基于AT89C51單片機(jī)的多功能電表設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題 目：基于at89c51單片機(jī)的多功能電表設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2013年 4 月摘 要隨著物質(zhì)生活的富裕，很多人搬入城市，電量成為大家生活的1部分。我們以fm3307/8單片機(jī)為核心，對8戶居民的用電量進(jìn)行測量，讓大家了解什么如何利用單片機(jī)來測量電量。8路脈沖輸出電能計(jì)量芯片ad7755能夠把居民的用電量轉(zhuǎn)換為一定數(shù)量的脈沖。74hc164串入并出8位移位寄存器和led顯示器能夠?qū)崟r(shí)循環(huán)顯示8戶居民的用電量。at24c16通過i2c總線和單片機(jī)連接，單片機(jī)將居民的用電量實(shí)時(shí)寫入at24c16當(dāng)斷電時(shí)at24c16仍能保存數(shù)據(jù)，再次上電

2、后單片機(jī)將其保存的數(shù)據(jù)讀出從而實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。電能表通過rs-485總線與抄表集中器相連，接收抄表集中器下達(dá)的抄表，或預(yù)付費(fèi)、清零等命令。抄表集中器內(nèi)有g(shù)prs通信模塊，mc5，通過gprs通信網(wǎng)與中心計(jì)算機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳或命令的下達(dá)。工作時(shí)，電壓經(jīng)電阻的分壓、電流經(jīng)電流互感器在取樣電阻上取樣后，送入專用電能芯片進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到cpu進(jìn)行計(jì)算。由于采用了專用的電能處理芯片，使得電壓電流采樣分辨率大為提高，且有足夠的時(shí)間來更加精確的測量電能，從而使電能表的計(jì)量準(zhǔn)確度有了顯著改善。cpu用于分時(shí)計(jì)費(fèi)和處理各種輸入輸出數(shù)據(jù)，通過串行接口將專用電能芯片的數(shù)據(jù)讀出，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)段

3、完成分時(shí)有功電能計(jì)量和最大需量計(jì)量功能，根據(jù)需要顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)、通過紅外或rs485接口進(jìn)行通訊傳輸，并完成運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測，記錄存儲各種數(shù)據(jù)。讓計(jì)算機(jī)根據(jù)電費(fèi)不同價(jià)格的時(shí)間分割點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電能表的復(fù)費(fèi)率功能。計(jì)算機(jī)將用戶提前購買的電量寫入電能表中，當(dāng)電量減到0時(shí)，控制口p4，動(dòng)作切斷供電。關(guān)鍵詞：功率測量、at89c51單片機(jī)、ade7755、led顯示electricity automatic controllerabstract：along with the material life of the rich, many people move into the city, as the 1 p

4、art of your life. we use fm3307/8 microcontroller as the core of the 8 households electricity consumption measurement, let everyone know what how to use single chip microcomputer to measure the amount of power. 8 pulse output electric energy metering chip ad7755 to the residents of the electricity i

5、nto a certain number of pulses. 74hc164 series input and output 8 bit shift register and led monitor can display real-time circulation of 8 households of electricity. at24c16 through the i2c bus and the singlechip is connected with the mcu will residents consumption real-time write at24c16 when powe

6、r at24c16 can still save the data once again after power on the mcu will save the data read "in order to achieve power-down protection. electric energy meter through the rs-485 bus and the concentrator is connected to receive the meter reading concentrator reading or prepaid, reset command. met

7、er reading concentrator has gprs communication module mc55 to realize data ， the upload or command through gprs communication network and center computer connection "issued.when working, voltage through the resistor divider, a current through the current transformer in the sampling resistance a

8、fter sampling, into the special power chip for processing, and converted into digital signal is sent to the cpu calculation. due to the adoption of a special power chip, the voltage and current sampling resolution is improved greatly, and have enough time to more accurate measurement of electric ene

9、rgy metering, so that the electric power meter accuracy has been significantly improved. cpu is used for time-sharing charging and processing a variety of input and output data, the special power chip via the serial interface to read data, and according to the preset time complete the time-sharing a

10、ctive electric energy metering and demand maximum measurement function, according to the need to display the data communication transmission, infrared or rs485 interface, monitoring and operation parameters store all kinds of data, records. let the computer according to the different price of electr

11、icity time division point of the realization of multi-rate function table. computer users will advance purchase power into electric energy meter when in power to 0 of the control port，p4 action to cut off power supply.key words: power measurement、at89c51 mcu、ade7755、led display目錄前言1第一章 論述21.1課題的背景及應(yīng)

12、用范圍21.2課題的目的2第二章 脈沖輸出的電能計(jì)量集成電路32.1 論述32.2工作原理42.3 ade7755單相表計(jì)量芯片 4 第三章 多功能電表的核心74hc164與led數(shù)碼顯示 83.1. 八位串入、并出移位寄存器74hc16483.2 led數(shù)碼管9第四章 at24c16和單片機(jī)連接的中轉(zhuǎn)站i2c總線104.1 i2c總線介紹104.2 i2c總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與接口104.3 i2c總線的信號與數(shù)據(jù)傳輸11第五章 串行e2prom芯片at24cxx135.1 at24cxx系列的基本功能135.2 at24cxx的工作原理14第六章 電能表與抄表集中器的紐帶rs-485總線176.

13、1 rs-485簡介176.2 rs-485電平與ttl電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路19第七章 抄表集中器的核心gprs通訊技術(shù)介紹207.1 gprs工作原理207.2 gprs模塊主要性能簡介21謝辭23參考文獻(xiàn)24前言電能表，是用來測量電能的儀表，又稱電度表，火表，千瓦小時(shí)表，指測量各種電學(xué)量的儀表。電能可以轉(zhuǎn)換成各種能量。如：通過電爐轉(zhuǎn)換成熱能，通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過電燈轉(zhuǎn)換成光能等。在這些轉(zhuǎn)換中所消耗的電能為有功電能。而記錄這種電能的電表為有功電能表。伴隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的前進(jìn)步伐，工業(yè)及居民用電急劇增加，龐大的供電網(wǎng)絡(luò)給用電管理單位帶來了巨大挑戰(zhàn)，也給居民、工廠帶來了諸多不便。于是我們便出

14、現(xiàn)了1種新型的電表，多功能電表。所謂多功能電能表是指除計(jì)量有功（無功）外還具有分時(shí)、測量需量等兩種以上的功能，并能顯示，存儲和輸出數(shù)據(jù)的電能表本課題研究的功能電能表能夠讓居民可以方便的完成電量繳費(fèi)，用戶對用電量更加清晰明了。第一章 本課題的研究背景1.1課題的背景及應(yīng)用范圍作為測量電能的專用儀表電能表,自誕生至今已有100多年的歷史。電能表又俗稱電度表或千瓦時(shí)表。電能表在電能管理儀器儀表中占有很大比例,它的性能直接影響著電能管理的效率和科學(xué)化水平。100多年來隨著電力系統(tǒng)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電能管理系統(tǒng)的不斷完善電能表的結(jié)構(gòu)和性能也經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。 伴隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的前進(jìn)

15、步伐，工業(yè)及居民用電急劇增加，龐大的供電網(wǎng)絡(luò)給用電管理單位帶來了巨大挑戰(zhàn)，也給居民、工廠帶來了諸多不便。為此我國在“十二五規(guī)劃”中提出建設(shè)“智能電網(wǎng)”的解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、電信網(wǎng)三網(wǎng)融合。傳統(tǒng)的機(jī)械式電能表及電子式電能表無論是在計(jì)量精度還是在信息傳遞方面都難以滿足“智能電網(wǎng)”的需求，在這種情況下多功能電能表應(yīng)運(yùn)而生。多功能電能表是指具有多功能、智能化等功能的新式電表，是智能電網(wǎng)的基本設(shè)備之一。多功能電能表能夠更精確、更快速的完成對電能的計(jì)量任務(wù)，而且電表可以通過加密防止用戶竊電，安全性更高。本課題研究的功能電能表能夠讓居民可以方便的完成電量繳費(fèi)，用戶對用電量更加清晰明了。1.2課題的

16、目的 本課題的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)限電自動(dòng)控制器，使其在允許用電功率范圍內(nèi)能正常用電，超過限定功率即自動(dòng)停電且發(fā)出報(bào)警聲，并能通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前電流，電壓，功率值。解決在生活中因違章使用大功率電器，使電路超負(fù)荷供電，從而造成電路老化引起火災(zāi)事故。真正確保公寓、學(xué)校、宿舍、網(wǎng)吧等用電量相對大的場所的用電安全。第二章 脈沖輸出的電能計(jì)量集成電路2.1 論述ad7755是一種高準(zhǔn)確度電能測量集成電路，其技術(shù)指標(biāo)超過了iec1306規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。有關(guān)iec1306電能表參考設(shè)計(jì)方案介紹，請參見adi公司應(yīng)用筆記an559。ad7755只在adc和基準(zhǔn)源中使用模擬電路，所有其它信號處理都使用數(shù)字電路，這

17、使ad7755在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性。ad7755的引腳f1和f2以較低頻率形式輸出有功功率平均值，能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器或與微控制器接口。引腳cf以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值，用于校驗(yàn)或與微控制器接口。ad7755內(nèi)部包含一個(gè)對avdd電源引腳的監(jiān)控電路，在avdd上升到4v之前ad7755一直保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)avdd降到4v一下ad7755也被復(fù)位，此時(shí)f1，f2和cf都沒有輸出。內(nèi)部相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的，無論通道1內(nèi)的高通濾波器hpl，是接通的還是斷開的。內(nèi)部的空載閾值特性保證ad7755在空載時(shí)沒有潛動(dòng)。2.2工作原理兩個(gè)ad

18、c對來自電流和電壓傳感器的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化，這兩個(gè)adc都是16位二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器，過采樣速率達(dá)900khz。ad7755的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動(dòng)態(tài)范圍，大大簡化了傳感器接口可以與傳感器直接連接。電流通道中的pga進(jìn)一步簡化了傳感器接口。電流通道中的hpf濾掉電流信號中的直流分量從而消除了由于電壓或電流失調(diào)所造成的有功功率計(jì)算上的誤差。2.3ade7755單相表計(jì)量芯片2.3.1 ade7755單相表計(jì)量芯片概述ade7755是一款適用于單相配電系統(tǒng)的高精度電能計(jì)量ic。它可提供基于輸電線電壓和電流計(jì)算的瞬時(shí)有功功率和平均有功功率。該器件規(guī)范超過iec61036標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度要求。ade7755

19、中使用的唯一模擬電路是adc和參考電壓電路。所有其它信號處理（例如乘法和濾波）都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的。這種信號處理方法可在隨環(huán)境條件和時(shí)間變化的很大范圍內(nèi)提供優(yōu)異的穩(wěn)定性和精度。電流通道提供高增益模式,可直接連接低阻值分流電阻器而不損失動(dòng)態(tài)范圍。兩通道之間的增益校準(zhǔn)在器件外部進(jìn)行調(diào)整。ade7755采用ssop封裝。在各種負(fù)載條件下提供低頻（f1/f2）和高頻（cf）同步輸出。ade7755是一種高準(zhǔn)確度電能測量集成電路,其技術(shù)指標(biāo)超過iec1036 規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。ade7755只在 adc 和基準(zhǔn)源中使用模擬電路,所有其它信號處（如相乘和濾波）都使用數(shù)字電路, 這使ade7755 在惡劣的環(huán)

20、境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性。ade7755 引腳 f1 和 f2 以較低頻率形式輸出有功功率平均值,能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器或與微控制器（mcu）接口。引腳cf 以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值,用于校驗(yàn)或與mcu 接口。ade7755內(nèi)部包含一個(gè)對 avdd 電源引腳的監(jiān)控電路。在 avdd 上升到 4v 之 前,ade7755一直保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)avdd 降到 4v 以下,ade7755也被復(fù)位,此時(shí) f1,f2 和 cf 都沒有輸出。內(nèi)部相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的,無論通道1 內(nèi)的高通濾波器（hpl）是接通的還是斷開的。內(nèi)部的空載閾值特性保證 ade77

21、55在空載時(shí)沒有潛動(dòng)。 2.3.2 ade7755單相表計(jì)量原理框圖圖2-12.3.3ad7755面臨的問題及注意事項(xiàng)1，在某些特殊場合的使用過程中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)ad7755的cf和f1/f2兩個(gè)輸出有不同步現(xiàn)象,這是由于在負(fù)載電流小于國際標(biāo)準(zhǔn)iec1036和國家標(biāo)gbn7215規(guī)定的啟動(dòng)電流時(shí)(ad7755的啟動(dòng)電流要小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的啟動(dòng)電流),ad7755的cf端的工作方式和f1/f2端的工作不完全相同,f1/f2端可能會(huì)處于工作和不工作之間,導(dǎo)致兩端口輸出不完全一致,按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,負(fù)載電流小于啟動(dòng)電流,電能表可以不作計(jì)量,因此雖然不同步但輸出結(jié)果都符合國家標(biāo)準(zhǔn)。2，為了使電源的紋波和噪聲減小到

22、最低程度,dvdd(數(shù)字電源引腳)、avdd(模擬電源引腳)refin/out(基準(zhǔn)電壓輸入輸出引腳)都應(yīng)使用10f電容并聯(lián)100nf瓷介電容進(jìn)行去耦。3，cf的輸出即使在穩(wěn)定負(fù)載條件下仍然隨時(shí)間變化,這種變化是由于瞬時(shí)有功功率信號中的cos2t引起的.cf以高頻輸出時(shí),對瞬時(shí)有功功率進(jìn)行累加完成頻率轉(zhuǎn)換的過程,累加時(shí)間較短,減弱了對cos2t的平均作用,部分瞬時(shí)功率信號成分通過了數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器,解決辦法是cf的輸出頻還應(yīng)該用頻率計(jì)數(shù)器進(jìn)一步平均,消除紋波。cf用于帶微處理器的計(jì)量場合,也應(yīng)平均后再計(jì)算功率。4，ad7755是對esd(靜電放電)敏感的器件,在人體和測試設(shè)備上的靜電荷很容易累計(jì)

23、高達(dá)4000v,并在沒有察覺的情況下被放電,雖然有esd保護(hù)電路,但高能量的放電仍能造成器件的永久性損壞,因此應(yīng)該采取靜電放電預(yù)防措。2.3.4 數(shù)據(jù)處理部分此部分由8253、單片機(jī)和lcd顯示電路組成.芯片8253內(nèi)部有3個(gè)獨(dú)立16位計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)頻率達(dá)2mhz,而ad7755在輸入滿度交流信號的情況下,cf的最高輸出頻率為5.57khz,完全可滿足ad7755的計(jì)數(shù)要求,可通過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)多路測量.內(nèi)部定時(shí)器設(shè)定積分時(shí)間內(nèi)對cf輸出的脈沖計(jì)數(shù),平均功率正比于平均頻率:平均功率=脈沖個(gè)數(shù)/積分時(shí)間.一個(gè)周期內(nèi)消耗的電能為:電能=平均功率×積分時(shí)間=脈沖個(gè)數(shù).本文重點(diǎn)分析三相交流電

24、的測量.2三相交流電有三相三線制和三相四線制,三相三線制一般ia+ib+ic=0,其三相有功功率為p=uania+ubnib+ucnic=uania+ubnib-ucn(ia+ib)=uacia+ubcib (4)三相四線制其三相有功功率之和為p=uania+ubnib+ucnic (5)由式(4),式(5)可知,三相三線制功率輸入信號為線電壓和相電流,三相四線制為相電壓和相電流,我們可在測量原理圖的基礎(chǔ)上用圖4對三相有功功率進(jìn)行測三線四線制時(shí),直接取3個(gè)相電壓和3個(gè)相電流分送3個(gè)ad7755,ad7755輸出脈沖送8253,由它的3個(gè)獨(dú)立計(jì)數(shù)器計(jì)量功率脈沖.三相三線制只需接2個(gè)ad7755,

25、另一個(gè)ad7755沒有脈沖輸出,對應(yīng)計(jì)數(shù)器值為零。圖2-2：三相有功功率測量原理示意圖2.3.5 ad7755有關(guān)電路核心芯片，分流器，分壓電路，基本電壓源，保護(hù)電路，光電耦合器輸出電路。圖2-3：原理示意圖第三章 多功能電表核心74hc164與led數(shù)碼顯示74hc164是高速硅門 cmos 器件，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(gè)輸入端，a或b，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。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

26、。時(shí)鐘 (clk) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 q0，q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，a和b，的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。主復(fù)位 ( mr_) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。 3.1 特性 門控串行數(shù)據(jù)輸入，異步中央復(fù)位，符合 jedec 標(biāo)準(zhǔn) no. 7a，靜電放電 (esd) 保護(hù), hbm eia/jesd22-a114-b 超過 2000 v,mm eia/jesd22-a115-a 超過 200 v 。多種封裝形式，額定從 -40 °c 至 +85 °c 和 -40 

27、6;c 至+12 5 °c 。3.1.3中央處理器（cpu）。是單片機(jī)的核心單元，通常由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件alu和控制部件構(gòu)成。cpu就象人的大腦一樣，決定了單片機(jī)的運(yùn)算能力和處理速度。并行輸入/輸出（i/o）口:通常為獨(dú)立的雙向口，任何口既可以用作輸入方式，又可以作輸出方式，通過軟件編程來設(shè)定?，F(xiàn)代的單片機(jī)的i/o口也有不同的功能 ，有的內(nèi)部具有上拉或下拉電阻，有的是漏極開路輸出，有的能提供足夠的電流可以直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。i/o是單片機(jī)的重要資源，也是衡量單片機(jī)功能的重要指針之一。串口輸入/輸出口:用于單片機(jī)和串行設(shè)備或其它單片機(jī)的通信。串行通信有同步和異步之分，這可以用硬件或通用串

28、行收發(fā)器件來實(shí)現(xiàn)。不同的單片機(jī)可能提供不同標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口，如uart、spi、micro wire等。3.2 led數(shù)碼管led數(shù)碼管（led segment displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解led的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共

29、陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。第四章at24c16和單片機(jī)連接的中轉(zhuǎn)站i2c總線4.1 i2c總線介紹i2c 總線支持任何ic 生產(chǎn)過程(nmos cmos、雙極性）。兩線串行數(shù)據(jù)（sda）和串行時(shí)鐘 （scl）線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識別（無論是微控制器mcu、lcd 驅(qū)動(dòng)器、存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個(gè)發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。很明顯，lcd 驅(qū)動(dòng)器只

30、是一個(gè)接收器，而存儲器則既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。除了發(fā)送器和接收器外器件在執(zhí)行數(shù) 據(jù)傳輸時(shí)也可以被看作是主機(jī)或從機(jī)（見表1）。主機(jī)是初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸并產(chǎn)生允許傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號的器件。此時(shí)，任何被尋址的器件都被認(rèn)為是從機(jī)。4.2 i2c總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與接口在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，必須確定數(shù)據(jù)傳送的其實(shí)和結(jié)束。在i2c總線技術(shù)規(guī)范中，有嚴(yán)格的時(shí)序表示起始信號和結(jié)束信號，或起始信號和停止信號。在傳輸數(shù)據(jù)開始前，主控器件應(yīng)發(fā)送起始位，通知從器件做好接收準(zhǔn)備，在傳輸數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，主控器件應(yīng)發(fā)送停止位，通知從器件停止接收。起始位時(shí)序，當(dāng)scl位為高位時(shí)，sda線由高到低的轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)信號是一種電平跳變時(shí)序信號

31、，而不是一個(gè)電平信號。啟動(dòng)信號是由主控器主動(dòng)建立的，在建立該信號之前i2c總線必須處于空閑狀態(tài)，總線在起始條件后被認(rèn)為處于忙的狀態(tài)如圖所示。圖4-1：起始信號停止位時(shí)序，當(dāng)scl位為高位時(shí)，sda線由低到高的轉(zhuǎn)換。停止信號也是一種電平跳變時(shí)序信號，而不是一個(gè)電平信號，停止信號也是由主控器主動(dòng)建立的建立該信號之后，i2c總線將返回空閑狀態(tài)，在停止條件的某段時(shí)間后，總線被認(rèn)為再次處于空閑狀態(tài)，并等待下一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。如果產(chǎn)生重復(fù)起始條件而不產(chǎn)生停止條件，總線就會(huì)一直處于忙的狀態(tài)。如圖所示：圖4-2：停止信號連接到i2c總線上的器件，若具有i2c總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號。對于

32、不具備i2c總線硬件接口的有些單片機(jī)來說為了檢測起始和終止信號，必須保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對數(shù)據(jù)線sda采樣兩次。4.3 i2c總線的信號與數(shù)據(jù)傳輸與起始信號和結(jié)束信號不同，i2c總線在傳輸數(shù)據(jù)過程中，對傳輸?shù)拿恳晃籹da信號線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號scl處于高電平時(shí)期必須保持穩(wěn)定，sda的高低電平狀態(tài)即此時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位，只有在scl信號線處于低電平時(shí)，sda信號線上的電平狀態(tài)才能改變，如圖4-3：圖4-3 ；sda和scl的時(shí)序關(guān)系第五章 串行e2prom芯片at24cxx5.1 at24cxx系列的基本功能 at24cxx的主要特點(diǎn) at24c01/02/04/08/16/32/64是 采 用c

33、mos工 藝 制 成 的128/256/512/1k/2k/4k/8k，8的串行e2prom，典型的寫周期為幾個(gè)ms有字節(jié)寫和頁寫兩種寫入方式，頁寄存器大小分為8/8/8/16/16/32/32，擦除/寫入的壽命一般達(dá)10萬次以上。數(shù)據(jù)保存壽命達(dá)100年以上。電源等級根據(jù)用戶需要有1.8、2.5、2.7、5.0v等四種，低功耗工作電流1ma，備用狀態(tài)不到10ua，較常見的有8腳dip封裝、8腳soic封裝。at24cxx的引腳說明 at24cxx的典型封裝引腳如圖5.1所示。 圖 5-1 ：at24cxx的典型封裝 scl，串行時(shí)鐘輸入端。在上升沿時(shí)寫入e2prom數(shù)據(jù)，在下降沿時(shí) 輸出e2p

34、rom數(shù)據(jù)。 sda，串行數(shù)據(jù)輸入|輸出端。 wp，寫保護(hù)引腳。wp=0時(shí)，芯片正常寫入操作。wp=1時(shí)，只能讀存儲器。 a0a1a2，地址輸入引腳。 vcc，電源端。 gnd，接地端。 5.2 at24cxx的工作原理 器件地址，對于掛接在i2c總線上的多個(gè)i2c器件，cpu訪問其中的某個(gè)器件時(shí)，首先是匹配器件地址，在器件地址中還包含了訪問該器件的讀寫方向。 at24cxx的器件地址的數(shù)據(jù)格式如表5.1所示 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0分別對應(yīng) 1 0 1 0 a2 a1 a0 r/w 表5.1 at24cxx的器件地址的數(shù)據(jù)格式，對于at24c01/02/04/08/16

35、/32/64系列芯片，存儲器單元數(shù)量分別為128/256/512/1k/2k/4k/8k個(gè)字節(jié)，其地址范圍的上限分別為 7fh,ffh,1ffh,3ffh,7ffh,fffh,1fffh,存儲單元的地址尋址范圍為a0a6、a7、a8、a9、a10、a11、a12。 在訪問i2c器件時(shí)，緊跟在器件地址后要訪問存儲器單元地址，對于at24c01/02，單個(gè)字節(jié)的存儲器地址已經(jīng)足夠表示想要訪問的任何一個(gè)存儲器空間。此時(shí)器件地址中的a2、a1、a0的值必須與引腳上的a2、a1、a0邏輯完全一致，才能稱為其間匹配。因此2根i2c總線上最多可以掛接8個(gè)at24c01/02器件。在訪問某個(gè)器件時(shí)，cpu發(fā)出

36、的器件地址中a2、a1、a0值與該器件引腳a2、a1、a0電平相一致，才能訪問到該器件。對于at24c04，由于存儲器單元尋址時(shí)存在高位地址a8位，此時(shí)a8將借用器件地址的a0位，由于a0位懸空處理，因此，2根i2c總線上最多可以掛接4個(gè)at24c04。相同的原理對于at24c08，存儲器單元存儲器單元高位地址a8、a9將分別借用器件地址大的a0、a1位，對于at24c16，存儲器單元高地址a8、a9、a10將分別將用器件地址的a0a1、a2位。顯然2跟i2c總線上最多可以掛接2個(gè)at24c08或1個(gè)at24c16。對于容量更大的at24c32/64，顯然再借用a2、a1、a0是不夠的因此緊跟

37、在器件地址后的存儲器單元地址采用2個(gè)字節(jié)，高位地址在前低位地址在后訪問某個(gè)器件地址時(shí)cpu發(fā)出的2、1、0值必須與該器件上的2、1、0邏輯相匹配。接口工作時(shí)序 有關(guān)at24c的啟動(dòng)條件、停止條件、應(yīng)答信號、非應(yīng)答信號、數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的接收等時(shí)序由于at24c是標(biāo)準(zhǔn)的器件詳見部分。 at24c的寫包括字節(jié)寫和頁寫，其頁寫的機(jī)制存在頁內(nèi)地址自動(dòng)增量、頁面回卷等現(xiàn)象但各個(gè)at24c器件的頁寄存器大小有所不同。 字節(jié)寫 字節(jié)寫的過程包括啟動(dòng)條件、寫入器件地址、存儲器單元地址、寫入數(shù)據(jù)以及停止條件。由于存儲器容量大的器件at24c32、at24c64的存儲器單元地址為2個(gè)字節(jié)因此字節(jié)寫的格式根據(jù)不同的

38、器件會(huì)有所不同，字節(jié)寫的幀格式如圖所示。在發(fā)出停止條件后，對于這類非易失性的存儲器，都要經(jīng)歷一個(gè)寫周期后才能再次對該芯片進(jìn)行操作。圖5-2：at24c01/02/04/08/16：頁寫 頁寫操作能對存儲器地址連續(xù)的單元進(jìn)行小批量的數(shù)據(jù)存儲。這里同樣存在單字節(jié)和雙字節(jié)存儲器單元地址的問題。 at24的讀寫操作包括當(dāng)前地址讀、指定地址讀和系列讀三種情況。對于讀操作不存在寫周期需延時(shí)等待的問題,即在發(fā)生一次讀操作后可以馬上再進(jìn)行讀寫操作。當(dāng)前地址讀當(dāng)前地址讀是指讀出上次操作讀或?qū)懙淖詈蟊辉L問單元的下一個(gè)地址的數(shù)據(jù)只要器件沒有斷電上次操作的那個(gè)單元地址將一直被保存著因此不再需要提供下一個(gè)單元的地址。其

39、操作格式只需提供讀命令后數(shù)據(jù)即被讀出。 指定地址讀,指定地址讀是指讀出指定單元的數(shù)據(jù)。該操作首先要通過1個(gè)寫入讀出數(shù)據(jù)的地址操作,習(xí)慣上稱為偽啟動(dòng),在得到操作的當(dāng)前地址后,再進(jìn)行與當(dāng)前地址讀一樣的操作。因此指定當(dāng)前地址讀的數(shù)據(jù)幀格式中出現(xiàn)2次啟動(dòng)信號 系列讀 系列讀是指在當(dāng)前地址讀或指定地址讀的基礎(chǔ)上,如果主動(dòng)器件不斷提供同步脈沖scl信號,而且不發(fā)出非應(yīng)答信號,下一個(gè)地址單元的數(shù)據(jù)將通過sda線被串行送出,直至主動(dòng)器件發(fā)出非應(yīng)答信號為止。 無論是當(dāng)前地址讀還是指定地址讀后的系列讀,都不存在連續(xù)讀數(shù)的個(gè)數(shù)受頁寄存器大小的限制即不存在頁內(nèi)回卷的問題。當(dāng)讀出的數(shù)據(jù)單元到達(dá)最大一個(gè)單元時(shí),下一個(gè)被讀

40、出的單元地址將為最小的地址單元,如讀到at24c04的最大地址單元為1ffh時(shí)下一個(gè)讀數(shù)單元為000h。第六章 電能表與抄表集中器的紐帶rs-485總線6.1 rs-485簡介 rs-485是1983年電子工業(yè)協(xié)會(huì)(eia)為了擴(kuò)展rs-422的應(yīng)用范圍在其基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，rs-485 接口在總線上是容許連接多達(dá)32 個(gè)收發(fā)器，可以擴(kuò)展到128或256個(gè)。rs-485最大傳輸速率為10mbps，最大傳輸距離為1219米。因?yàn)閞s485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò),一般只需二根連線,所以rs485接口均采用屏蔽平衡雙絞線傳輸。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,在l00kbps速率下才能使用規(guī)定最長的電

41、纜長度,只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。因此,rs-485更適合短距離的數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中,rs-485總線的傳輸速率常選擇在9600bps及以下。rs-485是一個(gè)電氣接口規(guī)范,它規(guī)定了平衡驅(qū)動(dòng)器和接收器的電器特性而沒有規(guī)定插件傳輸電纜和通信協(xié)議。rs-485接口采用差分方式傳輸信號,并不需要相對某個(gè)參考點(diǎn)來檢測信號系統(tǒng),只需檢測兩線之間的電位差即可。但必須注意,收發(fā)器只有在共模電壓不超過一定范圍:-712v,的條件下才能正常工作。當(dāng)共模電壓超出此范圍時(shí),就會(huì)影響通信的可靠性甚至損壞接口。邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(26)v表示,邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(26)v表示。

42、 6.2、rs-485電平與ttl電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路,rs-485的驅(qū)動(dòng)接口部分通常由maxim公司生產(chǎn)的差分平分器首發(fā)芯片max481/483/485/487/489等,每種型號的芯片內(nèi)部均集成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。max481/483/485/487為8引腳封裝,其引腳分布與典型工作電路如圖所示,引腳功能說明如下。ro接收器輸出端。若a比b大200mv,ro為,反之為低電平。re接收器輸出使能端。re為低時(shí),ro有效,為高時(shí),ro呈高阻狀態(tài)。de,驅(qū)動(dòng)器輸出使能端。若de：1驅(qū)動(dòng)器輸出a和b有效,若de：0則它們呈高阻態(tài)。若驅(qū)動(dòng)器輸出有效,器件作為線驅(qū)動(dòng)器用,反之作為線接收器用。di驅(qū)動(dòng)

43、器輸入端。當(dāng)di：0有a：0，b：1。當(dāng)di：1，則a：1，b：0。 gnd接地。a同相接收器輸入和同相驅(qū)動(dòng)器輸出。b反相接收器輸入和反相驅(qū)動(dòng)器輸出。 vcc,電源端,一般接+5v。圖6-1： max485圖6-2： max485的收發(fā)功能6.2、rs-485電平與ttl電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路 rs-485的驅(qū)動(dòng)接口部分通常由maxim公司生產(chǎn)的差分平分器首發(fā)芯片max481/483/485/487/489等,每種型號的芯片內(nèi)部均集成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。max481/483/485/487為8引腳封裝,其引腳分布與典型工作電路如圖所示引腳功能說明如下。ro，接收器輸出端。若a比b大200mv,

44、ro為高,反之為低電平。 re接收器輸出使能端。re為低時(shí)，ro有效，為高時(shí)，ro呈高阻狀態(tài)。de驅(qū)動(dòng)器輸出使能端。若de：1，驅(qū)動(dòng)器輸出a和b有效，若de： 0，則它們呈高阻態(tài)。若驅(qū)動(dòng)器輸出有效,器件作為線驅(qū)動(dòng)器用,反之作為線接收器用。di驅(qū)動(dòng)器輸入端。當(dāng)di：0，有a：0，b：1，當(dāng)di：1則a：1，b：0。gnd，接地。a同相接收器輸入和同相驅(qū)動(dòng)器輸出。 b,反相接收器輸入和反相驅(qū)動(dòng)器輸出。vcc電源端,一般接+5v。第七章 抄表集中器的核心gprs通訊技術(shù)介紹7.1 gprs工作原理通信是自動(dòng)抄表技術(shù)中的關(guān)鍵,也占據(jù)了投資的大部分。數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì)要綜合考慮地理環(huán)境、用戶用能行為、技術(shù)水

45、平、管理體制和投資成本等因素。在國外己有許多發(fā)展成熟的自動(dòng)抄表系統(tǒng),他們采用的信息傳輸方式有:電視電纜、電力線載波、無線電波和公用電話網(wǎng)等。gprs(general packet radio service)是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱,構(gòu)建在gsm網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上,對原有的gsm網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和無線系統(tǒng)的設(shè)備及功能進(jìn)行了升級和增強(qiáng),被稱為2.5g系統(tǒng)。gprs采用了與gsm同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的帶寬、同樣的跳頻規(guī)則和同樣的tdma幀結(jié)構(gòu) 因此現(xiàn)有的gsm網(wǎng)絡(luò)可以很容易地提供gprs業(yè)務(wù)。它支持tcp/ip協(xié)議,是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng),無需經(jīng)過pstn等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接,就可直接將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式與inter

46、net互傳。因此gprs業(yè)務(wù)在無線上網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測、交通監(jiān)控、移動(dòng)辦公等行業(yè)中具有無可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢。7.2 ，gprs的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖7.1所示gprs網(wǎng)絡(luò)是對gsm的平滑升級,通過在gsm系統(tǒng)的無線側(cè)新增pcupacket control unit)作為分組接入和控制單元，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)新增sgsn(serving gprs support node)和ggsn(gateway gprs support node)實(shí)施用戶管理和分組支撐，將電路交換系統(tǒng)和數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)合二為一,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的有效利用，拓展系統(tǒng)功能。 gsn是gprs網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。gsn具有移動(dòng)路由管理功能，它可以連接

47、各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),并可以連到gprs寄存器。gsn可以完成移動(dòng)臺和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。gsn可以是一種類似于路由器的獨(dú)立又備,也可以與gsm中的msc集成在一起。gprs服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)sgsn(serving gprs support node)。的主要功能是對移動(dòng)終端進(jìn)行鑒權(quán)和移動(dòng)性管理,建立移動(dòng)終端到ggsn的傳輸通道，接收從bss傳送來的移動(dòng)終端分組數(shù)據(jù),通過gprs骨干網(wǎng)傳送給ggsn。圖7-1：gprs網(wǎng)絡(luò)sgsn還可以集成計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)、邊緣網(wǎng)關(guān)(負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)gprs網(wǎng)絡(luò)之間的互連)和防火墻的功能。gprs網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)ggsn(gateway gprs support no

48、de) 。ggsn主要是起網(wǎng)關(guān)作用,它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接,如isdn、pspdn和lan等。有的文獻(xiàn)中,把ggsn稱為gprs路由器,負(fù)責(zé)存儲己經(jīng)激活的gprs用戶的路由信息。ggsn可以把gsm網(wǎng)中的gprs分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的tcpip或x.25網(wǎng)絡(luò)。ggsn是連接gprs網(wǎng)絡(luò)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。ggsn接收移動(dòng)終端發(fā)送來的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的外部網(wǎng)絡(luò),或接收來自外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通過隧道(tunnel技術(shù),傳送給相應(yīng)的sgsn。另外ggsn還可具有地址分配、計(jì)費(fèi)、防火墻功能。sgsn和ggsn兩節(jié)點(diǎn)可分可合,即它們的功能既可以由一個(gè)物理節(jié)

49、點(diǎn)全部實(shí)現(xiàn),也可以由不同的物理節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)ggsn和sgsn都至少擁有一個(gè)網(wǎng)內(nèi)固定ip地址,它們都應(yīng)有ip路由功能,并能與ip路由器互連。gprs骨干網(wǎng)絡(luò)是ip的網(wǎng)絡(luò),提供gprs內(nèi)部和gprs之間的通信。對外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來說,gprs系統(tǒng)中的ggsn就是一個(gè)路由器,實(shí)現(xiàn)gprs骨干網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(x.25網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)或atm網(wǎng))之間的路由尋址功能。因?yàn)椴捎孟嗤膮f(xié)議,gprs可以看作是internet的子網(wǎng)，能夠使用gprs的移動(dòng)終端可以視為移動(dòng)主機(jī)。每一個(gè)gprs終端都有一個(gè)自己的ip地址,并可以依據(jù)此尋址。pcu(分組控制單元)與bsc(base station controller

50、)協(xié)同作用,提供無線數(shù)據(jù)的處理功能,如邏輯鏈路與物理鏈路的映射,數(shù)據(jù)包的拆封和確認(rèn),無線數(shù)據(jù)信道的分配等。pcu可作為模塊單元插入bsc,或者作為獨(dú)立于bsc的單元存在。7.2 gprs模塊主要性能和用途簡介gprs模塊區(qū)別于傳統(tǒng)的純短信模塊，兩者都是gsm模塊，但是短信模塊只能收發(fā)短信和語音通訊，而gprs模塊還具有g(shù)prs數(shù)據(jù)傳輸功能。以西門子模塊為例，早期的兩個(gè)型號tc35i和mc39i，就是分別為短信模塊和gprs模塊。目前，市面上的gsm模塊普遍都具有g(shù)prs數(shù)據(jù)傳輸功能，而且大部分都內(nèi)置了tcp/ip通信協(xié)議，例如華為em3101、benq m23，西門子也有mc55/mc52產(chǎn)品

51、實(shí)現(xiàn)了內(nèi)置協(xié)議棧。目前，gprs模塊廣泛應(yīng)用于電力、車載、監(jiān)控、移動(dòng)終端等領(lǐng)域，將傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式改變成為無線數(shù)據(jù)傳輸方式。尤其是在偏遠(yuǎn)的地區(qū)和移動(dòng)的環(huán)境，使用gprs模塊為做無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵钠骷慕K端產(chǎn)品被廣泛使用。 謝辭在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，無論是確定工作方案、收集資料還是撰寫論文，我都得到了秦逸平老師的全力幫助和耐心指導(dǎo)。秦老師學(xué)識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、平易近人，是我們學(xué)習(xí)和生活的榜樣，在此我特向秦老師表示最崇高的敬意和由衷的感謝。 大專幾年的生活轉(zhuǎn)眼就要結(jié)束了，這幾年是我人生中最重要的學(xué)習(xí)時(shí)間。在大專的校園里，我不僅學(xué)到了豐富的專業(yè)知識，也學(xué)到了終身受用的學(xué)習(xí)知識和積極的生活態(tài)度，通過對課

52、程的學(xué)習(xí)和與相關(guān)專業(yè)老師的溝通，使我深感機(jī)會(huì)難得，獲益非淺。母校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和老師的廣博豐富的知識令我敬佩。各位老師的悉心授課使我對電子專業(yè)有了更多、更豐富的認(rèn)識，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 此時(shí)此刻，我要感謝電子系的全體老師幾年來對我的指導(dǎo)和幫助，他們廣博精湛的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我得到的不僅是知識，還有他們對知識孜孜不倦的追求精神及做人的品質(zhì)，這將使我終身受益，尤其是對秦老師表示由衷的感謝。秦老師在百忙之中對我的設(shè)計(jì)給予了細(xì)心的指導(dǎo)和耐心的指導(dǎo)，他在學(xué)術(shù)上精益求精、一絲不茍的精神和工作上嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，以及忘我的學(xué)習(xí)態(tài)度給我留下了深刻的印象。 另外在設(shè)計(jì)過程中還得到了設(shè)計(jì)小組成員

53、的大力幫助，在此表示感謝，我將在以后的工作中不斷努力學(xué)習(xí)，在不久的將來成為一名優(yōu)秀的技術(shù)人才。最后再次感謝母校和各位老師對我三年的培養(yǎng)和幫助。參考文獻(xiàn)1閹石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社，20042謝嘉奎.電子線路線性部分（第四版）m.北京：高等教育出版社，20043劉樂善、劉學(xué)清.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用m.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20054何立民.單片機(jī)高級教程-應(yīng)用與設(shè)計(jì)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20005沙占友、孟志永、王彥.單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)m.北京：電子工業(yè)出版社, 20066馬忠梅等.單片機(jī)的c語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997g a

54、n employment tribunal claimemployment tribunals sort out disagreements between employers and employees.you may need to make a claim to an employment tribunal if:· you don't agree with the disciplinary action your employer has taken against you· your employer dismisses you and you think

55、 that you have been dismissed unfairly.for more information about dismissal and unfair dismissal, see dismissal.you can make a claim to an employment tribunal, even if you haven't appealed against the disciplinary action your employer has taken against you. however, if you win you

56、r case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal.remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. if your application is received

57、after this time limit, the tribunal will not usually accept it.if you are worried about how the time limits apply to you, take advice from one of the organisations listed under further help.employment tribunals are less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation.most people find making a claim to an employment tribunal challenging. if you