2計算出f。其中v1為通道一的輸入電壓v1*g,即經(jīng)過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；可以通過對so、s1的配置進行選擇。其關(guān)系見表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檢驗二者是否在各自的理想電壓范圍內(nèi)。若不符合要求再進行修改。在計算出f頻率后，要計算出一個小時會輸出多少個脈沖，即f*

38、3600個。另外要根據(jù)設(shè)計要求算出一個小時耗電量，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)計時要采用f1輸出脈沖，根據(jù)計算可選脈沖數(shù)范圍為：126-1005個脈沖數(shù)/kw.h，實際選擇1000個脈沖/ 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)計要求一小時用電量為(220*10)/1000=2.2度。由上述條件可以算出在f1-4=3.4時一秒鐘輸出的脈沖數(shù)為500*2.2/3600=1100個，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)換為電壓信號的電阻較小，不能進行較精確的調(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，能夠進行較精細的調(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%。此時兩個通道的輸入電壓都能夠在理想的電壓測量范圍內(nèi)，能夠滿足要求。附錄三 設(shè)計總程序#include c8051f360.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit sl=p12;sbit cl165=p15;sbit qh

40、=p14;bit write=0; /寫24c16的標志；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unsigned u=200,i;while(u-);for(i=0;i0;m-) for(n=256;n0;n-); void start() /開始信號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