基于ADE7758的數(shù)字電流表設計

1、基于ADE7758的數(shù)字電流表設計 畢 業(yè) 設 計（論 文）題目：基于ADE7758的數(shù)字電流表設計（英文）： Design of Digital Ammeter Based On ADE7758院 別： 專 業(yè)： 姓 名： 學 號： 指導教師： 日 期： 2010年5月 基于ADE7758的數(shù)字電流表設計摘要針對利用常規(guī)ADC0809芯片設計電流表存在著檢測精度低、測量復雜的缺陷，提出了一種新型數(shù)字式電流表的設計方案。該方案采用新型多功能電能專用芯片ADE7758和電流互感器，結合STC89C52芯片進行設計，大大簡化了電路，提高了電流計量精度。經實驗室多次實測，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，實測數(shù)據(jù)的

2、相對誤差在1%以內。文中給出了系統(tǒng)硬件電路設計及軟件編程。關鍵詞：ADE7758；STC89C52；電流互感器；智能計量lDesign of Digital Ammeter Based On ADE7758ABSTRACT For using conventional ADC0809 chip design ammeter with a low detection precision and complex  measurement d

3、efects, that puts forward the design scheme of a new type of digital. The scheme has the new type of multi-function of specials chip ADE7758 electric power and 

4、current transformer, which  combined with STC89C52 chip,.It would greatly simplifies the circuit and improve the precision of  current  measurement.After Laboratory measured many&#

5、160;times, we would make the decision that the system work stable and reliable, and it  has 1% relative error in the measured data. The system hardware circuit 

6、design and softw are programming are also given in this paper. ammeter.。keyword : ADE7758; STC89C52; Current Transformer ; Intelligent Metering目錄1 緒論11.1 課題背景及意義11.2國內外發(fā)展狀況21.3 系統(tǒng)設計要求32 系統(tǒng)總體設計42.1系統(tǒng)結構框圖42.2元器件選擇52.2.1計量芯片的選擇52.2.2 單片機的選擇82.2.3顯示

7、器件的選擇82.2.4 電流互感器的選擇93 系統(tǒng)主要硬件電路設計103.1 信號調理電路103.2與單片機通信電路113.3顯示電路123.4電源供電要求134 系統(tǒng)主要程序設計144.1主程序的設計144.2計量模塊的設計154.3顯示模塊的設計175 系統(tǒng)調試195.1 軟件調試195.2 硬件調試195.3 調試分析226 結束語23參考文獻24致謝25附錄A 實物圖26附錄B 系統(tǒng)原理圖27附錄C 程序清單281 緒論1.1 課題背景及意義高精度三相電流表的國內研究和研制起步比較晚，以前主要依靠進口。90年代后，國內一些廠家對三相電流表的研究已經基本成熟，并形成了批量生產，在市場上已

8、經出現(xiàn)了國產多功能電表逐步替代進口產品的局面。但是，國產三相電流表存在著諸如精度低、功能不完善、抗干擾能力差等致命缺陷和不足，極大地限制了國產三相電流表的應用和推廣。因此，開發(fā)高精度的三相電流表，尤其是0.2級或更高級電流表，已經變成非常重要的研究課題，并具有巨大的商業(yè)價值。電流表的發(fā)展大致可以分三個階段：第一階段為感應表階段時功率。感應表通過電磁轉化理論，將電流信號轉換成相應比例的磁場。鋁制的轉盤在兩個磁場的作用下轉動，通過機械傳動機構帶動計度器，從而完成對電能的計量。感應表在這種理論下形成的制造技術已相當成熟，但因為其機械傳動機構主題的限制，無法滿足人們對電流表計量的高精度的要求，更無法實

9、現(xiàn)多功能。90年代，國內出現(xiàn)了靜止式電流表，它采用了數(shù)字處理技術和時分割乘法器，式電能計量的手段完全采用集成電路來完成。靜止式電流表一經出現(xiàn)，便顯示了巨大的生命力，計量精度由感應式表的2.0級提高到1.0級，電流表的體積明顯縮小，重量也只有感應式的一半。這種靜止式電流表隨著電子元器件的價格下降、可靠性的提高，在價格與壽命方面均顯示了較強的生命力，很快在我國得到較大推廣。但由于這些表大多數(shù)用計量精度低的專用芯片，電流表精度仍停留在計量有功1.0級上，并且不能滿足大用戶需要的高精度的電流值參數(shù)的計量要求。第二階段為數(shù)字測量儀表，這類儀表的基本原理是將模擬信號通過電子線路轉變?yōu)閿?shù)字信號，進行計算并顯

10、示出來。這類儀器同指針式儀器相比較精度有了很大的提高，能直觀讀取測量結果，而且可靠性高，易于使用。但電子線路比較復雜，不能自動適應測量環(huán)境的變化，而且儀器比較難校準。第三個階段為智能儀器，所謂智能儀器，一般指含有微處理器的儀器，通過微處理器來控制數(shù)據(jù)的采集，并對數(shù)據(jù)進行處理。因此能夠用軟件的方法實現(xiàn)信息的采集、處理和存儲，大大簡化了儀器的整體結構。這類儀表不僅精度高，功能強大，而且能適應各種復雜的環(huán)境。2000年后，隨著數(shù)字信號處理技術的成熟，各大公司相繼研制出了基于DSP芯片的三相全電子電流表，這種電流表雖然精度有很大的提高，但是生產成本比較高。因此，設計一種多功能、實時性高、精度高和成本低

11、的電流表是電工儀表行業(yè)研究員一直追求的目標。1.2國內外發(fā)展狀況電力工業(yè)發(fā)展初期曾用電解化學原理電流表計量收費。1890年，發(fā)明了感應式電磁原理電流表，沿用至今已有100多年。隨著電費制度的發(fā)展，提出分時計量、需量計量預付費等要求，特別是19世紀70年代以來各國醞釀發(fā)展電力市場又提出實時電價、負荷曲線計量、雙工通訊、遠方采集數(shù)據(jù)、記錄負荷曲線和電能質量、控制負荷以及費率編程等要求，原來的感應式電流表雖經多方面的改進擴充，已很難滿足電力市場日益發(fā)展的功能和要求。20世紀中葉，微電子和信息產業(yè)等新技術的發(fā)展，有力的支持了電流表的革新。先是高精度電子式標準表的出現(xiàn)滿足了校驗技術的要求。國外家用電子式

12、電流表早已實用化。世紀之交，電力市場改革浪潮遍及全球，各國電力公司都認識到市場競爭的核心是電流表。特別是用戶選擇供應商和實時電價，要求電流表有靈活、可靠的雙向通訊功能以及與不同的制造商所生產的電流表在電力市場技術支持系統(tǒng)中的兼容性，因而提出了標準化和兼容性問題。在歐洲許多著名電流表廠的倡導下成立了DIMS用戶協(xié)會，DIMS已構成IEC有關表計規(guī)約標準的基礎。國際上電子式電流表經過50多年的發(fā)展，開始都是基于模擬乘法器原理的，在歷史上曾有過多種原理線路，后來演變成為時分割和霍爾效應兩種乘法器。由于數(shù)字技術的迅猛發(fā)展，目前已有趨勢全部更新為A/D轉換計算機處理的方法，這樣也更有利于實施負荷控制、記

13、錄電能質量、計量負荷曲線、發(fā)展電流表的通信功能以及確保精度高。我國20世紀70年代開始用電子式標準電流表。先是使用進口產品，后來到8090年代國內已能商業(yè)化生產5級電子式標準電流表，也已研制出更高準確度等級的標準電流表。隨后，電子式電流表在國內的應用和制造發(fā)展都很快。1993年由國內廠商試制成功單相電子式電流表，1994年在華東試用2000只，第一年故障率小于1%。90年代中期，高精度電子式電流表發(fā)展迅速，逐漸為廣大電力公用企業(yè)所接受。僅1998年電子式電流表的產銷量比1997年增加400%。國家電網、省電網各級關口表大部分更新為電子式電流表，但是大多數(shù)為進口電流表，總數(shù)近萬只，運行情況較好。

14、近幾年，許多大用戶（大于100KW）也開始試用三相電子式多功能電流表，致使需求猛增。2000年國內三相電子式多功能電流表銷售僅為12萬臺，2001年就上升到18萬臺。到2004年為止，三相電子式多功能電流表的年需求量已經超過了70萬臺，創(chuàng)造11%的電流表總產量。國產0.5級電子式電流表也開始在部分地區(qū)使用。但是，國內0.2級以上的電流表技術尚未成熟，一直處于試驗階段?，F(xiàn)在重要部門、重要設施所使用的0.2級以上的電流表一直使用國外的成熟產品。因此，研制0.2級以上的高精度、多功能三相電流表對于我國電工儀表行業(yè)具有重要的意義。1.3 系統(tǒng)設計要求完成一臺電流表（外殼采用PCB板可補充模塊，采用液晶

15、顯示器）主要技術指標：供電電壓：220V（±10%）測量范圍：01000MA 測量精度：±1% 儀表靈敏度：0.1MA2 系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)采用單片機為運算核心，以高精度計量芯片采樣來實現(xiàn)課題所預設的功能。芯片的選擇，直接影響整個系統(tǒng)的性能及實施細則。方案的設計主要根據(jù)課題任務的要求而確定。設計思路大致為：通過電流互感器感應所測量端的電流量信號傳送給高精度計量芯片處理后，傳給單片機運算將對應值送給顯示模塊顯示。2.1系統(tǒng)結構框圖計量芯片單片機SPI電源電路顯示電路串口通訊電路按鍵電路信號檢測與調理系統(tǒng)結構框圖由以下幾個模塊組成，計量模塊、主控模塊、顯示模塊

16、、計量回路選通模塊、通信模塊、電源電路等。圖 2.1 系統(tǒng)總體框圖2.2元器件選擇2.2.1計量芯片的選擇目前市場上主要的三相計量芯片有ADE7758，ATT7026A，PL3223，三者都用于三相多功能電能計量，均適用于三相三線制和三相四線制具有50Hz或60Hz標準頻率的電網。在電能計量上的差別主要有：ADE7758提供各分相參數(shù)；支持過壓、過流、線電壓跌落、獲得電流/電壓采樣值、在指定時間內檢測到/未檢測到過零點、相序錯位、有功/無功功率符號變化、有功/無功/視在電能累加寄存器半滿、電網周期累加模式下最后一個過零點檢測完畢等中斷。但不提供功率因數(shù)、相角及各項電能參數(shù)。ATT7026A提供

17、各分相、合相參數(shù)，但不具有中斷功能。PL3223提供若干間接參數(shù)。依次計算出電壓有效值、電流有效值、線電壓頻率等參量，智能提供過壓、欠壓中斷?？紤]到本設計需要提供的電能參數(shù)的多樣性，因此選擇了可以提供多種中斷源的ADE7758芯片。ADE7758是美國ADI公司推出的三相高精度多功能電能計量芯片。ADE7758的電壓通道為16bit -型ADC，動態(tài)范圍為20：1；電流通道為24bit -型ADC，動態(tài)范圍為500：1。ADE7758能計量有功電能，無功電能，視在電能,電壓有效值，電流有效值,能對波形采樣，能測量電壓周期，頻率等。ADE7758在1000：1的動態(tài)范圍內線性誤差小于0.1。AD

18、E7758有兩路脈沖輸出，一路為有功電能脈沖，另一路為無功/視在復用脈沖輸出。ADE7758的有功，無功，視在電能可以分別獨立調節(jié)，可以設計成不同的脈沖常數(shù)。ADE7758是一款高準確度的三相電能計量芯片，帶有兩路脈沖輸出功能和一個串行接口。ADE7758集成了二階-D模數(shù)轉換器, 數(shù)字積分器，基準電路，溫度傳感器，以及所有進行有功，無功和視在電能計量以及有效值計量所需的信號處理元件。ADE7758適用于計量各種三相配置條件下的有功，無功和視在電能，如WYE和DELTA系統(tǒng)，包括三線和四線制。ADE7758為各相提供系統(tǒng)校準功能，包括有效值偏移校準、相位校準、功率校準。APCF邏輯輸出提供有功

19、功率信息，VARCF邏輯輸出提供瞬時無功率或視在功率信息。ADE7758中具有波形采樣寄存器，它可以對模數(shù)轉換器的輸出進行訪問。該器件集成了一個用于短時低電平和高電平變化的檢測電路，變化的閾值電壓和持續(xù)時間（即半周期數(shù)）由用戶編程決定。三相中的任一相的線電壓過零檢測與電壓過零點是同步的，過零檢測的結果可用于測量三個電壓輸入中任意一個的周期。也可用于內部芯片的線循環(huán)（LINE CYCLE）電能累加模式。該模式使電能累加與半周期的整數(shù)倍同步，以此實現(xiàn)更快更準確的校準。數(shù)據(jù)通過ADE7758的SPI串行接口讀取。中斷請求輸出（IRQ）為開漏極，低電平有效。在ADE7758中出現(xiàn)一個或多個中斷事件時，

20、IRQ輸出變?yōu)榈碗娖?。通過狀態(tài)寄存器顯示中斷事件的性質。ADE7758采用24引腳小外形封裝（SOIC）。圖2.2 ADE7758引腳配置引腳配置和功能描述： APCF：有功功率校正頻率邏輯輸出引腳。該引腳提供有功電能信息。其輸出用于校準和操作的目的。滿刻度輸出頻率可以通過寫入APCFNUM和APEFDEN寄存器進行調整（見有功功率頻率輸出部分）。 DGND：為ADE7758中的數(shù)字電路提供參考地端，即乘法器、濾波器、數(shù)頻轉換器的地端。由于ADE7758 中的回路電流很小，可以直接將該引腳與整個系統(tǒng)的模擬地端（AGND）連接，但是DOUT引腳端的大總線電容產生的數(shù)字噪聲電流可能會影響其性能。

21、DVDD：數(shù)字電源。該引腳為ADE7758 數(shù)字電路提供電源。正常工作電源電壓應保持在5V±5% 。該引腳可用一個10F的電容和一個100nF的瓷片電容并聯(lián)后進行去耦（與DGND）。 AVDD：模擬電源端。該引腳為ADE7758 模擬部分提供電源。正常工作電源電壓應保持在在5V±5% 。為使電源的紋波和噪聲減小到最低程度，必須采取正確的去耦方法。技術指標表展示了電源抑制性能。該引腳用一個10F的電容和一個100nF 的瓷片電容并聯(lián)后，再連接到AGND 引腳來去耦。 IAP ，IAN；IBP，IBN；ICP，ICN：電流通道的模擬輸入。該通道與電流轉換器一起使用，在本文中稱之

22、為電流通道。這些輸入引腳是全差分電壓輸入，最大的差分輸入信號為±0.5V，±0.25V，±0.125V 。根據(jù)內部放大器的增益選擇，來設定輸入電壓的最大值，增益選擇放大器的增益由PGA 寄存器來設定。所有輸入引腳具有內置靜電放電(ESD)保護電路。除此之外，所有的輸入引腳均能承受±6V 的過電壓而不會造成永久損壞。(11) AGND：該引腳提供ADE7758中模擬電路部分的接地參考點，即模數(shù)轉換器、溫度傳感器、基準電壓源。該引腳應該連接到系統(tǒng)的標準模擬地或者干擾最小的接地參考點。干擾最小的接地參考點應用于整個模擬電路，比如，模擬濾波器、電路和電壓轉換器。

23、為了盡量減小ADE7758 的地端噪聲，模擬地端和數(shù)字地端間應只有一個連接點。也可以把整個器件都安放在模擬接地面上。（12） REFIN/OUT ：該引腳提供對對片上基準電壓的訪問。片上基準電壓額定標稱值為2.5V±8%，典型溫度系數(shù)為30ppm/°C。外部參考端也可以與該腳相連。無論是否連接外部參考電壓端，該引腳都應該用一個1F 的瓷片電容跟AGND 端連接去耦。(13)-(16) VN，VCP，CBP，VAP：電壓通道的模擬輸入。這些通道與電壓轉換器一起使用，在本文中稱之為電壓通道。這些輸入是單端電壓輸入，標準運行時最大信號電壓為±0.5V（相對于VN 端）。

24、可以通過內部寄存器PGA 選擇輸入信號的最大值為±0.5V，±0.25V 或者±0.125V（見模擬輸入部分） 。所有的輸入引腳均能承受±6V 的過電壓而不會造成永久損壞，并具有靜電放電（ESD）保護電路。(17) VARCF ：無功率校準頻率邏輯輸出。通過設置WAVMODE 寄存器的VACF 位來選擇輸出無功率或者視在功率。該輸出用于操作和校準目的。滿刻度輸出可以通過寫入VARCFNUM 和VARCFDEN 寄存器的數(shù)值來調節(jié)。(18) ：中斷請求輸出。低電平有效的開漏極邏輯輸出端?？善帘蔚闹袛喟ǎ河泄﹄娔芗拇嫫骱鸵曉陔娔芗拇嫫靼霛M和速率達到26kS

25、PS的波形采樣（見中斷部分）。(19) CLKIN ：數(shù)字信號處理ADC的主時鐘?？稍谠撨壿嬢敵龆颂峁┮粋€外部時鐘。也可一通過在CLKIN和CLKOUT之間并聯(lián)一個石英晶體為ADE7758提供時鐘信號。標準運行時的時鐘頻率為10MHZ。應該根據(jù)晶體的參數(shù)確定所需要的負載電容值，接一個幾十PF 的瓷片電容到振蕩門振蕩器電路。(20) CLKOUT：可按照上述方式在該引腳上連接一個晶體為ADE7758提供一個時鐘源。當CLKIN提供有外部時鐘提供或者連接了一個晶體時，該引腳能驅動一個CMOS 負載。(21) CS：片選信號，為四線串行接口之一。此低電平有效邏輯輸入控制，允許ADE7758與其它幾個

26、裝置分享串行總線（見串行接口部分）。(22) DIN ：串行接口的數(shù)據(jù)輸入端。在串行口的時鐘信號SCLK 的下降沿從該引腳輸入數(shù)據(jù)（見串行接口部分）。(23) SCLK：同步串行接口的串行時鐘信號輸入端。所有串行數(shù)據(jù)與該時鐘同步（見串行接口部分）。SCLK引腳具有施密特觸發(fā)輸入，以適應速度較慢的邊沿變化時間。(24) DOUT：串行口的數(shù)據(jù)輸出端。數(shù)據(jù)在SCLK 信號的上升沿從該引腳傳輸出去。在串行數(shù)據(jù)總線上沒有數(shù)據(jù)流動的時候該邏輯輸出端為高阻抗狀態(tài)。綜上所述，所以選擇了ADE7758芯片。2.2.2 單片機的選擇STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有

27、8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可

28、選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選，相比于AT89S52,此芯片有更多的優(yōu)勢。2.2.3顯示器件的選擇LCD是液晶顯示屏，主要是用來做面顯示的，它本身不發(fā)光，然后通過電流使屏幕產生各種顏色的渾濁現(xiàn)象，后置一個光源來透過前面的LCD面板使人看到圖案。led是發(fā)光二極管，它本身是點光源，就是說發(fā)出來的光不是一個面，而是一個點。也有用led做顯示屏的，相對于液晶顯示屏來說，LED適合于室外以及室內大屏幕觀看

29、距離稍微遠一點的情況，因為LED顯示屏的分辨率肯定遠遠小過LCD。LCD更適合做電腦液晶電視器、手機顯示屏之類的應用。且LCD液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。由于液晶顯示每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器那樣需要不斷刷新新亮點。因此，LCD液晶顯示器品質高且不會閃爍。液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機的接口更加簡單可靠，操作更加方便，且在重量上比相同下士面試的傳統(tǒng)顯示器要輕的多，相對來講，液晶顯示器的功耗主要在其內部的點擊和驅動IC上，因而耗電量比其他顯

30、示器要少得多，因此選用了LCD1602。2.2.4 電流互感器的選擇電流互感器（Current transformer 簡稱CT）的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路，可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數(shù)值較小的二次電流。本次設計量程在0-1000ma，所以選擇了1000/1的電流互感器。3 系統(tǒng)主要硬件電路設計整個系統(tǒng)分為電流數(shù)據(jù)釆集處理及傳遞、信息顯示兩大部分，本系統(tǒng)的重點是

31、交流電流通過互感后經運算電路處理得出測量數(shù)據(jù)反饋給單片機，實現(xiàn)交流電流的測量與顯示。電流表由測量、顯示、控制 、接口和電源等部分組成。其中測量部分由精密小型互感器以及前置信號處理電路構成 ，從中獲取電壓、電流、頻率、相位等多種實時數(shù)據(jù)，顯示部分采用高品質的液晶顯示模塊，控制部分以單片機為核心 。以電量采集芯片為中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及為整個系統(tǒng)提供電源結合以微控制器為中心，實現(xiàn)對采集得到的數(shù)據(jù)進行計量、存儲、顯示、異常檢測等功能。硬件設計以STC89C52為中心,配合其它各種外圍芯片，實現(xiàn)特定功能。MCU通過SPI總線對ADE7758的各個寄存器進行訪問，得到計量所需的各項數(shù)據(jù)。而外部設備則通過

32、12 C 總線與 MCU 進行數(shù)據(jù)交換。除此之外，系統(tǒng)同時實現(xiàn)對外部異常情況的檢測 。3.1 信號調理電路電流調理通道的電路圖如3.1圖 3.1電流調理通道原理圖圖中的T1代表電流互感器，R2的作用是將電流信號轉換成符合ADE7758要求的電壓信號，R1、R3一方面增加后一級電路的輸入阻抗，另一方面和、構成了信號濾波電路，用來濾除高頻噪音，經調理后的信號直接供給ADE7758。 圖3.3電能芯片電流原理圖如圖3.3示，這些輸入是全差動電壓輸入，允許差動輸入信號范圍可選為±05V，±025V，±0125V(相對于UN端)，根據(jù)內部放大器的增益選擇來設定輸入電壓的最大

33、值。前端采樣電路的放大器增益PGA寄存器來設定。每相的電流通道在信號通路中都有一個乘法器，電流波形可以改變±50，這主要是由寫入12位有符號電流波形增益寄存器(AIGAIN，BIGAIN，CIGAIN)中的2進制數(shù)決定的。所有的輸入引腳均能承受±6V的過電壓而不會造成永久損壞，并具有靜電釋放保護電路?？梢?，電流信號經信號放大PGA和模數(shù)變換ADC轉換為對應的數(shù)字信號，然后經電流通道內的高通濾波器HPF濾除DC分量并數(shù)字積分，處理后的結果輸出電流有效值。計算由于輸入時可能有噪聲干擾會造成電流相位偏移，可通過寫入AIRMSOS，BIRMSOS，CIRMSOS寄存器進行補償。3.

34、2與單片機通信電路接口電路用來實現(xiàn)ADE7758與單片機的數(shù)據(jù)通信，一方面可以通過SPI口進行計量芯片ADE7758的初始化，另一方面ADE7758把數(shù)據(jù)處理的結果以脈沖形式或SPI口送出，供單片機進行計量處理。圖3.2與單片機通信電路3.3顯示電路 顯示采用16x2字符型液晶HC1602，與單片機的接口電路如圖3.4示。圖中DB1-DB8為HCl602的數(shù)據(jù)線，與單片機的P0.0P0.7端子相接。P5為可調電阻，用來調整液晶顯示的對比度； 圖3.4 單片機與HC1602的接口設計字符顯示是通過P0口讀入該字符的ASCII碼實現(xiàn)，舉例如下字符1的ASCII為Ox31。在完成LCD初始化設置后，

35、把該字荷對應的ASCH碼“Ox31”通過P0口寫入LCD的內部寄存器DDRAM中。通過控制端子Rs、R/W的狀態(tài)組合實現(xiàn)指令的寫入以及數(shù)據(jù)的讀、寫操作，操作說明參考表3-2所示。表3-2 HC1602操作說明RSR/W操作說明00把指令寫入寄存器初始化LCD01讀LCD“忙”狀態(tài)標志10把數(shù)據(jù)寫入寄存器，顯示3.4電源供電要求 ADE7758測量電流時需要有一個穩(wěn)定的電壓源，ADE7758內部數(shù)據(jù)采集時根據(jù)外界提供的電壓源進行積分處理所得的數(shù)據(jù)才會穩(wěn)定精確，在測試一開始我們選擇了220v電源適配器供電，但是由于適配器轉換交流電源為直流電源時有不穩(wěn)定的波動，即使增加了濾波電路也會造成輕微的影響，

36、導致了ADE7758數(shù)據(jù)采集后數(shù)值波動比較大，達不到穩(wěn)定 測量的效果，出于以上原因，我們采用了四節(jié)干電池供電方案，測試時數(shù)據(jù)采集明顯比用適配器穩(wěn)定，因此我們把它確定為最終供電方案。4 系統(tǒng)主要程序設計整個電流表的軟件程序由主程序、系統(tǒng)初始化、電量處理模塊、數(shù)據(jù)存儲、控制中斷、LC D 顯示模塊等組成。通過主程序或通過中斷方式可以調用子程序，以實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。4.1主程序的設計主程序可用于完成啟動和系統(tǒng)初始化( 包括F L A S H 、R A M 、L C D 的設置、S C I 及R T C等的初始化) ， 以及判定時段， 在L C D 上顯示電流和參數(shù)。主程序的流程圖如圖5所示。測量處

37、理模塊則用于讀取計量芯片的數(shù)據(jù)， 并進行復雜的處理， 最后保存這些參量?？刂浦袛嗄K主要用來處理外部控制中斷。L C D 顯示模塊則用于完成L C D 字段的顯示， 可通過L C D 顯示屏顯示電流量和芯片存儲等參數(shù)。通信模塊主要按照通訊規(guī)約的要求， 來實現(xiàn)與測量模塊的可靠通訊， 以便來讀取電路中的電流數(shù)據(jù)。圖5 主程序的流程圖定義的主要函數(shù)如下：1.向ADE7758寫入數(shù)據(jù)函數(shù)：void shift_in(unsigned char data_in)2.從ADE7758中讀取數(shù)據(jù)函數(shù)：unsigned char shift_out()3.串口初始化函數(shù)：void Init_RS232()4.

38、串口發(fā)送調試字符函數(shù)：void Send_Data(unsigned char result)5.延時函數(shù)：void delay(unsigned int xms)4.2計量模塊的設計STC89C52通過SPI接口訪問ADE 7758寄存器 AIRMS，BIRMS，CIRMS，三個寄存器均為24位寄存器，通過對其中一個寄存器進行讀取數(shù)據(jù)命令從總線可獲得一個long型數(shù)據(jù)并把其賦值給CRMS，程序如下：shift_in(X);delay(1);Crms = (unsigned long)shift_out();delay(10);Crms <<= 8;Crms |= (unsigne

39、d long)shift_out();delay(10);Crms <<= 8;Crms |= (unsigned long)shift_out();delay(10);X為寄存器地址，AIRMS地址為0x0A,BIRMS地址為0x0B,CIRMS地址為0x0C,寫入讀地址命令后通過在總線上讀取三次8位數(shù)據(jù)得到寄存器的數(shù)值，讀取順序為高位先讀取。STC89C52將CRMS與電流實際參數(shù)和刻度進行運算比較后得出PlayData; playdata=0; Crms=Crms*10; if(whtplay=0) if(Crms>7853) if(Crms<31400)Play

40、data=(Crms-7853)*10/2346; if(Crms>31400)playdata=(Crms-4855)*10/2619; 從ADE7758電流寄存器讀取的數(shù)據(jù)不是電路中實際的電流，所以在程序設計中，從ADE7758讀取的數(shù)據(jù)必須乘以對應的電流系數(shù)后，才能得到電路中電流的實際數(shù)值， 由于本設計的實測電流值與寄存器產生的數(shù)值呈線性相關關系，即Y(寄存器值)= a(相關系數(shù))X(實測電流值)+b(相關常數(shù)項)在設計中我們直接使用EXCEL 中的函數(shù) INTERCEPT求出相關系數(shù) 再用 SLOPE函數(shù)求出常數(shù)項值。4.3顯示模塊的設計4.3.1液晶lcd 1602初始化部分

41、0x38命令表示顯示數(shù)據(jù)為8位數(shù)據(jù)，雙列顯示，5*7字形顯示；0x08為基本指令操作指令；0x0C表示開顯示，光標關閉指令；0x06為顯示地址遞增模式，既寫一個數(shù)據(jù)后，顯示位置右移一位；0x01為清屏指令。void lcd_system_reset() lcd_delay(20); lcd_command_write(0x38); lcd_delay(100); lcd_command_write(0x38); lcd_delay(50); lcd_command_write(0x38); lcd_delay(10); lcd_command_write(0x08); lcd_command_

42、write(0x01); lcd_command_write(0x06); lcd_command_write(0x0c); 4.3.2 lcd 1602顯示部分lcd 1602將Playdata顯示出來，該程序讓lcd1602第一行顯示“xxxxx.x MA”，即實際測試所得到的值。第二行顯示寄存器 AIRMS 值第一行顯示實測電流值： lcd_char_write(6,0,mun_char_tableplaydata/100000); lcd_char_write(7,0,mun_char_tableplaydata%100000/10000); lcd_char_write(8,0,mu

43、n_char_tableplaydata%100000%10000/1000); lcd_char_write(9,0,mun_char_tableplaydata%100000%10000%1000/100); lcd_char_write(10,0,mun_char_tableplaydata%100000%10000%1000%100/10); lcd_char_write(11,0,'.'); lcd_char_write(12,0,mun_char_tableplaydata%100000%10000%1000%100%10); lcd_char_write(13,0

44、,'M'); /顯示單位/ lcd_char_write(14,0,'A');第二行顯示寄存器 AIRMS 值：lcd_char_write(6,1,mun_char_tableCrms/10000000); lcd_char_write(7,1,mun_char_tableCrms%10000000/1000000);lcd_char_write(8,1,mun_char_tableCrms%10000000%1000000/100000);lcd_char_write(9,1,mun_char_tableCrms%10000000%1000000%10000

45、0/10000); lcd_char_write(10,1,mun_char_tableCrms%10000000%1000000%100000%10000/1000); lcd_char_write(11,1,mun_char_tableCrms%10000000%1000000%100000%10000%1000/100) lcd_char_write(12,1,mun_char_tableCrms%10000000%1000000%100000%10000%1000%100/10); lcd_char_write(13,1,mun_char_tableCrms%10000000%1000

46、000%100000%10000%1000%100%10);5 系統(tǒng)調試5.1 軟件調試軟件的調試分為如下的步驟：首先，設置好軟件的編譯環(huán)境，這一部分是下面調試的基礎，正確的環(huán)境才能保證編譯出的代碼完全的適合硬件。其次，軟件的編寫要有良好的格式，這樣做能保證代碼在有錯誤時能更快的找到錯誤。再次，軟件的編寫中變量的命名可以采用望文見義的形式，使代碼的查看可以更加的便捷。然后，就是代碼編譯中的錯誤，這些錯誤的處理要注意看編譯錯誤的提示，根據(jù)提示就可以查出錯誤，然后加以改正。最后，在編譯沒有錯誤的基礎上，利用集成開發(fā)系統(tǒng)的模擬環(huán)境查看邏輯上的錯誤。這其中可以查看對應硬件的寄存器，輸入輸出端口。我們還

47、可以在程序中設置斷點，查看在斷點處的各種信息。也可以在代碼中添加適當?shù)恼Z句，讓一些信息在變量中顯示，以便查看所需要的信息。在上面調試的步驟下，代碼的邏輯錯誤基本可以全部改正。剩下的就是與硬件的聯(lián)合調試。5.2 硬件調試硬件調試就是讓軟件與硬件聯(lián)合起來調試。它的調試步驟如下：首先，在硬件單獨檢測的基礎之上，利用軟件查看硬件的正確性?？梢跃帉懸恍┬〉拇a段，單獨的檢測硬件的每一部分。這樣做可以保證硬件的正確性，讓硬件上的錯誤導致軟件錯誤發(fā)生的幾率降低。其次，把全部代碼下載進去，進行硬件的仿真調試，這里可以利用單步運行，查看系統(tǒng)運行狀態(tài)是否與邏輯上的相同。在這一步里可以檢測出相當多的邏輯錯誤。再次，

48、讓代碼在硬件里脫機調試，看看這其中有沒有邏輯上的錯誤。然后，修改代碼，讓代碼在一些極限條件下運行，查看代碼對一些邊緣情況的處理能力并修改代碼。最后，讓硬件長期運行，這樣來檢測需長期運行才能查看的情況和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖5.1 實測電路如上圖5.1所示，其調試方法：找一塊標準表（萬用表），串聯(lián)在電路中，同時測電流，然后再調整軟件參數(shù)。電流經過互感器之后，ADE7758通過兩個管腳檢測該電阻兩端的電壓即可在寄存器里面產生一個對應的值，以下是實測數(shù)據(jù)：表5.1實際電流與測量寄存器比較數(shù)據(jù)實際電流值(ma) 0121020304060100150180寄存器數(shù)值860105012603140570082

49、901090016250268003974047600把實際電流值與寄存器值對應關系繪在坐標軸上，如下圖5.2所示，圖像為一條平滑的直線，再進行線性相關值計算，得出電流值與寄存器數(shù)值之間的線性相關值為0.999963，因此實際電流值與寄存器值呈線性相關關系，考慮到電流互感器在感應10毫安電流時有較大的誤差，我們對10ma的數(shù)值進行線性相關計算，得出結果為0.992，也呈線性相關關系，經實際測試，線性回歸方程真實有效。圖 5.2 實際電流值與寄存器值對應關系表5.2實際電流數(shù)據(jù)A相電流實測數(shù)據(jù)B相電流實測數(shù)據(jù)C相第一組電流實測數(shù)據(jù)序號輸入 ma實測 ma序號輸入 ma實測 ma序號輸入 ma實測 ma13030.213030.113030.223535.123535.223535.234039.934039.934039.944545.244545.144545.35505055050550506