液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)

1、華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- i -液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)摘摘 要要本研究課題擬設(shè)計(jì)一個(gè)可準(zhǔn)確測量供電系統(tǒng)交流電壓/電流有效值的電測儀表，該表應(yīng)具有穩(wěn)定，可靠，讀數(shù)誤差小及顯示直觀、準(zhǔn)確測量等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)結(jié)合了單片機(jī)和高精度的電測芯片 cs5460 以及可視化軟件vb，cs5460 根據(jù)采樣電路輸出的電壓電流算出電能，然后把電壓、電流及功率由三線雙向串行接口傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)鍵盤送入的指令顯示測量結(jié)果或者通過 485通信接口把測量結(jié)果傳給上位機(jī) vb，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓/電流/電功率的實(shí)時(shí)顯示。這不僅對(duì)現(xiàn)實(shí)生活的電力監(jiān)測系統(tǒng)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，而且在工控領(lǐng)域

2、也具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：cs5460a；單片機(jī)；電測儀表；上位機(jī) vbxxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- ii -design for measuring instrument for multi-function electric quantities based on lcdabstractthis research project was to design an accurate measurement of ac power supply voltage / current rms electrical measuring instruments, the tabl

3、e should have a stable, reliable, intuitive readings and display of error is small, accurate measurement and so on. this design combines the microcontroller and high precision electronic measuring chip cs5460 and visualization software vb, cs5460 sampling circuit according to calculated power output

4、 of the voltage and current, then the voltage, current and power from the three-wire bidirectional serial interface transmitted to the microcontroller, mcu according to the keyboard command to display the measurement results into the 485 communication interface or by measuring the results to a pc to

5、 vb, to realize the power voltage / current / electric power, real-time display, real simulation of the real-life real-time monitoring system of mains voltage. this is not only the power of the real-life monitoring system has great practical significance, but in the industrial area also has potentia

6、l applications。keywords：cs5460a ；single chip；electric quantities；pc vb華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- iii -目目 錄錄引引 言言.1 1第第 1 1 章章 緒論緒論.2 21.1 多功能電測儀表的研究的及意義.21.2 課題的內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo) .2第第 2 2 章章 方案的比較與論證方案的比較與論證.3 32.1 單片機(jī)的選擇.32.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分.3第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì).5 53.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖.53.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的介紹.53.2.1 cs5460a 的特點(diǎn) .53.2.3

7、芯片管腳的功能 .63.3 電量信號(hào)采集模塊電路設(shè)計(jì) .73.3.1 調(diào)制電路和互感器部分.73.3.2 電量采樣總原理圖.93.4 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .113.4.1 at89s52 芯片的硬件結(jié)構(gòu) .113.4.2 at89s52 的功能介紹 .113.4.3 at89s52 晶振特性 .113.4.4 at89s52 的復(fù)位電路 .123.5 單片機(jī)與 cs5460a 接口電路設(shè)計(jì).133.6 lcd 顯示 .133.7 液晶顯示屏與 at89s52 接口的設(shè)計(jì) .143.8 通訊模塊 .153.8.1 rs485 標(biāo)準(zhǔn) .153.8.2 rs485 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?.153.9 報(bào)

8、警電路部分 .173.10 功能按鍵部分 .173.11 電源電路 .183.12 單片機(jī)與 x4050 接口設(shè)計(jì) .183.12.1 工作原理 .183.12.2 x5045 芯片與 51 內(nèi)核的單片機(jī)連接 .19第第 4 4 章章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).20204.1 軟件設(shè)計(jì)思路 .204.2 主程序的設(shè)計(jì) .204.3 cs5460 的操作 .214.3.1 系統(tǒng)校準(zhǔn) .214.3.2 數(shù)據(jù)的讀寫 .214.4 顯示子程序設(shè)計(jì).24總結(jié)與展望總結(jié)與展望.2626致謝致謝.2727xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- iv -參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2828附錄附錄 a a：總原理圖

9、：總原理圖 .2929附錄附錄 b b：主要參考文獻(xiàn)體錄及摘要：主要參考文獻(xiàn)體錄及摘要 .3030附錄附錄 c c：英語引文及翻譯：英語引文及翻譯 .3232附錄附錄 d d：主要源程序清單：主要源程序清單 .3838華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- v -插圖清單插圖清單圖 3-1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖 圖 3-2 cs5460a 內(nèi)部機(jī)構(gòu)圖 圖 3-3 采集結(jié)構(gòu)圖 圖 3-4 電流采樣原理圖圖 3-5 電壓采樣原理圖圖 3-6 電量采樣總原理圖圖 3-7 內(nèi)部振蕩電路連接圖圖 3-8 外部振蕩電路連接圖圖 3-10 手動(dòng)復(fù)位電路圖 3-11 上電復(fù)位電路圖 3-12 at89s52 與 cs546

10、0a 的口線連接圖圖 3-13 lcd 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖 3-14 液晶顯示與控制電路圖 3-15 rs485 通信方式圖 3-16 max485 引腳和結(jié)構(gòu)圖圖 3-17 通訊模塊圖 3-18 報(bào)警電路圖 3-19 功能按鍵圖 3-20 電源電路圖圖 3-21 x5045 與 at89c52 的硬件接口電路圖 4-1 主程序流程圖圖 4-2 cs5460a 的寫時(shí)序圖 4-3 cs5460a 的讀時(shí)序圖 4- 1 電量采集子程序流程圖圖 4-5 顯示主程序流程圖華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 1 -引引 言言 電測儀表技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將越來越密不可分。電測儀表象其他所

11、有行業(yè)用儀器儀表一樣，其發(fā)展將遵循跟著通用計(jì)算機(jī)走、跟著通用軟件走和跟著標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)走的指導(dǎo)思想。依托于智能化、微機(jī)化儀表的日益普及，還將在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)等越來越多的領(lǐng)域中大顯身手。依托于新材料、生物工程、微電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)的最新成果，電測儀表技術(shù)將更快地進(jìn)步。生物芯片和片式系統(tǒng)soc 將使微機(jī)化儀器耗能更少，尺寸更小，功能更強(qiáng)。現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中各種大型設(shè)備將越來越多且均需定期進(jìn)行檢測。因此在線檢測方法和相應(yīng)檢測儀器儀表的研制，無疑是電測與儀表技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。為了能有效提高抄表準(zhǔn)確性與及時(shí)性和杜絕抄表不到位、估抄、誤抄、漏抄等現(xiàn)象的發(fā)生，使得遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表將取代人工上門抄表，這也將是電能測量、用電

12、管理自動(dòng)化的發(fā)展方向。隨著工業(yè)自動(dòng)化及電能管理現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)電測儀表的功能及可靠性、穩(wěn)定性要求越來越高。例如可以通過 rs485 總線對(duì)電測儀表的信息進(jìn)行訪問，實(shí)時(shí)顯示等，雖然目前市場上也出現(xiàn)了此類的儀表，但不是價(jià)格昂貴就性能不穩(wěn)定，不利于推廣，針對(duì)這一不足，本課題擬在前人的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一塊功能滿足一般用戶需要且性價(jià)比高的多功能電測儀表。因此我們要設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)數(shù)字電壓/電流表，不僅它能對(duì)電壓/電流信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測、顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)控，也能實(shí)現(xiàn)電壓/電流量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換和手動(dòng)量程轉(zhuǎn)換功能，而且在價(jià)格上也不能太貴。 xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 2 -第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 多

13、功能電測儀表的研究的及意義多功能電測儀表的研究的及意義在電力系統(tǒng)中，能快速并準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)功率、電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、電量等重要電氣參數(shù)的測量的儀表應(yīng)用的越來越普遍，所以設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定，可靠，讀數(shù)誤差小且顯示直觀的電測儀表是非常必要并具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。最近幾年很多都是只有單一的功能如只能測量電流/電壓等，如要同時(shí)測量數(shù)據(jù)時(shí)需要多個(gè)電測儀表，這樣不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且也不能實(shí)時(shí)的顯示。同時(shí)測量的精確度，穩(wěn)定度也不高，所以對(duì)電測儀表的功能及可靠性、穩(wěn)定性要求很高。在我國使用的電測儀表中，多數(shù)采用的是模擬的，其性能也不是十分的好。因此影響了我國的工業(yè)儀表的準(zhǔn)確度，造成一些數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，給工業(yè)的發(fā)展帶來

14、一定的阻力。在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)測量系統(tǒng)中，需要很好的解決模擬指針擺動(dòng)誤差補(bǔ)償問題，多點(diǎn)測量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移問題，才能夠達(dá)到高的測量精度。為了克服上面提到的問題，各商家不斷推出各種新型電測量表。基于單片機(jī)控制的電測量表，既可以完成高精度數(shù)據(jù)的測量傳遞，又可借助單片機(jī)的匯編程序做進(jìn)一步的處理和改善，還可以直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出、測試及控制功能強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、微型化、微功耗、可適配各種微控制器（mcu）或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行電壓控制，便于擴(kuò)展和維護(hù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電測儀表的功能及可靠性、穩(wěn)定性要求越來越高。例如可以通過 rs485 總線對(duì)電測儀表的信息進(jìn)行訪問，實(shí)時(shí)顯示等，雖

15、然目前市場上也出現(xiàn)了此類的儀表，但不是價(jià)格昂貴就性能不穩(wěn)定，不利于推廣，針對(duì)這一不足，我們進(jìn)一步改良了我們的電測儀表，在提高它的準(zhǔn)確度、精確度等性能的同時(shí)，降低它的成本。1.2 課題的內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)本研究課題擬設(shè)計(jì)一個(gè)可準(zhǔn)確測量供電系統(tǒng)交流電壓/電流有效值的電測儀表，該表應(yīng)具有穩(wěn)定，可靠，讀數(shù)誤差小及顯示直觀、準(zhǔn)確測量等特點(diǎn)。具體要求如下：（1）測量范圍：0-5a 交流電電流（工頻 50hz）,電壓量程為 100v,可外接電流/電壓互感器開展量程。（2）可用于三相四線制的供電系統(tǒng)，條件容許的化，可設(shè)計(jì)成三相三線/三相四線兩用型儀表。（3）帶有一路報(bào)警，當(dāng)電流發(fā)生異常時(shí)可輸出聲，光報(bào)警信號(hào)。配備

16、按鍵，可方便用戶進(jìn)行電表測量參數(shù)設(shè)置（如電流/電壓變比，通訊波特率） 。（4）系統(tǒng)帶有 rs485 通訊接口，能夠與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 3 -第第 2 2 章章 方案的比較與論證方案的比較與論證 此次設(shè)計(jì)的多個(gè)方案不同之處在于 a/d 轉(zhuǎn)換器和 51 單片機(jī)的選擇上，如果要確保測量準(zhǔn)確度，那就須在交流電信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)化精度方面大做文章，即要采用性能好，精度高的芯片，測量精度雖然上去了，但成本比較高的；相反如果僅考慮經(jīng)濟(jì)方面，那系統(tǒng)的性能就大打折扣了。我們應(yīng)該從設(shè)計(jì)要求出發(fā)，在能滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，盡可能的考慮降低設(shè)計(jì)成本。以下就從本設(shè)計(jì)中兩個(gè)核心部件選擇出發(fā)，介

17、紹下選用本設(shè)計(jì)方案的原因。2.12.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇at89s52 單片機(jī)是 atmel 公司新近推出的高檔、增強(qiáng)型產(chǎn)品。它是一個(gè)低功耗高性能 cmos8 位微控制器,片內(nèi)含通用 8 位中央處理器和 ispflash 存儲(chǔ)單元,8kbisp(in2systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲(chǔ)器,片上flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。器件采用 atmel 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs251 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu),在單芯片上,擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng)可編程 flash,

18、使得 at89s52 與目前市場上主要有的 8位單片機(jī),stc89c51/52,pic10/12/16/18，p89lpc932 等型號(hào)相比，at89s52 更能為嵌入式控制系統(tǒng)提供高靈活、高性價(jià)比的解決方案。2.22.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分模數(shù)轉(zhuǎn)換部分cs5460a 是高度集成的、帶有能量計(jì)算引擎的 cmos 芯片。它集成了以下主要模塊:一個(gè)可編程增益放大器(pga) ,一個(gè)固定增益放大器,兩個(gè)高速數(shù)字濾波器,兩個(gè)可選用的高通濾波器,一個(gè)功率、能量計(jì)算單元,一組串行接口,一個(gè)能量/脈沖轉(zhuǎn)換器,一組寄存器(24 位) ,一個(gè)看門狗定時(shí)器,一個(gè)電源監(jiān)視器等。其主要特點(diǎn)如下:(1)分辨率為 24 位二進(jìn)

19、制碼。(2)主時(shí)鐘頻率最大可為 20mhz。(3) 能量數(shù)據(jù)線性度在 1000 1 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)為 011 %。(4)芯片功能為可實(shí)現(xiàn)(真實(shí)) 能量和 i 3 v , irms ,vrms 計(jì)算及能量到脈沖速率轉(zhuǎn)換。(5)具有交流或直流系統(tǒng)校準(zhǔn)。(6) 10 倍和 50 倍的可編程增益放大器。(7)優(yōu)化的接口適用于分路(流)式傳感器。(8)兼容 iec(國際電工委員會(huì)) 687/ 1036 標(biāo)準(zhǔn)和 j is(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)) 。(9)具有電壓對(duì)電流的相位補(bǔ)償及單電源地參考信號(hào)。(10)具有簡單的三線串行接口電路、看門狗電路和電源監(jiān)視電路。 在以往的交流電壓、電流有效值測量中，往往采用 ad536

20、 等真有效值轉(zhuǎn)換芯片得出，或是通過對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)值采樣測量，通過有效值公式運(yùn)算得出。采用這種有效值轉(zhuǎn)換芯片，雖然具有使用方法簡單，轉(zhuǎn)換精度高，不受波形因素影響等特點(diǎn)，但價(jià)格過高；而對(duì)瞬時(shí)值采樣運(yùn)算得到的有效值則需要存儲(chǔ)大量的交流信號(hào)瞬時(shí)值，同時(shí)對(duì) a/d 轉(zhuǎn)換器的采樣速度與轉(zhuǎn)換速度、a/d 轉(zhuǎn)換器與微控制器的通訊速度、微控制器的運(yùn)算速度要求較高，實(shí)現(xiàn)起來與采用專用真有效值變換芯片比起來成本并不會(huì)有太大的降低，同時(shí)還需要有相對(duì)復(fù)雜的算法支持。對(duì)于交流功率的測量則主要xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 4 -是利用公式：p=uicos，分別測得三個(gè)參量后運(yùn)算得出，或分別通過對(duì)電壓、電流的瞬

21、時(shí)值采樣，再通過相應(yīng)的算法運(yùn)算得出。這兩種方法同樣與電壓、電流有效值測量存在相類似的問題，即需要高成本的硬件與復(fù)雜算法支持。為了解決以上問題，本設(shè)計(jì)選擇了低成本的 cs5460a 功率、電能專用計(jì)量芯片來進(jìn)行交流電參數(shù)的有效值測量。該芯片是高度集成的 - 型 a/d 轉(zhuǎn)換器，在惡劣的條件下仍能保持良好的性能指標(biāo)和長期的穩(wěn)定性第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.13.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖基于單片機(jī)數(shù)字電壓/電流表的設(shè)計(jì)主要完成對(duì)電壓/電流信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測和顯示，要求能實(shí)現(xiàn)電壓/電流量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換和手動(dòng)量程轉(zhuǎn)換功能。本畢業(yè)設(shè)計(jì)擬通過信號(hào)采集模塊把三相四線制的

22、電力系統(tǒng)中的大電流和大電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成 cs5460a 可接受的小電壓信號(hào)，將采集到的小電壓信號(hào)送入 cs5460 的信號(hào)輸入通道，通過 cs5460a 對(duì)其進(jìn)行華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 5 -a/d 轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為 24 位的數(shù)字信號(hào)。cs5460a 通過串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后將結(jié)果送入 lcd 顯示。 圖 3-3 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖 本章的主要內(nèi)容就是根據(jù)以上說明，具體的論述各個(gè)部分。3.23.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的介紹3.2.1 cs5460a 的特點(diǎn)(1)轉(zhuǎn)換精度高,測量功能強(qiáng)自身轉(zhuǎn)換精度達(dá)到 0.1 級(jí),可以實(shí)現(xiàn) 0

23、.2 級(jí)的測儀表?？蓽y量瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值和電能計(jì)量,這在電力系統(tǒng)的測量芯片中是不多見的。(2)外圍器件少,具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器(watchdogtimer)與內(nèi)部電源監(jiān)視器該芯片只用很少的外圍器件即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能,確保了儀表的轉(zhuǎn)換精度及穩(wěn)定性。(3)接口方便器件本身形成雙向串行接口,雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接,并有功能很強(qiáng)的內(nèi)部寄存器數(shù)組,56 根連線即可方便地與單片機(jī)接口;針對(duì)這些特點(diǎn),選用了 cs5460 芯片,收到了很好的效果。本文著重介紹 cs5460 芯片的基本功能與運(yùn)用,根據(jù)時(shí)序,給出所采用讀寫方法的一些體

24、會(huì)以及硬件實(shí)現(xiàn)原理圖。3.2.2 工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu) cs5460a 內(nèi)部集成了包括偏置寄存器、增益寄存器、脈沖速率寄存器和參數(shù)寄存器等 16 個(gè)寄存器，還集成了串口發(fā)送寄存器、串行口接收寄存器和一個(gè)命令解釋狀態(tài)機(jī)，這些寄存器用來完成對(duì) cs5460a 的設(shè)置、采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和串行輸入輸出的控制。cs5460a 通過與分流器或電流互感器連接測量電流，與分壓電阻或電壓互感器連接測量電壓。為了和輸入電壓的不同量級(jí)匹配，電流通道集成 1 個(gè)可編程增益放大器（pga） 。電壓、電流各有 1 路高速數(shù)字濾波器，其中電壓通道的高速濾波器是一個(gè)由短程 fir 補(bǔ)償?shù)墓潭?sin c2 濾波器；電流通道包括

25、1 個(gè) sin c4 濾波器，由 1 個(gè)短程 fir濾波器補(bǔ)償。電壓通道和電流通道各有 1 個(gè)高通濾波器，可在能量計(jì)算前濾波輸入信號(hào)中的直流成分，這些高通濾波器可通過配置寄存器中的某些位激活。如果只想在 1個(gè)通道中使用高通濾波器，補(bǔ)償由高通濾波器所引起的相位延遲。xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 6 -cs5460a 串行接口的從屬方式使用包括 2 條控制線和 2 條數(shù)據(jù)線：cs、sdi、sdo 和 sclk.cs:片選（輸入腳） ，允許訪問串口的控制線。cs 為邏輯 1 時(shí)，sdi,sdo 和 sclk、輸出將保持高阻抗。如果 cs 為邏輯 0，sdi,sdo 和 sclk 具有如下特

26、性：sdi：串行數(shù)據(jù)輸入（輸入腳） ，用于把用戶的數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)/命令/地址等）傳輸?shù)絚s5460a。sdo:串行數(shù)據(jù)輸出（輸出腳） ，用于從寄存器讀出數(shù)據(jù)。sclk:串行時(shí)鐘（輸入腳） ，控制數(shù)據(jù)移出或移入 a/d 轉(zhuǎn)換器串行口的傳輸率。為了和光電耦合器相匹配，sclk 的輸入端集成了一個(gè)施密特觸發(fā)器，以允許使用上升和下降時(shí)間較慢的光電耦合器直接驅(qū)動(dòng)該引腳。另外，sdo 具有吸收或輸出 5ma 電流的能力，可以直接驅(qū)動(dòng)光電耦合器的 led。在吸收或輸出 5ma 電流時(shí)，sdo 的驅(qū)動(dòng)電壓損失小于 400ma【17】。 圖 3-4 cs5460a 內(nèi)部機(jī)構(gòu)圖3.2.3 芯片管腳的功能1 腳 xo

27、ut:晶體振蕩器輸出。2 腳 cpuclk:cpu 時(shí)鐘輸出。cpuclk 片上振蕩器的輸出,可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)標(biāo)難的cmos 負(fù)荷。3 腳 vd+:數(shù)字電路電源正極。以 dgnd 為參考,一般為+5v10%。4 腳 dgnd:數(shù)字地。數(shù)字接地,與 va-具有相同的電平。5 腳 sclk:串行時(shí)鐘輸入。該腳確定 sdi 和 sdo 引腳的輸入和輸出速率。此輸入具有一個(gè)允許使用邊沿緩慢的信號(hào)的施密特觸發(fā)器。只有當(dāng) cs 低時(shí),sclk 引腳才識(shí)別時(shí)鐘。6 腳 sdo:串行數(shù)據(jù)輸出。sdo 是串行數(shù)據(jù)端口的輸出引腳,當(dāng) cs 高時(shí),其輸出將處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。7 腳 cs:片選。當(dāng)處于低電平時(shí),端口可以識(shí)別

28、 sclk。該腳高電平狀態(tài)使 sdo 引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。cs 應(yīng)在 sclk 處于低電平時(shí)改變狀態(tài)。8 腳 mode:模式選擇。當(dāng)處于高電平時(shí) cs5460a 開始執(zhí)行自導(dǎo)入序列,從外接華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 7 -e2prom 讀取命令和設(shè)置。當(dāng)處于低電平時(shí) cs5460 運(yùn)行在常規(guī)命令模式。引腳不連接時(shí)下拉為邏輯低電平。9 腳 vin+:差分電壓正輸入端。10 腳 vin-:差分電壓負(fù)輸入端。vin+,vin-為電壓通道的差分模擬輸入引腳。11 腳 vrefout:參考電壓輸出。芯片上的參考電壓由該引腳輸出,參考電壓的標(biāo)稱值為 2.5v(以 va-引腳為參考)。12 腳 vrefin

29、:參考電壓輸入。該引腳輸入的電壓給芯片上的調(diào)制器提供參考電壓。13 腳 va-:模擬地負(fù)極。負(fù)模擬電源引腳,必須具有最低的電壓。14 腳 va+:模擬電源正極。以 va-為參考,通常為+5v10%。15 腳 hn-:差分電流負(fù)輸入端。16 腳 hn+:差分電流正輸入端。hn-,hn+為電流通道的差分模擬輸入引腳。17 腳 pfmon:電源掉電監(jiān)視輸出。pfmon 掉電監(jiān)視器,用來監(jiān)視模擬電源,相對(duì)于va-引腳的典型閥值電平為 2.5v,具有50mv 的滯環(huán)。如果 pfmon 的電壓低于閥值,則狀態(tài)寄存器的 lsd(低電源檢測)位將被置位。18 腳 nc:空腳。該引腳保持懸浮態(tài)。19 腳 res

30、et:復(fù)位輸入。reset 當(dāng)復(fù)位引腳為低電平時(shí),所有內(nèi)部寄存器都被設(shè)置為缺省值。20 腳 int:中斷輸出。當(dāng) int 變低時(shí),表明一個(gè)允許的事件已發(fā)生?？梢酝ㄟ^向cs5460a 寫入適當(dāng)命令來使 int 清除(邏輯 1)。21 腳 eout:電能脈沖輸出。eout 電量輸出引腳,輸出一個(gè)脈沖寬固定、頻率(可編程)和電能成比例的脈沖串。22 腳 edir:能量方向指示輸出。如果測量到的電能是負(fù)值,電能方向指示器發(fā)出指示。23 腳 sdi:串行數(shù)據(jù)輸入。sdi 是串行數(shù)據(jù)接口的輸入引腳。數(shù)據(jù)的輸入速率由sclk 決定。24 腳 xin:晶體振蕩器輸入。xout,xin 芯片內(nèi)的一個(gè)門電路與這些

31、引腳相連,可連接晶體為芯片提供系統(tǒng)時(shí)鐘。另外,也可以有外部時(shí)鐘(與 cmos 時(shí)鐘兼容)驅(qū)動(dòng)引腳xin,為芯片提供系統(tǒng)時(shí)鐘。3.33.3 電量信號(hào)采集模塊電路設(shè)計(jì)電量信號(hào)采集模塊電路設(shè)計(jì)電量采集部分是保證該計(jì)量裝置精度、提供修改綜合誤差所需的測量數(shù)據(jù)的重要環(huán)節(jié)。不管采用哪種器件，首先器件的精度要高、穩(wěn)定，所采集的信號(hào)才能正確反映電流、電壓的真實(shí)大小及正確的相位關(guān)系。3.3.1 調(diào)制電路和互感器部分電流采樣電路由電電流互感器、精密電阻網(wǎng)絡(luò)、過壓保護(hù)及去抖電容組成。本課題選用 2000：1 的電流互感器為電流通道采樣器件，為降低激磁誤差采用安匝數(shù)高的電流互感器，由精密電阻組成的電流電壓變換電路使電

32、流互感器工作于近似短路狀態(tài)，經(jīng)過 i/v 變換后的電壓信號(hào)就反映了電流的副位和相位。如圖 3-3 所示。xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 8 - 圖 3-3 采集結(jié)構(gòu)圖cs5460a 的電壓通道和電流通道可與電阻分流器或互感器接口。其電流通道的可編程增益放大器(pga)的增益可設(shè)為 10 db 和 50 db，分別對(duì)應(yīng)于最大有效值為 250 mv和 50 mv 的交流信號(hào)輸入；電壓通道的最大有效值輸入為 250 mv。由于 cs5460a 的-型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用過采樣原理，對(duì)高頻噪聲有較強(qiáng)的抑制，因而對(duì)輸入信號(hào)無需進(jìn)行復(fù)雜的濾波器處理，引入阻容濾波電路反而容易引起相移。 圖 3-5 和圖

33、3-4 是電壓和電流的采樣電路。在圖 3-4 中，pt 是變比為 2:1 的電壓互感器，ct 為變比 2000:1 的電流互感器。取樣電阻 r2，r3，r4，r5 的阻值由被測信號(hào)的最大值決定。電阻為電壓、電流模擬通道的輸入保護(hù)電阻。原理圖中r2=r3，r4=r5。經(jīng)變換后的小信號(hào)以差模電壓的形式接到 cs5460a 的模擬信號(hào)輸入端，減小輸入阻抗。由于互感器的使用引入可能造成輸入信號(hào)的相移，使功率測量的誤差增大。而 cs5460a 具有相位補(bǔ)償功能(可進(jìn)行-24+25的相位補(bǔ)償)，可以大大減小互感器相移所帶來的誤差的影響。(1)根據(jù)任務(wù)書的要求：電壓的量程在 0100v，而 cs5460a

34、的輸入的電壓范圍是0250mv,所以不能將 cs5460a 直接接在電網(wǎng)上，需要將電網(wǎng)的大電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換到小電壓信號(hào)再與 cs5460a 連接，用電阻分壓的方式來減小電壓。所以知，電壓分比為： 400m250100vv注意：cs5460a 采集的電壓是經(jīng)過分壓后的小電壓，并不是電網(wǎng)中的實(shí)際電壓，因此在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)應(yīng)該乘以相應(yīng)的系數(shù)才是實(shí)際的電壓。(2) 根據(jù)任務(wù)書的要求：電流的測量范圍為 05a,而 cs5460a 的輸入電流范圍很小，所以在電流采樣電路中，要通過電流互感器把大電流信號(hào)變成小電流信號(hào)，再通過精密電阻把此信號(hào)變成電壓信號(hào)，實(shí)際上 cs5460a 采集的還是電壓信號(hào)，由此可見cs546

35、0a 采集的信號(hào)不是實(shí)際的電流信號(hào)，因此需要計(jì)算出其中的比例關(guān)系，以便在程序中乘以相應(yīng)的系數(shù)。 本設(shè)計(jì)中采用的是 5a/2.5ma 的電流互感器，在本設(shè)計(jì)中采用 56 歐姆的精密電阻來實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，此時(shí)可以測量的電流范圍達(dá)到能 06.3a。 設(shè)單片機(jī)從 cs5460 中讀的電流測量結(jié)果為 d，實(shí)際電壓值為 z，則有以下關(guān)系式： 565 . 25250mazmvffffd得到： z=0.136d（0.136 為比例系數(shù)） 。電流互感器精密電阻網(wǎng)絡(luò)過流保護(hù)去抖電容輸入輸出華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 9 -圖 3-4 電流采樣原理圖圖 3-5 電壓采樣原理圖 3.3.2 電量采樣總原理圖如下

36、圖 3-6 所示：xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 10 - 圖 3-6 電量采樣總原理圖華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 11 -3.43.4 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.4.1 at89s52 芯片的硬件結(jié)構(gòu) 在設(shè)計(jì)中，要選用一個(gè)單片機(jī)作為電測量儀表的 cpu，由前面的介紹可知，該單片機(jī)是公司新近推出的高檔、增強(qiáng)型產(chǎn)品。它是一個(gè)低功耗、高性能位微控制器,片內(nèi)含通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲(chǔ)單元,8k bytes isp 一跳的可反復(fù)擦寫 1000 次的只讀程序存儲(chǔ)器,片上 flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。器件采用 atmel 公司的

37、高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-52 指令系統(tǒng)及80s52 引腳結(jié)構(gòu),在單芯片上,擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng)可編程 flash,使得 at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活!高性價(jià)比的解決方案。3.4.2 at89s52 的功能介紹 兼容 mcs-51 指令系統(tǒng) 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash 存儲(chǔ)器32 個(gè)雙向可編程 i/o 口線 4.5-5.5v 工作電壓3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器式 時(shí)鐘頻率 0-24mhz2 個(gè)全雙工 uart 串行中斷通道 256x8bit 內(nèi)部 ram2 個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和掉電模式中斷喚醒掉電模式 三級(jí)加密程序存

38、儲(chǔ)器看門狗定時(shí)器電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能模式靈活的字節(jié)和分頁編程 電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)3.4.3 at89s52 晶振特性at89s52 單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器。xtal1 和 xtal2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器.,見圖 3-7、3-8。從時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話,xtal2 可以不接,而從 xtal1 接入。由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的,-所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有其它要求,最長低電平持續(xù)時(shí)間和最少高電平持續(xù)時(shí)間等還是要符合要求的。xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 12 - 圖 3-7 內(nèi)部振

39、蕩電路連接圖 圖 3-8 外部振蕩電路連接圖3.4.4 at89s52 的復(fù)位電路at89s52 單片機(jī)與其他微處理器一樣，在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，使 cpu 及系統(tǒng)各部件處于確切的初始狀態(tài)。at89s52 單片機(jī)復(fù)位的形式有以下兩種：1、手動(dòng)復(fù)位手動(dòng)復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 rst 在加入高電平。一般采用的辦法是在 rst 端和正電源 vcc 之間接一個(gè)按扭。當(dāng)人為按下按鍵時(shí)，則 vcc 的+5v 電平就會(huì)直接加到 rst 端。由于人的動(dòng)作很快也會(huì)使按扭接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，保證能滿足復(fù)位的時(shí)間要求。手動(dòng)復(fù)位電路如圖 3-10 所示：圖 3-9 手動(dòng)復(fù)位電路在圖 2-10 的復(fù)位電路中，當(dāng) vc

40、c 掉電時(shí)，必然會(huì)使 rst 端電壓迅速下降到 0v以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生傷害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)端口為全“1”態(tài)。2、上電復(fù)位at89c51 的上電復(fù)位電路如圖 3-11 所示，只要在 rst 復(fù)位輸入引腳上接一個(gè)電容至 vcc 端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)與 cmos 型單片機(jī)，由于在 rst 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將接外電容減至 1uf。上電復(fù)位的過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給 rst 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 vcc 對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即 rst 端的高電平持

41、續(xù)時(shí)間。上電時(shí)，vcc 的上升時(shí)間大約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10mhz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1mhz，起振時(shí)間為 10ms。華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 13 -圖 3-10 上電復(fù)位電路3.53.5 單片機(jī)與單片機(jī)與 cs5460acs5460a 接口電路設(shè)計(jì)接口電路設(shè)計(jì)cs5460a 有四條串行接口線：/cs、sdi、sdo 和 sclk。/cs 為片選控制線，低電平有效；sdi 為串行數(shù)據(jù)輸入線；sdo 為串行數(shù)據(jù)輸出線；sclk 為串行時(shí)鐘，用于控制cs5460a 與微控制器之間數(shù)據(jù)傳輸同步。針對(duì)三相電表的特性，采用三塊 cs5460a

42、，并通過轉(zhuǎn)化的 spi 口輸出 clk、sdi、sdo、和 rst，前三串口高速復(fù)用，因此通過三個(gè)高速隔離送往單片機(jī) at89s52 的三串口；cs 片選和 rst 復(fù)位通過六個(gè)低速隔離（無法復(fù)用）用單片機(jī) at89s52 進(jìn)行片選和復(fù)位。如圖 3-11 所示： rstcssdisdosclkat89s52cs5460ap1.0p1.1p1.2p1.3p1.4圖 3-11 at89s52 與 cs5460a 的口線連接圖注：三片 cs5460 的 rst,sdi,sdo,slck 共用單片機(jī)的四根口線，但各片的片選線是不共用的。 3.63.6 lcdlcd 顯示顯示此次設(shè)計(jì)選用 dmc2026

43、1 型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與cpu 直接接口，具有 8 位標(biāo)注數(shù)據(jù)總線、6 條控制線及電源線。dmc20261 型液晶顯示模塊內(nèi)部由 3 部份組成:lcd 控制器、驅(qū)動(dòng)器、顯示器。如圖 3-12 所示目前大部分 lcd 液晶顯示器的控制器都有采用型號(hào)為 hd44780 的集成控制器。xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 14 -hd44780 是集控制器、驅(qū)動(dòng)器于一體,專用于字符顯示控制驅(qū)動(dòng)集成電路。hd44780 是字符型液晶顯示控制器的代表電路其主要特點(diǎn)是:hd44780 不僅作為控制器而且具有驅(qū)動(dòng) 401 點(diǎn)陣液晶像素的能力,且驅(qū)動(dòng)能力可通過外接驅(qū)動(dòng)器擴(kuò)展 360 列

44、驅(qū)動(dòng);顯示緩沖區(qū)及用戶自定義的字符發(fā)生器 cgram 全部內(nèi)藏在芯片內(nèi);具有適用于 m6800 系列mpu 的接口,并且接口數(shù)據(jù)傳輸可為 8 位數(shù)據(jù)和 4 位數(shù)據(jù)傳輸 2 種方式;具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集,可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng),閃爍等顯示功能;由于 hd44780 的 ddram 容量所限,hd44780 可控制的字符高達(dá)每行 80 個(gè)字,也就是 580=400 點(diǎn),內(nèi)藏有 16 路行驅(qū)動(dòng)器和40 路列驅(qū)動(dòng)器,所以 hd44780 本身就具驅(qū)動(dòng)有 1640 點(diǎn)陣 lcd 能力(即單行 16 個(gè)字符2 行 8 個(gè)字符);內(nèi)藏的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(cgrom)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,比如

45、數(shù)字/10 的代碼是 00110001b(31h),又如大寫的英文字母/a0 的代碼是01000001b(41h)。 圖 3-12 lcd 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.73.7 液晶顯示屏與液晶顯示屏與 at89s52at89s52 接口的設(shè)計(jì)接口的設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中,液晶模塊與單片機(jī)的連接方式很多。從占用 i/o 口線的多少來分有串行方式和并行方式,其中串行方式速度較慢、占用的 i/o 口少,并行方式分為 4 線和 8線、速度較快、占用的 i/o 口多,實(shí)際應(yīng)用中以并行方式居多。目前 51 系列單片機(jī)是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的一類,下面介紹筆者設(shè)計(jì)成功的接口電路供大家參考。單片機(jī)的 p0 口和 p3 口的部份引

46、腳與 dmc2026 型液晶顯示連接電路如圖 3-13 所示。lcd控制器lcd驅(qū)動(dòng)器lcd顯示器db0-db7er/wveersvccdgnd華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 15 -圖 3-13 液晶顯示與控制電路 3.83.8 通訊模塊通訊模塊在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時(shí) , 微處理器要與不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連 , 這就需要建立統(tǒng)一的通信總線標(biāo)準(zhǔn)。通信總線可分為并行總線和串行總線 1 ,并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好 , 但占用的口線多 ,不宜于小型化產(chǎn)品的開發(fā); 串行通信速率雖低 ,但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中顯得更加簡易、方便、靈活。串行通信總線的種類繁多 , 文中就當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中最常用

47、的 rs485 總線的通信可靠性做分析 , 3.8.1 rs485 標(biāo)準(zhǔn)rs485 是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(eia)制訂并發(fā)布的,它是 rs - 422 基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn), rs - 485 標(biāo)準(zhǔn)采用平衡式發(fā)送,差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動(dòng)總線,具體規(guī)格要求:接收器的輸入電阻 rin12k; 驅(qū)動(dòng)器能輸出7 的共模電壓; 輸入端的電容50pf; 在節(jié)點(diǎn)數(shù)為 32 個(gè),配置了 120 的終端電阻的情況下,驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出電壓 115v(終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān));接收器的輸入靈敏度為 200 mv (即(v+) - (v-)012 v, 表示信號(hào)“0”; (v + )

48、- (v - )- 012 v,表示信號(hào)“1”)因?yàn)?rs - 485 的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn) ( 32 個(gè) )以及傳輸線成本低的特性,使得 eiars - 485 成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。3.8.2 rs485 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?）rs485 總線屬于外部總線,外部總線用于與外部設(shè)備進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換, 是設(shè)備級(jí)的。rs - 485 標(biāo)準(zhǔn)所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。然而在實(shí)際應(yīng)用中,往往分散控制單元數(shù)量較多、分布較遠(yuǎn)、現(xiàn)場存在各種干擾,使得通信的可靠性不高。為了提高 rs - 485 總線在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性,應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。 （2）

49、阻抗匹配xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 16 -rs - 485 的信號(hào)線應(yīng)考慮阻抗匹配問題, 所謂阻抗匹配即信號(hào)線的負(fù)載應(yīng)與信號(hào)線的特性阻抗相等。特性阻抗與信號(hào)線的寬度、與地線層的距離以及板材的介電常數(shù)等物理因素有關(guān),是信號(hào)線的固有特性阻抗不匹配將引起傳輸信號(hào)的反射,使數(shù)字波形產(chǎn)生振蕩,造成邏輯混亂由于通信載體是雙絞線,它的特性阻抗為 120 左右,所以線路設(shè)計(jì)時(shí),在 rs - 485 網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接 1 只 120 的匹配電阻,如圖 3-14 所示,以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。圖 3-14 rs485 通信方式max485 接口芯片是 maxim 公司的一種 rs48

50、5 芯片。采用單一電源+5 v 工作，額定電流為 300 a，采用半雙工通訊方式。它完成將 ttl 電平轉(zhuǎn)換為 rs485 電平的功能。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。從圖中可以看出,max485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。ro 和 di 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的 rxd 和 txd 相連即可；/re 和 de 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/re 為邏輯 0 時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) de 為邏輯 1 時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)?max485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；a 端和 b

51、端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng) a 引腳的電平高于 b 時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) a 的電平低于 b 端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡單。只需要一個(gè)信號(hào)控制 max485 的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將 a 和 b 端之間加匹配電阻，一般可選 100 的電阻?？梢源锌谌‰?，可以驅(qū)動(dòng) max232 與 max485 實(shí)現(xiàn)通信。沒加負(fù)載時(shí)電壓有 5.16v，加負(fù)載后降制 3v 左右。如圖 3-15 所示：圖 3-15 max485 引腳和結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上的要求，設(shè)計(jì)的電路如 3-16 圖所示：通過單片機(jī) p1.7 口決定是傳送還是接受數(shù)據(jù)。華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 17

52、-圖 3-16 通訊模塊 3.93.9 報(bào)警電路部分報(bào)警電路部分 當(dāng)電流發(fā)生異常時(shí)，報(bào)警電路可輸出聲光報(bào)警信號(hào)。用戶可以通過功能按鍵進(jìn)行電表測量參數(shù)設(shè)置(如電流/電壓變比,通訊波特率等)。本次設(shè)計(jì)主要采用的是蜂鳴器與發(fā)光二極管，如圖 3-17 所示：通過控制 p1.5 口輸出低電平來實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。1kpn p分分分分分分vc c分分分p1.5圖 3-17 報(bào)警電路3.103.10 功能按鍵部分功能按鍵部分在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵。鍵盤是人機(jī)界面的主要部件，它在單片機(jī)的設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者想要的功能。由于用戶無

53、需輸入數(shù)字量，所有功能選擇及參數(shù)設(shè)定均通過按鍵來完成，所以只需 4 個(gè)按鍵就實(shí)現(xiàn)了全部功能的操作，并提供了簡潔的操作模式。所有按鍵均直接連接到單片機(jī)引腳上，無鍵按下時(shí)單片機(jī)引腳處于高電平狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)單片機(jī)將接收到一個(gè)低電平信號(hào)，從而執(zhí)行具體的操作。在本課題中的四個(gè)鍵分別賦予一下功能：s1:翻轉(zhuǎn)功能，由于單片機(jī)從 cs5460a 讀取電量信息時(shí)，只能一個(gè)一個(gè)的讀，所以通過此按鍵，可以選擇讀取哪一個(gè)。s2：參數(shù)設(shè)置鍵，可以用于設(shè)置電壓/電流變比(以對(duì)消外面擴(kuò)展互感器縮小比例)，以及當(dāng)與上位機(jī)通信時(shí)，可用于設(shè)置波特率。s3:返回鍵。s4：加 1 鍵xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 18

54、 -具體的電路如圖 3-18 所示：圖 3-18 功能按鍵圖 3.11 電源電路在電子電路中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。本次設(shè)計(jì)的直流電源為單相小功率電源，它將頻率為 50hz、有效值為 220v 的單相交流電轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾百毫安以下的直流電源。本次設(shè)計(jì)的大體思路就是單相交流電經(jīng)過變壓器，橋式整流，大電容濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的直流電源。電源電路如圖 3-19 所示：ac1ac2v+3v-4v in+5vvc c220v220vac-11vdctre1d2dp3c4g5com46b7com38com29f10a11com112分 分 分 分 分 分e1d2dp3c4g5

55、com46b7com38com29f10a11com112分 分 分 分 分 分a1b2vc c14q03q14q25q36q410q511q612q713cl k8cr9gn d774l s164a1b2vc c14q03q14q25q36q410q511q612q713cl k8cr9gn d774l s164p00p01p02p03p04p05p06p07p24p25p26p27vc cvc c圖 3-19 電源電路圖3.12 單片機(jī)與 x4050 接口設(shè)計(jì)x5045 是在單片機(jī)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種看門狗芯片,他把上電復(fù)位、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和 e2prom 四種常用功能組合在單個(gè)芯

56、片里,以降低系統(tǒng)成本!節(jié)約電路板空間。其看門狗定時(shí)器和電源電壓監(jiān)控功能可對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用;5128 位的 e2prom可用來存儲(chǔ)單片機(jī)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)將其運(yùn)用在溫度控制系統(tǒng),取得了令人滿意的結(jié)果。華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 19 -3.12.1 工作原理x5045 除了作為看門狗芯片使用外,另外一個(gè)基本的功能就是作為 e2prom 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用,內(nèi)部包含 512*8 的串行 e2prom,以保證系統(tǒng)在掉電后仍可維持重要數(shù)據(jù)不變。x5045 與 mcu 采用流行的 spi 總線接口方式,可以和任意一款單片機(jī)的 i/o 口直接連接。芯片內(nèi)部含有一個(gè)位指令移位寄存器,該寄存器可以通過 si 來訪問

57、。數(shù)據(jù)在 sck 的上升沿由時(shí)鐘同步輸入,在整個(gè)工作期內(nèi),cs 必須是低電平且 wp 必須是高電平。如果在看門狗定時(shí)器預(yù)置的溢出時(shí)間內(nèi)沒有總線活動(dòng)通常指 cs 引腳電平變化,那么 x5045 將提供復(fù)位信號(hào)輸出以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。x5045 內(nèi)部有一個(gè)/寫使能 0 鎖存器,在執(zhí)行寫操作之前該鎖存器必須被置位,在寫周期完成之后,該鎖存器自動(dòng)復(fù)位。3.12.2 x5045 芯片與 51 內(nèi)核的單片機(jī)連接 at89s52 單片機(jī)和 x5045 的接口如圖 3-20 所示進(jìn)行接線。雖然接口電路簡單,但他為 at89s52 單片機(jī)擴(kuò)展了上電復(fù)位!看門狗定時(shí)器、電源電壓監(jiān)控,4kb 串行e2prom 等

58、功能,并且 e2prom 內(nèi)部數(shù)據(jù)最小保存期為 100 年,可擦寫 100 萬次以上。圖 3-20 x5045 與 at89c52 的硬件接口電路 xxx：液晶顯示多功能電測儀表的設(shè)計(jì)- 20 -第第 4 4 章章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)軟件的編寫可以用匯編或高級(jí)語言(如 c51)，從我的自身情況來說，我選擇的是用匯編語言。4.1 軟件設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要涉及：主程序的設(shè)計(jì)、cs5460a 的操作、電壓、電流的標(biāo)量變換、lcd 顯示等，以下將分節(jié)介紹各部分的設(shè)計(jì)。4.2 主程序的設(shè)計(jì) 圖 4-1 主程序流程圖 單片機(jī)上電復(fù)位后，首先就對(duì) cs5460a 進(jìn)行復(fù)位、初始化，然后發(fā)測

59、量命令，處于自動(dòng)測量狀態(tài)，根據(jù)按鍵要求顯示測量結(jié)果。程序最后處理測量結(jié)果，數(shù)據(jù)可以通過液晶顯示器在線顯示或者通過通信上傳給上位機(jī)。cs5460a 的初始化程序需向cs5460a 寫入 3 個(gè)字節(jié)的 sync1 和 1 個(gè)字節(jié)的 sync0，執(zhí)行該任務(wù)的子程序?yàn)槌跏蓟映绦颍⒁恍﹨?shù)寫入相應(yīng)的寄存器中，再調(diào)用轉(zhuǎn)換子程序；命令讀出子程序需給完命令字后，再調(diào)用讀子程序。如果是第一次上電測量，必須進(jìn)行交流偏移校準(zhǔn)、交流增益校準(zhǔn)子程序,只有這樣才能保證測量的準(zhǔn)確性。上電復(fù)位系統(tǒng)初始化cs5460a 交流校準(zhǔn)是否校準(zhǔn)完成ny開始測量rs-485 通信lcd 顯示華東理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）- 21 -4.

60、3 cs5460 的操作cs5460a 的操作主要是通過 spi 口寫命令，讀寫不同的寄存器，執(zhí)行不同的操作；cs5460a 的寄存器主要狀態(tài)寄存器、配置寄存器、控制寄存器、各種校準(zhǔn)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器等。在進(jìn)行測量前，要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置寄存器，以便得到正確的結(jié)果。4.3.1 系統(tǒng)校準(zhǔn)cs5460a 提供數(shù)字校準(zhǔn)功能，通過寫指定的值到校準(zhǔn)命令寄存器即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)偏置校準(zhǔn)和系統(tǒng)增益校準(zhǔn)等。當(dāng)執(zhí)行校準(zhǔn)時(shí)，必須把相應(yīng)的校準(zhǔn)信號(hào)到電壓電流通道。cs5460a 具有一系列的校準(zhǔn)寄存器，執(zhí)行某一個(gè)校準(zhǔn)命令后，相應(yīng)的寄存器就會(huì)保留校準(zhǔn)產(chǎn)生的修正值，這些值可以讀出；若將其保存在外部非易失存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)復(fù)位后把值寫入相應(yīng)的寄存器，不必重新校