基于MCU的單相電表檢測儀設(shè)計(jì)

摘要單相電表檢測儀儀是用于現(xiàn)場場檢驗(yàn)低壓單單相電能表計(jì)計(jì)量是否準(zhǔn)確確的專用儀器器。本文針對對檢測儀的技技術(shù)要求，闡闡述了系統(tǒng)的的總體方案設(shè)設(shè)計(jì)、硬件電電路設(shè)計(jì)和軟軟件設(shè)計(jì)，分分析了影響測測量精度的主主要原因及解解決方法。本文的主要研究究內(nèi)容是針對對低壓單相電電能表的現(xiàn)場場檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)系統(tǒng)要求的的檢測功能和和技術(shù)指標(biāo)。采采取的技術(shù)方方案是以微控控制器為核心心，利用微型型電壓互感器器和鉗形電流流互感器分別別將單項(xiàng)供電電電壓和電流流變換為弱電電信號，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對供電電路路的電壓和電電流進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)檢測，同時(shí)時(shí)通過電能計(jì)計(jì)量芯片測量量實(shí)際的有功功功率，充分分利用微控制制器較強(qiáng)的運(yùn)運(yùn)算功能，計(jì)計(jì)算出一定時(shí)時(shí)間內(nèi)消耗的的電能，同時(shí)時(shí)利用光電采采樣器對被測測表的計(jì)量的的電能進(jìn)行檢檢測，從而計(jì)計(jì)算出被測電電能表的誤差差?，F(xiàn)場檢驗(yàn)的特點(diǎn)點(diǎn)是不停電接接線，對于電電流檢測需采采用鉗形電流流互感器，而而鉗形電流互互感器的開口口接觸面存在在空氣間隙，使使互感器的線線形變差并存存在較大的相相移，且一致致性較差。采采用分段線性性化處理，可可以提高測量量的精度。本文內(nèi)容涉及微微控制器、電電氣測量技術(shù)術(shù)等多項(xiàng)應(yīng)用用技術(shù)，具有有一定的應(yīng)用用價(jià)值與實(shí)際際意義。關(guān)鍵詞：微控制制器；低壓單單相電能表；；現(xiàn)場檢測TitleTheddesignnofllocalcalibbratinnginsstrumeentfoorloww-volttageWattt-houurmetterbaasedoonMCUUAbstracctTheloccalcaalibraatinginstrrumenttforthessinglee-phassewattt-houurmetterissasppecialldeviicethhatissuseddtommeasurretheeaccuuracyofloow-volltageWatt--hourmeterrinssceneexamiine.TThisppaper,,accoordinggtottheteechniccalreequireementssofddetecttors,tellssusttheovverallldesiignoffthesysteem,haardwarreanddsofttwarecircuuit,aandannalyzeesthereasoonoftheiimpacttofmmeasurrementtaccuuracyandtthemaainmeeasureestossolutiion.Themaiinressearchhconttentiistheelow--voltaagesiingle--phaseewattt-hourrmeteeron--siteinspeectionn,theereallizatiionoffthedetecctionsysteemreqquiremmentsandttechniicaliindicaators..Thetechnnicalplanistaakingtthemiicro-ccontroollerasthhecorre,ussingtthemiini-vooltageetrannsformmeranndclaampcuurrentttrannsformmerresspectiivelytotrransfoormthhesiinglepowerrsuppplyvooltageeandcurreenttrransfoormatiiontootheweakelecttricallsignnal,aandtooreallizetthereeal-tiimedeetectiionfoortheepoweersuppplyccircuiitofvoltaageanndcurrrent,,attheesameetimee,eneergymmeteriingchhipcaanmeaasurethetruevaluee,takkefullladvvantaggeofstronngcommputinngmiccroconntrolllerfuunctioons,ttocallculattewitthinaacerttainpperioddofttimetthepoowercconsummptionn,whiileussingttheopptoeleectronnicsaamplerrmeassuremeenttoomeassuretthewaatt-hoourmeeter,thencalcuulatinngtheeerroorofthismeterr.Thechaaracteeristiicsofftheon-siiteinnspecttioniisNonn-poweercabbles,Thecclampcurreenttrransfoormerisussedtoocurrrentddetecttion,buttthecllampccurrennttraansforrmer’sintterfacceexiistaiirgapp,cauusesttheliineofftrannsduceerbeccomeeerranddandexisttinaabigggerphhase-sshift,,alsootheunifoormityybecoomewoorse.UUsingpartiitionlineaarityproceessingg,thaatmayyenhaancetthesuurveypreciision..Thisarrticleerelaatedttomiccro-coontrolllers,,anuumberofellectriicalmmeasurrementttechnnologyy,apppliedtechnnologyy,anddhaveetheappliicatioonofacerrtainvalueeandpractticalsigniificannce.Keyworrds:TTheloocalccalibrratingg;Loww-volttageWWatt-hhourmmeter;;Micrroproccessorr目次TOC\o"1-2"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc232913334"1引言3HYPERLINK\l"_Toc232913335"1.1研究究背景3HYPERLINK\l"_Toc232913336"1.2研究究現(xiàn)狀4HYPERLINK\l"_Toc232913337"2總體設(shè)計(jì)計(jì)方案5HYPERLINK\l"_Toc232913338"2.1技術(shù)術(shù)要求5HYPERLINK\l"_Toc232913339"2.2方案案論證6HYPERLINK\l"_Toc232913340"2.3總體體方案7HYPERLINK\l"_Toc232913341"3硬件電路路設(shè)計(jì)8HYPERLINK\l"_Toc232913342"3.1單片片機(jī)的選擇及及外圍電路設(shè)設(shè)計(jì)8HYPERLINK\l"_Toc232913343"3.2光電采采樣器的選擇擇及接口電路路10HYPERLINK\l"_Toc232913346"3.3電流流互感器的選選擇與連接112HYPERLINK\l"_Toc232913347"3.4電壓互互感器的選擇擇與連接133HYPERLINK\l"_Toc232913348"3.5電能計(jì)計(jì)量芯片155HYPERLINK\l"_Toc232913349"3.6顯示接接口電路設(shè)計(jì)計(jì)19HYPERLINK\l"_Toc232913350"3.7鍵盤接接口電路設(shè)計(jì)計(jì)21HYPERLINK\l"_Toc232913351"3.8電源電電路設(shè)計(jì)222HYPERLINK\l"_Toc232913352"4軟件設(shè)計(jì)223HYPERLINK\l"_Toc232913353"4.1主程序序設(shè)計(jì)24HYPERLINK\l"_Toc232913354"4.2中斷服服務(wù)程序設(shè)計(jì)計(jì)25HYPERLINK\l"_Toc232913355"4.3測量誤差差程序設(shè)計(jì)225HYPERLINK\l"_Toc232913356"結(jié)論26HYPERLINK\l"_Toc232913357"致謝27HYPERLINK\l"_Toc232913358"參考文獻(xiàn)28HYPERLINK\l"_Toc232913359"附錄：電能計(jì)量量光電檢測、鍵鍵盤、顯示及及單片機(jī)外圍圍電路設(shè)計(jì)圖圖311引言1.1研究背背景電能是各類能源源中使用最為為廣泛的能源源，與國民經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和和日常生活有有著不可分割的聯(lián)系，隨隨著人民生活活水平的不斷斷提高，家用用電器越來越越普及，每戶戶居民的用電電量也大大增增加，因此每每戶居民每月月的電費(fèi)支出出也大幅度地地增長；隨著著社會(huì)市場經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新新興工業(yè)猶如如雨后春筍，用用電量大大增增加。部分電電力用戶為了了多用電少交交電費(fèi)，采取取各種方法竊竊電，其主要要方法是通過過調(diào)慢電能表表，使電能表表顯示的用電電量比實(shí)際的的用電量少，給給國家造成了了很大的經(jīng)濟(jì)濟(jì)損失。針對上述現(xiàn)象，供供電部門采取取多種方法對對用戶的電能能表進(jìn)行定期期或不定期的的校驗(yàn)或檢查查，采取的方方法主要有：：(1)用鉗形形電流表、秒秒表現(xiàn)場檢測測電能表的快快慢。用秒表表實(shí)測電能表表每轉(zhuǎn)時(shí)間T1；查看電能能表銘牌上標(biāo)標(biāo)明的常數(shù)，算算出電能表每每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)所需電能能，然后用鉗鉗形電流表測測量電流求出出有功負(fù)荷P，電能表每每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)所需電能能與有功負(fù)荷荷之比得到的的時(shí)間即為電電能表每轉(zhuǎn)所所需時(shí)間T2。通過T1與T2的比較，就就可以判斷電電能表是否正正常工作，從從而達(dá)到檢測測目的。(2)通過檢檢驗(yàn)電能表的的外觀，確定定電能表有無無破壞痕跡。這這種方法包括括：1)檢查電能能表表殼、封封鉛、封條是是否完好，表表殼是否過熱熱變形，有無無微小孔洞及及鐵絲；2)檢查電能能表接線盒是是否封閉完好好，進(jìn)出線是是否緊固，電電壓連接片是是否壓緊。3)核對電能表表銘牌上的型型號、出廠編編號及所計(jì)量量負(fù)荷性質(zhì)等等是否與抄表表卡相同，若若不符即有竊竊電行為。4)針對用戶戶竊電的無線線報(bào)警形式的的電能計(jì)量保保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)。該系統(tǒng)由由監(jiān)測分機(jī)和和主機(jī)兩部分分組成，當(dāng)發(fā)發(fā)生某種竊電電現(xiàn)象或者計(jì)計(jì)量裝置遭到到破壞偷盜時(shí)時(shí)，分機(jī)將發(fā)發(fā)出包含有本本計(jì)量箱編號號，竊電方式式及盜竊破壞壞方式等信息息的無線信號號，主機(jī)收到到后經(jīng)過識別別、處理發(fā)出出聲光報(bào)警。該該系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)實(shí)際使用，具具有較好的防防竊電保護(hù)電電力設(shè)施的作作用。(3)在被測測電能表電路路中接入標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電能表，然然后對被測表表和標(biāo)準(zhǔn)表同同時(shí)采樣進(jìn)行行比對。(4)采用專專門的檢測儀儀器對電能表表進(jìn)行校驗(yàn)。這這種方法分為為兩種形式，一一種方法是將將電能表從供供電線路上拆拆下，利用實(shí)實(shí)驗(yàn)室的電能能表校驗(yàn)臺(tái)對對電能表進(jìn)行行校驗(yàn)，另一一種方法是不不拆下電能表表，利用電能能表現(xiàn)場檢測測儀器對電能能表進(jìn)行現(xiàn)場場校驗(yàn)。電能表的現(xiàn)場檢檢驗(yàn)因不影響響用戶用電而而被供電部門門廣泛采用，隨隨著計(jì)算機(jī)技技術(shù)的發(fā)展，供供電部門迫切切需要一種攜攜帶方便，操操作簡單，計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確的單單項(xiàng)電表檢測測儀，用于用用戶低壓電能能表的現(xiàn)場檢檢驗(yàn)。1.2研究現(xiàn)現(xiàn)狀電能表的校驗(yàn)是是否準(zhǔn)確，取取決于有功功功率的測量是是否準(zhǔn)確，有有功功率的測測量屬于電氣氣測量范疇，在在電氣測量方方面，國內(nèi)外外已有大量的的研究成果，就就測量方法和和采用的技術(shù)術(shù)手段綜述如如下。采用的技術(shù)手段段上，一是采采用微型計(jì)算算機(jī)加數(shù)據(jù)采采集卡，二是是采用微處理理器結(jié)合自行行設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)據(jù)采集通道。在互感器的選擇擇上，一是在在供電電路中中接入固定式式的電壓互感感器和電流互互感器。二是是電壓互感器器采用固定式式，接線端使使用線夾，電電流互感器采采用鉗形互感感器[6]。固定定式互感器中中磁路是封閉閉的，因而具具有較好的線線形和較小的的相移，可以以得到較高的的精度。但需需要停電接線線，不便于現(xiàn)現(xiàn)場檢測。電電壓互感器采采用固定式，接接線端使用線線夾，電流互互感器采用鉗鉗形互感器，現(xiàn)現(xiàn)場不用接線線。固定式互互感器的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是顯而易見見的，采用線線夾后可直接接加在供電線線路的母線上上，避免了現(xiàn)現(xiàn)場檢測需要要停電接線的的麻煩。但鉗鉗形電流互感感器的接觸面面存在空氣間間隙，使互感感器磁路的磁磁阻顯著增大大，且隨工況況不同呈現(xiàn)非非線形，使互互感器的線形形變差，且相相移較大，給給功率因數(shù)的的測量帶來影影響，為了彌彌補(bǔ)這一缺陷陷，對結(jié)果采采用分段線性性化處理，可可以提高測量量精度。在有功功率的測測量方面，一一是采用真有有效值轉(zhuǎn)換，分分別測量出電電壓、電流和和功率因數(shù)，利利用微處理器器計(jì)算出功率率。二是采用用有功功率專專用測量集成成電路，直接接測量出有功功功率。三是是利用各種數(shù)數(shù)字式的電量量傳感器，測測量出電壓、電電流、功率因因數(shù)或直接測測量有功功率率。采用有功功功率專用測測量集成電路路即專用電能能計(jì)量芯片，直直接測量出有有功功率，測測量方便，軟軟件開銷小，硬硬件電路簡單單。2總體設(shè)計(jì)計(jì)方案2.1技術(shù)要要求本課題以MCUU為核心，利利用光電采樣樣器對被測電電能表進(jìn)行采采樣，同時(shí)采采用互感器及及電能計(jì)量專專用芯片對電電能進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)計(jì)量，利用用單片機(jī)較強(qiáng)強(qiáng)的運(yùn)算功能能，計(jì)算出被被測電能表的的誤差，以檢檢驗(yàn)電能表計(jì)計(jì)量是否準(zhǔn)確確。具體要求求如下：(1).電量測測量范圍：電電壓220VAAC，電流0~40A，單相；(2).檢驗(yàn)對對象：單相電電能表；(3).測量誤誤差：±0.5%%FS；(4).測量方方式：不拆線線不斷電；(5).方便野野外使用，強(qiáng)強(qiáng)陽光下可清清晰顯示；(6).2220VAC供電。2.2方案論論證按照上述技術(shù)要要求，系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)由互感器、有有功功率測量量通道、光電電采樣器、單單片機(jī)、顯示示器和鍵盤幾幾部分組成。系系統(tǒng)組成圖如如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)組組成圖利用互感器將供供電電路的電電壓、電流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為弱電信信號，計(jì)算機(jī)機(jī)通過有功功功率測量通道道對電參數(shù)進(jìn)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集集并計(jì)算出電電能，通過光光電采樣器對對被測電能表表進(jìn)行采樣，從從而計(jì)算出被被測電能表的的相對誤差。(1)互感器器方案一：在供電電電路中接入入固定式的電電壓互感器和和電流互感器器。固定式互互感器中磁路路是封閉的，因因而具有較好好的線形和較較小的相移，可可以得到較高高的精度。但但需要停電接接線，不便于于現(xiàn)場檢測。方案二：電壓互互感器采用固固定式，接線線端使用線夾夾，電流互感感器采用鉗形形互感器，現(xiàn)現(xiàn)場不用接線線。固定式互互感器的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是顯而易見見的，采用線線夾后可直接接加在供電線線路的母線上上，避免了現(xiàn)現(xiàn)場檢測需要要停電接線的的麻煩。但鉗鉗形電流互感感器的接觸面面存在空氣間間隙，使互感感器磁路的磁磁阻顯著增大大，且隨工況況不同呈現(xiàn)非非線形，使互互感器的線形形變差，且相相移較大，給給功率因數(shù)的的測量帶來影影響。根據(jù)上述分析，結(jié)結(jié)合低壓電能能表進(jìn)行現(xiàn)場場檢驗(yàn)的特點(diǎn)點(diǎn)，確定采用用方案二。因因要測量電壓壓和電流，故故需要一只電電壓互感器和和一只電流互互感器。(2)有功功功率測量通道道方案一：采用有有功功率專用用測量集成電電路。專用電電能計(jì)量芯片片，直接測量量出有功功率率。測量方便便，軟件開銷銷小，硬件電電路簡單，對對測量結(jié)果采采用分段線性性化處理，提提高測量精度度。方案二：采用真真有效值轉(zhuǎn)換換電路，分別別測量出電壓壓、電流和功功率因數(shù)，利利用微處理器器計(jì)算出功率率。便于對鉗鉗形互感器帶帶來的相移進(jìn)進(jìn)行修正或補(bǔ)補(bǔ)償，但電路路較為繁瑣，軟件開銷量較大。根據(jù)上述分析，確確定采用方案案一，有功功率率測量通道由由既是專用電電能計(jì)量芯片片。(3)顯示器器方案一：采用LLED顯示器，即即數(shù)碼管顯示示。傳統(tǒng)的數(shù)數(shù)碼管具有：：低功耗、低低損耗、低壓壓、壽命長、耐耐老化、防曬曬、防潮、防防火、防高（低低）溫，對外外界環(huán)境要求求低，易于維維護(hù)，同時(shí)其其精度要求比比較高，稱量量快，精確可可靠，操作簡簡單。數(shù)碼管管是采用BCD編碼顯示數(shù)數(shù)字，程序編編譯容易，資資源占用較少少。方案二：使用液液晶顯示屏顯顯示各種信息息。液晶顯示示屏（LCD）具有輕薄薄短小、低耗耗電量、無輻輻射危險(xiǎn)，平平面直角顯示示以及影像穩(wěn)穩(wěn)定不閃爍等等優(yōu)勢，可視視面積大，畫畫面效果好，分分辨率高，抗抗干擾能力強(qiáng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。LCD符合本設(shè)計(jì)計(jì)系統(tǒng)的要求求，利用其自自帶的字符庫庫，進(jìn)行編程程還可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各信息的顯顯示，即節(jié)省省資源又省去去了大量編程程任務(wù)，且在在強(qiáng)光照射下下的戶外進(jìn)行行檢測時(shí)，LCD可清晰地顯顯示數(shù)值。根據(jù)上述分析，本本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采采用方案二。2.3總體方方案根據(jù)上述方案論論證，系統(tǒng)總總體方案方框框圖如圖2.2所示。圖2.2總體體方案方框圖圖被測電能表通過過光電采樣器器進(jìn)行檢測。光光電采樣器是是由光發(fā)射管管、光敏接受受管及整形電電路組成。低低壓電能表的的轉(zhuǎn)盤均有一一小部分為涂涂黑的區(qū)域，這這部分區(qū)域?qū)獾姆瓷淠苣芰^弱，而而未被涂黑的的區(qū)域則對光光的反射能力力很強(qiáng)。當(dāng)光光發(fā)射管發(fā)射射的光經(jīng)聚焦焦后照射到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上，在未未被涂黑的區(qū)區(qū)域，反射到到光敏接受管管，經(jīng)整形后后輸出低電平平；在涂黑的的區(qū)域沒有反反射光，光電電采樣器輸出出高電平。這這樣電能表的的轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一一轉(zhuǎn)就輸出一一個(gè)正脈沖，從從第一個(gè)脈沖沖開始到第N+1個(gè)脈沖止，電電能表的轉(zhuǎn)盤盤共轉(zhuǎn)過了N轉(zhuǎn)，已知電電能表的轉(zhuǎn)盤盤數(shù)B及配用電流流互感器的互互感比H，則電能表表在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過過N轉(zhuǎn)后所計(jì)量量的電能如公公式（2-1）所示。W1=N×H/B（2-1）實(shí)時(shí)檢測部分的的主要作用是是利用圖2.2中設(shè)計(jì)的單單元電路對電電參數(shù)進(jìn)行實(shí)實(shí)時(shí)檢測，從從而得到實(shí)際際的有功功率率。其過程如如下：首先對對電壓和電流流進(jìn)行測量，然然后把測量值值送入CS54660芯片，每次次采樣后，利利用單片機(jī)較較強(qiáng)的運(yùn)算功功能，計(jì)算出出本次采樣周周期內(nèi)消耗的的電能△W2i，則被測電電能表的轉(zhuǎn)盤盤轉(zhuǎn)過N轉(zhuǎn)后的實(shí)際際電流，如公公式（2-2）。W2=∑△△W2i（2-2）顯示部分主要用用于顯示電能能表的相對誤誤差，從誤差差的精度判斷斷電能表是否否正常工作。顯顯示部分的選選擇有一定的的要求，要考考慮其顯示的的位數(shù)是否滿滿足要求，是是否便于攜帶帶，在強(qiáng)光照照射下是否可可以清楚讀數(shù)數(shù)。鍵盤部分具有手手動(dòng)測量功能能和自動(dòng)測量量功能。手動(dòng)動(dòng)測量在被測測表的轉(zhuǎn)盤不不光潔或涂黑黑區(qū)域脫漆時(shí)時(shí)使用。當(dāng)手手動(dòng)鍵按下時(shí)時(shí)，清零定時(shí)時(shí)器T1及△ti計(jì)時(shí)單元，開開始W2的累加，當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過N轉(zhuǎn)時(shí)再次按按下該鍵，則則通過單片機(jī)機(jī)計(jì)算出的r值送到LCD顯示。自動(dòng)動(dòng)測量鍵在任任何時(shí)刻按下下后，當(dāng)?shù)谝灰粋€(gè)脈沖到來來時(shí)，清除定定時(shí)器T1及△ti計(jì)時(shí)單元，開開始W2的累加，當(dāng)當(dāng)?shù)贜+1個(gè)脈沖到來來時(shí)，計(jì)算r值并顯示。3硬件電路路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)機(jī)的選擇及外外圍電路設(shè)計(jì)計(jì)(1)單片機(jī)的的選擇PIC系列單片片機(jī)是Microochip公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)，集集成了CCP捕捉，PWM脈寬調(diào)制等等功能，但是是它單價(jià)較貴貴，又是精簡簡指令集，給給編程帶來不不便。ATEML公司的AT89CC51單片機(jī)算術(shù)術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)強(qiáng)大，變成靈靈活、自由度度大，可用軟軟件編程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各種算法和和邏輯控制，并并且由于其功功耗低、體積積小、技術(shù)成成熟和成本低低等優(yōu)點(diǎn)，使使其在各個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛泛。基于以上上分析本設(shè)計(jì)計(jì)系統(tǒng)采用ATEML公司的AT89CC51實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要要求。1）AT89CC51的簡介AT89C511是低電壓，高高性能CMOS8位單片機(jī)，片片內(nèi)含8K字節(jié)的可反反復(fù)擦寫的制制度程序存儲(chǔ)儲(chǔ)器（PEROM）和256字節(jié)的隨機(jī)機(jī)存取數(shù)據(jù)存存儲(chǔ)器（RAM），器件采采用ATMEL公司的高密度度、非易失性性存儲(chǔ)技術(shù)生生產(chǎn)，兼容標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)MCS-551指令系統(tǒng)，片片內(nèi)置通用8位中央處理理（CPU）和Flashh存儲(chǔ)單元，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。2）主要性能參參數(shù)：ａ.與MCSS-51系列產(chǎn)品指指令系統(tǒng)完全全兼容ｂ.4K字節(jié)節(jié)可重復(fù)擦寫寫Flash閃速存儲(chǔ)器器ｃ.10000次擦寫周期期ｄ.全靜態(tài)操操作：0Hz-224Hzｅ.三級加密密程序存儲(chǔ)器器ｆ.128X8字節(jié)內(nèi)部RAMｇ.32個(gè)可可編程I/O口線ｈ.2個(gè)166位定時(shí)/計(jì)數(shù)器ｉ.6個(gè)中斷斷源ｊ.可編程串串行UART通道ｋ.低功耗空閑閑和掉電模式式3）功能特性概概述：AT89C511提供以下標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32根I/O口線，兩三三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一一個(gè)全雙工串串行通信口，片片內(nèi)振蕩器及及時(shí)鐘電路。同同時(shí)，AT89CC51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯輯操作，并支支持兩種軟件件可選的節(jié)電電工作模式?？湛臻e方式停止止CPU的工作，但但允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串串行通信口及及中斷系統(tǒng)繼繼續(xù)工作。掉掉電方式保存存RAM中的內(nèi)容，但但振蕩器停止止工作并禁止止其他所有部部件工作直到到下一個(gè)硬件件復(fù)位。(2)單片機(jī)機(jī)外圍電路設(shè)設(shè)計(jì)AT89C511系列單片機(jī)機(jī)內(nèi)部有一個(gè)個(gè)高增益反相相放大器，用用于構(gòu)成振蕩蕩器，但要形形成時(shí)鐘，外外部還需要附附加電路。本本設(shè)計(jì)選擇AT89CC51的內(nèi)部時(shí)鐘鐘方式。其內(nèi)內(nèi)部時(shí)鐘方式式利用芯片內(nèi)內(nèi)部的振蕩器器，然后在引引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶晶體或陶瓷諧諧振器，就夠夠了穩(wěn)定的自自激振蕩器，其其發(fā)出的脈沖沖直接送入內(nèi)內(nèi)部時(shí)鐘電路路，見圖3-1-11。外接晶振振時(shí)，C1和C2值通常選擇擇為30pF左右；外接接陶瓷諧振器器時(shí)C1和C2約為47pF。C1、C2對頻率有微微調(diào)作用，晶晶體或陶瓷諧諧振器的頻率率范圍可在0MHz～24MHzz/33MHHz之間選擇。為為了減少寄生生電容，更好好的保證振蕩蕩器穩(wěn)定可靠靠地工作，振振蕩器和電容容應(yīng)盡可能安安裝得與單片片機(jī)靠近。復(fù)位是單片機(jī)的的初始化操作作，單片機(jī)在在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)時(shí)，都需要先先復(fù)位，它的的作用是使CPU和系統(tǒng)中其其他部分都處處在一個(gè)相同同的初始狀態(tài)態(tài)，并從這個(gè)個(gè)狀態(tài)開始工工作。單片機(jī)機(jī)的整個(gè)復(fù)位位電路包括芯芯片內(nèi)、外部部分，外部電電路產(chǎn)生的復(fù)復(fù)位信號通過過復(fù)位引腳RST進(jìn)入片內(nèi)斯斯密特觸發(fā)器器在與片內(nèi)復(fù)復(fù)位電路相連連。單片機(jī)的外部復(fù)復(fù)位電路由上上電自動(dòng)復(fù)位位和按鍵手動(dòng)動(dòng)復(fù)位兩種。上上電復(fù)位利用用電容器充電電來實(shí)現(xiàn)；在在按鍵手動(dòng)復(fù)復(fù)位中本設(shè)計(jì)計(jì)采用按鍵電電平復(fù)位。(3)AT899C51硬件電路設(shè)設(shè)計(jì)的電路圖圖如圖3.1所示。圖3.1單片片機(jī)外圍電路路設(shè)計(jì)圖3.2光電采采樣器的選擇擇及接口電路路光電采樣器的的選擇光電采樣技術(shù)在在我國電度表表校驗(yàn)上應(yīng)用用大約有近三三十年的歷史史，在這段時(shí)時(shí)間里隨著計(jì)計(jì)量表計(jì)的精精度及計(jì)量裝裝置自動(dòng)化程程度的提高，光光電采樣器也也有了較大的的改進(jìn)。光電電采樣器的物物理基礎(chǔ)是光光電效應(yīng)，它它通常是由光光源、光通道道、光電轉(zhuǎn)換換器件和測量量電路四部分分組成。如圖圖3.2所示。圖3.2光電電式傳感器的的組成基于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)的精度要求求，一般地光光電采樣器無無法解決因?yàn)闉楣ぷ鲿r(shí)間較較長、在電度度表盤形成的的銹斑或表面面毛刺，引起起的誤脈沖的的問題，給校校表工作帶來來了極大的不不便。由于以以上原因,對于本設(shè)計(jì)計(jì)系統(tǒng)，GST-4光電采樣器器非常適合本本設(shè)計(jì)要求。GST一4型光電采樣器采用雙光點(diǎn)平行式安裝，判斷電路的新型采樣方式，克服了以往的采樣缺陷。(1)GST一一4型光電采樣樣器的原理GST一4的光光學(xué)結(jié)構(gòu)不同同于普通光電電采樣器，它它采用的是兩兩個(gè)發(fā)射光，兩兩個(gè)接收光點(diǎn)點(diǎn)及一個(gè)亮度度較弱的參照照光點(diǎn)對光，這這樣就大大減減少對光中的的盲目性，只只需把三個(gè)光光點(diǎn)調(diào)成一條條直線，對光光即告完成。GST一4型的光電系系統(tǒng)見圖，它它是由兩個(gè)發(fā)發(fā)光器件F1、F2和兩只光敏敏接收元件Sl、S2，以及一只只對光管G組成。如圖圖3.3所示。圖3.3光電電系統(tǒng)從圖中可以以看到F1、F2之間的距離離為d，這樣就能能保證射出的的光點(diǎn)在鋁盤盤上有一個(gè)距距離為dl且dl>d。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)把d設(shè)計(jì)為5mm，這樣對鋁鋁盤5mm內(nèi)的光斑均均不會(huì)產(chǎn)生脈脈沖。在圖33.3中Sl、S2為接收管，G為對光點(diǎn)，在在對接過程中中，只需調(diào)動(dòng)動(dòng)手輪，使三三個(gè)光點(diǎn)在鋁鋁盤上，成一一直線，就告告完成。這種從上面發(fā)射射，下面接收收的光路，打打破了傳統(tǒng)光光電采樣器的的在同一水平平面上左發(fā)射射，右接收的的方式，保證證了有兩條反反射光路在Sl，S2上成像，使使光電采樣器器感光更簡單單。(2)GSTT一4光電采樣器器的優(yōu)點(diǎn)GST一4型光光電采樣器采采用雙光點(diǎn)對對光、發(fā)光、接接受，平行式式安裝采樣參參照對光光點(diǎn)點(diǎn)以及專用的的反射光線成成像系統(tǒng)和專專用數(shù)字電路路，它除無需需調(diào)整之外，主主要有以下優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：1)對光速度快快：因采用專用用光線反射成成像系統(tǒng)和參參照對光系統(tǒng)統(tǒng)，只需將三三個(gè)光點(diǎn)調(diào)成成一條直線就就完成了對光光過程。2)基本上排除除所有干擾：：產(chǎn)生干擾無無非是鋁盤的的銹斑和毛刺刺，本產(chǎn)品從從光路和電路路兩方面對抗抗干擾作了合合理的設(shè)計(jì)，可可抗除5mm的斑點(diǎn)和毛毛刺。光電采樣器設(shè)設(shè)計(jì)電路(1)光電采樣樣器的基本設(shè)設(shè)計(jì)電路如圖圖3.4所示。圖3.4采樣樣器基本電路路(2)光電采樣樣器接口電路路設(shè)計(jì)如圖3.5所示。圖3.5光電采采樣器接口電電路圖光電采樣器有三三個(gè)引腳，一一個(gè)為接+5V電壓的電源源引腳，一個(gè)個(gè)為接入單片片機(jī)的輸入接接口，另一個(gè)個(gè)為接地的端端子。3.3電流互互感器的選擇擇與連接電流互感器的的選擇電流互感器實(shí)際上就就是一個(gè)“降流”變壓器。在在測量中，一一般規(guī)定它的的二次繞組的的額定電流為為5A。其主要特特點(diǎn)是:它的一次繞組的匝數(shù)數(shù)比二次繞組組少得多，并并且串于一次次電路中。有有些電流互感感器僅有鐵芯芯和二次繞組組，測量時(shí)將將被測電路的的導(dǎo)線直接穿穿過鐵芯。這這些電流互感感器稱為穿心心式互感器。一一次繞組中的的電流幾完全全取決于一次次電路中的負(fù)負(fù)載電流，而而與二次側(cè)無無關(guān)。電流互感器有固固定式與鉗形形供電互感器器幾種。在供供電電路中接接入固定式的的電流互感器器，其優(yōu)點(diǎn)是是固定式互感感器中磁路是是封閉的，因因而具有較好好的線形和較較小的相移，可可以得到較高高的精度，但但需要停電接接線，不便于于現(xiàn)場檢測電電流。采用鉗鉗形互感器，現(xiàn)現(xiàn)場不用停電電接線，避免免了現(xiàn)場檢測測需要停電接接線的麻煩。考慮到方便檢測測這一問題，我我們選擇鉗形形電流互感器器。本設(shè)計(jì)中中，鉗形電流流互感器采用用哈爾濱三達(dá)達(dá)德公司生產(chǎn)產(chǎn)的MG8系列鉗形電電流互感器Q8A型，外型如圖3.6所示。(1)其主要要參數(shù)如下：：1)一次電流流:10A；2)二次電流流:10mmA；3)等級:0.1級；4)負(fù)載:≤4Ω。(2)測量方方法及要求：：測量前應(yīng)估計(jì)被被測測電流的大大小小，選擇適適當(dāng)當(dāng)?shù)牧砍?，對對對被測電流流大大小不好預(yù)預(yù)測測時(shí)，應(yīng)將量量程開關(guān)置置于于最高檔，然然然后根據(jù)測測量量值的大小小，變變換到合適適量量程。適用用于于10A以下電電纜的在線線測測量。Q8A型要求負(fù)負(fù)載≤4Ω(mA輸出)，在本設(shè)計(jì)計(jì)中選用的的負(fù)負(fù)載為3Ω。圖3.6Q88A型電流互互感器電流互感器的的連接接電流互感器的連連接接如圖3.7所示。圖3.7電流流互感器設(shè)設(shè)計(jì)電路根據(jù)此型號電壓壓互互感器的要要求求，接入負(fù)負(fù)載載為3Ω的電阻來實(shí)實(shí)現(xiàn)此要求求。3.4電壓互互感感器的選擇擇與與連接電壓互感器的的選擇擇電壓互感器的工工作作原理與變變壓壓器相同，構(gòu)構(gòu)構(gòu)造和連接接方方式也相似似。電電壓互感器器的的主要特點(diǎn)是容量量很很小，最大大不不過數(shù)百伏伏安安。它的另另一一特點(diǎn)是二二次次測所接的的測測量儀表和繼電器電壓線線圈圈阻抗很大大，接接近于空載載狀狀態(tài)下運(yùn)行行。在本設(shè)計(jì)中電壓壓互互感器采用用固固定式，接接線線端使用線線夾夾。此種方方法法沒有改變變電電壓互感器器本本身固有的的特特性，接線線端端使用接線線夾夾，也免去去了了拆線的麻麻煩煩，便于現(xiàn)現(xiàn)場場使用。本設(shè)計(jì)采用山東東力力創(chuàng)科技有有限限公司生產(chǎn)產(chǎn)的的LCTV33JCF系列微型精精密電壓互互感感器,其主要資料料如下。(1)其主要要參數(shù)數(shù)1)額定輸入入電電壓：220VAAC；2)額定輸出出電電壓：0.5VAAC；3)額定點(diǎn)角角差差：<5；4)過載倍數(shù)數(shù)：：1.2。5)誤差線性性度度：0.1LL(2)電壓互互感器器的特點(diǎn)1)體積小，精精度高；印印刷刷線路板直直接接焊接安裝裝，使使用方便，外外外形美觀；；2)全封閉，機(jī)機(jī)械和耐環(huán)環(huán)境境性能好，電電電壓隔離能能力力強(qiáng)，安全全可可靠。(3)使用環(huán)境境條件件1)環(huán)境溫度度：--40℃～+85℃；2)相對濕度度：溫溫度為40℃時(shí)不大于90%。(4)工作頻率率范圍圍：20Hz～20KHz。(5)絕緣耐熱熱等級級：B級（130℃）(6)安全特性性1)絕緣電阻阻：常常態(tài)時(shí)大于于11000MMΩΩ；2)抗電強(qiáng)度度：可可承受工頻2500VV/1分鐘；3)阻燃性：：符合UL94--Vo級。(7)LCTTV33JCF系列微型精精密電壓互互感感器外型如圖3.8所示。圖3.8LLCTV33JCF系列微型精精密電壓互互感感器電壓互感器的的連接接電壓互感器的連連接接如圖3.99所示圖3.9電壓壓互感設(shè)計(jì)計(jì)電路3.5電能計(jì)計(jì)量量芯片CS5460是是CCRYSTTAAL公司最新推推出的帶有有串串行接口的的單單相雙向功功率率/電能計(jì)量集集成電路芯芯片片。芯片被初始化后后開開始工作，電電電流和電壓壓通通道的采樣樣信信號被片內(nèi)內(nèi)可可調(diào)增益放放大大器放大，經(jīng)經(jīng)經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換換器器（16位分辨率、2kHz信號帶寬）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字字信信號，再通通過過高通濾波波器器消除直流流成成分后送到到能能量計(jì)算引引擎擎中，算出出功功率和能量量值值并存入CS54660的內(nèi)部寄存存器中，然然后后通知CPU將功率和能能量值取走走，同同時(shí)芯片也也直直接輸出可可編編程的頻率率脈脈沖來表示示能能量。CS54600芯芯片有如下下功功能特點(diǎn)(1)在-440℃℃～+85℃溫度范圍內(nèi)內(nèi)的計(jì)量準(zhǔn)準(zhǔn)確確度為0.1％，支持0.2級電表設(shè)計(jì)計(jì)，可大幅幅度度降低電表表的的例行檢查查和和校準(zhǔn)的要要求求。(2)具有電電流、電電壓兩個(gè)輸輸入入通道,可測量正、負(fù)負(fù)負(fù)輸人信號號。電電流通道包包括括一個(gè)可編編程程增益放大大器器,可以直接測測量電流經(jīng)經(jīng)采采樣轉(zhuǎn)變成成的的±30mV或±150mV的輸人信號號；電壓通通道道帶有測量量放放大器,可直接測量量±150mV的輸入信號號。其電流流與與電壓通道道間間的相位誤誤差差可內(nèi)部數(shù)數(shù)字字校準(zhǔn),可以使用單單＋5V、±10％電源供電電。(3)CS554600的內(nèi)部電路路可進(jìn)行大大部部分的計(jì)算算工工作，使其其對對外部微控控制制器功能的的需需求降到最最低低。(4)具有片片內(nèi)看門門狗定時(shí)器器（WatchhDoggTimeerr）與內(nèi)部電電源監(jiān)視器器；；(5)具有瞬瞬時(shí)電流流、瞬時(shí)電電壓壓、瞬時(shí)功功率率、電流有有效效值、電壓壓有有效值、功功率率有效值測測量量及電能計(jì)計(jì)量量功能；(6)提供了了外部復(fù)復(fù)位引腳；；(7)雙向串串行接口口與內(nèi)部寄寄存存器陣列可可以以方便地與與微微處理器相相連連接；(8)外部時(shí)時(shí)鐘最高高頻率可達(dá)20MHz；(9)具有功功率方向向輸出指示示。這些增加的功能能更更加便于與與微微處理器（MPU）接口，并并能方便地地實(shí)實(shí)現(xiàn)電壓、電電電流、功率的的測量和用用電電量累積等等功功能?；窘Y(jié)構(gòu)與技技術(shù)指指標(biāo)(1)內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)CS5460內(nèi)內(nèi)部部集成了兩兩個(gè)個(gè)△-∑A/D轉(zhuǎn)換器、高高、低通數(shù)數(shù)字字濾波器、能能能量計(jì)算單單元元、串行接接口口、數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器器、寄存器器陣陣列和看門門狗狗定時(shí)器等等模模擬、數(shù)字字信信號處理單單元元。(2)引腳排排列及功能CS5460的的引引腳排列如如圖圖3.10所示。圖3.10CCS54660芯片引腳排排列圖XOUT（Piinn1）：晶體振蕩蕩器輸出；；CPUCLK（PPin2）：CPU時(shí)鐘輸出；；VD+（Pinn3）：數(shù)字電路路電源正極極；；DGND（Piinn4）：數(shù)字地；；SCLK（Piinn5）：串行時(shí)鐘鐘輸入；SDO（Pinn6）：串行數(shù)據(jù)據(jù)輸出；CS（Pin77）：片選；NC（Pin88、Pin118）：空腳；VIN+（Piinn9）：差分電壓壓正輸入端端；；VIN-（Piinn10）：差分電壓壓負(fù)輸入端端；；VREFOUTT（Pin111）：參考電壓壓輸出；VREFIN（PPin1122）：參考電壓壓輸入；VA-（Pinn13）：模擬地；；VA+（Pinn14）：模擬電源源正極；IIN-（Piinn15）：差分電流流負(fù)輸入端端；；IIN+（Piinn16）：差分電流流正輸入端端；；PFMON（PPiin17）：電源掉電電監(jiān)視輸出出；；RESET（PPiin19）：復(fù)位輸入入；INT（Pinn20）：中斷輸出出；EOUT（Piinn21）：電能脈沖沖輸出；EDIR（Piinn22）：功率方向向指示輸出出；；SDI（Pinn23）：串行數(shù)據(jù)據(jù)輸入；XIN（Pinn24）：晶體振蕩蕩器輸入。(3)主要技術(shù)術(shù)指標(biāo)1)差分電壓壓輸入入范圍：150mV；2)溫度系數(shù)數(shù)：＜＜60ppmm/℃3)功率消耗耗：＜＜10mW；4)電能計(jì)量量精度度：在300∶動(dòng)態(tài)范圍以以上每秒讀讀取取0.1％;5)電壓測量量精度度：讀數(shù)的0.1％;6)電流測量量精度度：讀數(shù)的0.1％;7)瞬時(shí)功率率測量量精度：讀讀數(shù)數(shù)的0.1％。串行接口及其其操作作(1)串行接接口CS5460的的串串行口包括4條控制線：CS、SDI、SDO、SCLK，如果片選CS直接與邏輯0相連接，則則只需要3條線就可以以完成串行行口口的操作，通通通過實(shí)驗(yàn)還還發(fā)發(fā)現(xiàn)，如果果將將串行數(shù)據(jù)據(jù)輸輸入SDI和串行數(shù)據(jù)據(jù)輸出SDO連在一起，同同同樣可以進(jìn)進(jìn)行行串行通讀讀，而而且僅需要要兩兩條接口線線，這這對于使用AT89CC10551和AT89CC20551的系統(tǒng)是極極為有利的的。一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸輸總總是從向串串行行接口的SDI發(fā)送8位命令開始始的，當(dāng)命命令令中包括一一個(gè)個(gè)寫入振作作時(shí)時(shí)，在其后后的的24個(gè)SCLK周期內(nèi)，串串口將持續(xù)續(xù)從從SDI引腳讀入串串行數(shù)據(jù)。當(dāng)當(dāng)當(dāng)發(fā)出一個(gè)個(gè)讀讀取命令時(shí)時(shí)，串串口將根據(jù)據(jù)發(fā)發(fā)出的命令令，在在其后的8、16、24個(gè)SCLK周期從SDO引腳上串行行輸出寄存存器器內(nèi)容。(2)內(nèi)部寄寄存器分配CS5460內(nèi)內(nèi)部部集成了包包括括偏置寄存存器器、增益寄寄存存器、脈沖沖速速率寄存器器和和參數(shù)寄存存器器等16個(gè)寄存器，還還還集成了串串行行口發(fā)送寄寄存存器、串行行口口接收寄存存器器和一個(gè)命命令令解釋狀態(tài)態(tài)機(jī)機(jī)，這些寄寄存存器用來完完成成對CS54460的設(shè)置、采采集數(shù)據(jù)的的存存儲(chǔ)和串行行輸輸入輸出的的控控制。在系統(tǒng)初始化或或復(fù)復(fù)位后，CS54660內(nèi)部寄存器器初始化為為以以下狀態(tài)。1)配置寄存存器器：0X00000012)偏置寄存存器器：0X00000003)增益寄存存器器：0X40000004)脈沖速率率寄寄存器：0X0FAA0005)周期計(jì)數(shù)數(shù)寄寄存器：0X0000FA06)時(shí)基寄存存器器：0X80000007)狀態(tài)寄存存器器：0X00000018)屏蔽寄存存器器：0X00000009)有符號寄寄存存器：0X000000010)無符號號寄寄存器：0X0000000(3)命令解釋釋及操作對CS54600的操操作是通過過向向其傳輸命命令令字來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的的，CS54460提供了寄存存器的讀/寫和校準(zhǔn)控控制等在內(nèi)內(nèi)的的7個(gè)操作命令令，所有的的命命令長度均均為為1個(gè)字節(jié)（8位）。命令令狀態(tài)機(jī)在SCLK的上升沿解解釋8位命令字，它它它將命令字字解解釋為公認(rèn)認(rèn)的的標(biāo)準(zhǔn)，同同時(shí)時(shí)為數(shù)據(jù)的的傳傳輸作好準(zhǔn)準(zhǔn)備備。寄存器器讀讀/寫命令：這這個(gè)命令通通知知狀態(tài)機(jī)需需要要對寄存器器進(jìn)進(jìn)行訪問，在在在8個(gè)SCLK時(shí)鐘周期內(nèi)內(nèi)，地址寄寄存存器的讀取取被被加載到輸輸出出緩沖區(qū)，在在在第24個(gè)SCLK時(shí)，寫人數(shù)數(shù)據(jù)被傳輸輸?shù)降捷斎刖彌_沖區(qū)區(qū)。其中：W/R：寫入/讀取控0=讀取寄存器器1=寫入寄存器器RA0～RA44：：寄存器地地址址位(4)CS55460與與AT89CC51的連接電路路CS5460與與AAT89CC51的連接電路路如圖3.11所示。圖3.11CSS54460與AT89CC51的連接電路路3.6顯示接接口口電路設(shè)計(jì)計(jì)顯示器的選擇擇智能儀常用的顯顯示示器有發(fā)光光二二極管顯示示器器LED、液晶顯示示器LCD等。傳統(tǒng)的的數(shù)碼管具具有有：低功耗耗、低低損耗、低低壓壓、壽命長長、耐耐老化、防防曬曬、防潮、防防防火、防高高（低低）溫，對對外外界環(huán)境要要求求低，易于于維維護(hù)，同時(shí)時(shí)期期精度要求求比比較高，稱稱量量快，精確確可可靠，操作作簡簡單。數(shù)碼碼管管是采用BCD編碼顯示數(shù)數(shù)字，程序序編編譯容易，資資資源占用較較少少。但是，本本本系統(tǒng)要求求的的精確度高高，且且要顯示出出正正負(fù)數(shù)值，故故故要使用大大量量的數(shù)碼管管；；使用液晶晶顯顯示屏顯示示各各種信息，液液液晶顯示屏屏（LCD）具有輕薄薄短小、低低耗耗電量、無無輻輻射危險(xiǎn)，平平平面直角顯顯示示以及影像像穩(wěn)穩(wěn)定不閃爍爍等等優(yōu)勢，可可視視面積大，畫畫畫面效果好好，分分辨率高，抗抗抗干擾能力力強(qiáng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。LCD符合本設(shè)計(jì)計(jì)系統(tǒng)的要要求求，利用其其自自帶的字符符庫庫，進(jìn)行編編程程還可以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各信息的的顯顯示，即節(jié)節(jié)省省資源又省省去去了大量編編程程任務(wù)，且且在在強(qiáng)光照射射下下的戶外進(jìn)進(jìn)行行檢測時(shí)，用用用LED看不清楚讀讀數(shù)，而LCD則克服了此此缺點(diǎn)。LCD一般分為為33類，即段碼碼型液晶模模塊塊、點(diǎn)陣字字符符液晶模塊塊、點(diǎn)點(diǎn)陣圖形液液晶晶模塊。在在微微控制器試試驗(yàn)驗(yàn)系統(tǒng)中，使使使用的是點(diǎn)點(diǎn)陣陣字符液晶晶模模塊LCD16602。LCD16022液液晶顯示模模塊塊，它可以以顯顯示兩行，每每每行16個(gè)字符，采采用單+5V電源供電，外外外圍電路配配置置簡單，價(jià)價(jià)格格便宜，具具有有很高的性性價(jià)價(jià)比。LCD的控制方方法法如表3.1所示表3.1LLCDD1602的控制表RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀標(biāo)志和AC碼碼10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)主要管腳介紹：：V0：液晶顯示示器對比比度調(diào)整端端，接接正電源時(shí)時(shí)對對比度最弱弱，接接地時(shí)對比比度度最高。RS：寄存器選選擇，高高電平時(shí)選選擇擇數(shù)據(jù)寄存存器器；低電平平時(shí)時(shí)選擇指令令寄寄存器。R/W：讀寫信信號號線，高電電平平時(shí)進(jìn)行讀讀操操作，低電電平平時(shí)進(jìn)行寫寫操操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電電平時(shí)可以以寫寫入指令或或者者顯示地址址；；當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入入數(shù)數(shù)據(jù)。E：使能端，當(dāng)當(dāng)E端端由高電平平跳跳變成低電電平平時(shí)，液晶晶模模塊執(zhí)行命命令令。顯示器接口電電路設(shè)設(shè)計(jì)LCD16022在在設(shè)計(jì)時(shí)采采用用+5v的驅(qū)動(dòng)電源源電壓，其其輸輸入、輸出出的的數(shù)字信號號受受單片機(jī)的P37口的控制，根根根據(jù)所需要要求求選擇信號號流流向。通過過顯顯示器，將將該該設(shè)計(jì)所求求的的精度結(jié)果果顯顯示出來，這這這樣舉可以以判判斷低壓電電能能表是否正正常常工作。LCD16602顯示接口電電路設(shè)計(jì)如如圖圖3.12所示。圖3.12LCD11602顯示接口電電路3.7鍵盤接接口口電路設(shè)計(jì)計(jì)鍵盤的數(shù)目及及功能能確定在微控制器應(yīng)用用系系統(tǒng)中，通通常常都要有人人機(jī)機(jī)對話功能能。它它包括人對對應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)狀狀態(tài)態(tài)的干預(yù)、數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)的輸入入以以及應(yīng)用系系統(tǒng)統(tǒng)向人報(bào)告告運(yùn)運(yùn)行狀態(tài)與與運(yùn)運(yùn)行結(jié)果。對對對于需要人人工工干預(yù)的微微控控制器系統(tǒng)統(tǒng)，鍵鍵盤就成為為人人機(jī)聯(lián)系的的必必要手段，此此此時(shí)需要配配置置適當(dāng)?shù)逆I鍵盤盤輸入設(shè)備備。鍵盤電路的設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)應(yīng)使CPU不僅能識別別是否有鍵鍵按按下，還要要能能識別是哪哪一一個(gè)鍵按下下，而而且能把此此鍵鍵所代表的的信信息翻譯成成計(jì)計(jì)算機(jī)所能能接接受的形式式，計(jì)計(jì)算機(jī)所用用的的鍵盤有編編碼碼鍵盤和非非編編碼鍵盤兩兩種種。編碼鍵鍵盤盤能夠由硬硬件件邏輯自動(dòng)動(dòng)提提供與按鍵鍵對對應(yīng)的編碼碼。在微控制器試驗(yàn)驗(yàn)系系統(tǒng)中，鍵鍵盤盤接口分為為兩兩種接口方方式式，即獨(dú)立立式式和矩陣式式按按鍵。本設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)系統(tǒng)相對對來來說較為復(fù)復(fù)雜雜，按鍵要要求求較多，方方便便起見，選選擇擇4*4的矩陣陣式鍵盤，該該該鍵盤一部部分分為數(shù)字按按鍵鍵，另一部部分分為功能按按鍵鍵。為了識別鍵盤上上的的閉合鍵，常常常用的鍵碼碼識識別方法有有行行掃描法、行行行反轉(zhuǎn)法及及行行列掃描法法等等。本設(shè)計(jì)計(jì)對對鍵盤沒做做太太多要求，所所所以，采用用行行掃描方法法。行掃描法又稱為為逐逐行（或列列）掃掃描查詢法法，是是一種最常常用用的按鍵識識別別方法，行行掃掃描法識別別按按鍵的基本本原原理是：先先將將所有的行行線線置0，讀列線的的值，若此此時(shí)時(shí)列線上的的值值全為1，說明無鍵鍵按下。若若有有某位為0，則說明對對應(yīng)這一列列上上有鍵按下下，這這時(shí)改變行行掃掃描碼，使使行行線逐行為0，依次掃描描。當(dāng)讀到到某某一列線的的值值為0時(shí)，就可根根據(jù)此時(shí)的的行行掃描碼和和列列線的值唯唯一一地確定按按鍵鍵的位置，同同同時(shí)也就確確定定了該鍵的的掃掃描碼。本本設(shè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)就就用用到了行掃掃描描法。鍵盤電路設(shè)計(jì)計(jì)在鍵盤中按鍵數(shù)數(shù)量量較多時(shí)，為為為了減少I/O口的占用，通通通常將按鍵鍵排排列成矩陣陣形形式，如圖圖33.13所示。在在矩陣式鍵鍵盤盤中，每條條水水平線和垂垂直直線在交叉叉處處不直接連連通通，而是通通過過一個(gè)按鍵鍵加加以連接。這這這樣，一個(gè)個(gè)端端口就可以以構(gòu)構(gòu)成4*4=116個(gè)按鍵。并并且列線通通過過電阻接正正電電源，并將將行行線所接的的單單片機(jī)的I/O口作為輸出出端，而列列線線所接的I/O口則作為輸輸入。這樣樣，當(dāng)當(dāng)按鍵沒有有按按下時(shí)，所所有有的輸出端端都都是高電平平，代代表無鍵按按下下。行線輸輸出出是低電平平，一一旦有鍵按按下下，則輸入入線線就會(huì)被拉拉低低，這樣，通通通過讀入輸輸入入線的狀態(tài)態(tài)就就可得知是是否否有鍵按下下了了。圖3.13矩陣式鍵鍵盤此矩陣式鍵盤根根據(jù)據(jù)設(shè)計(jì)要求求，設(shè)設(shè)置了功能能鍵鍵與數(shù)字鍵鍵。功功能鍵主要要是是啟動(dòng)鍵、手手手動(dòng)按鍵、自自自動(dòng)按鍵。啟啟啟動(dòng)按鍵要要單單片機(jī)處于于待待命狀態(tài)；；手手動(dòng)按鍵要要人人自己控制制時(shí)時(shí)間，計(jì)算算出出誤差值；；自自動(dòng)按鍵在在設(shè)設(shè)定時(shí)間內(nèi)內(nèi)完完成誤差計(jì)計(jì)算算。數(shù)字鍵鍵用用于所測電電能能表型號選選擇擇。各按鍵鍵所所代表的具具體體功能如下下：：S1～S10：：數(shù)數(shù)字鍵；S11：啟動(dòng)測測量量鍵；S12：停止測測量量鍵；S13：電能表表盤盤轉(zhuǎn)數(shù)輸入入；；S14：確認(rèn)鍵鍵；；S15：參數(shù)查查看看見；S16：測量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)輸入。3.8電源電電路路設(shè)計(jì)我們本次的系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)中使用用的的直流電源源是是正5V直流電源，供供供MCU及其外圍電電路、電能能計(jì)計(jì)量芯片、光光光電采樣器器、顯顯示器、鍵鍵盤盤接口電路路使使用。如圖3.14所所示示電路為輸輸出出電壓+5V的穩(wěn)壓電源源。它由電電源源變壓器B，橋式整流流電路D1～D4，濾波電容C1、C3，防止自激激電容C2、C3和一只固定定式三端穩(wěn)穩(wěn)壓壓器(78055)極為簡捷方方便地搭成成的的。220V交流市市電電通過電源源變變壓器變換換成成交流低壓壓，再再經(jīng)過橋式式整整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾濾波，在固固定定式三端穩(wěn)穩(wěn)壓壓器LM78005的Vin和GND兩端形成一一個(gè)并不十十分分穩(wěn)定的直直流流電壓(該電壓常會(huì)因因?yàn)槭须婋婋妷簤旱牟▌?dòng)或或負(fù)負(fù)載的變化化等等原因而發(fā)發(fā)生生變化)。此直流電電壓經(jīng)過LM78005的穩(wěn)壓和C3的濾波便在在穩(wěn)壓電源源的的輸出端產(chǎn)產(chǎn)生生了精度高高、穩(wěn)穩(wěn)定度好的的直直流輸出電電壓壓。本穩(wěn)壓壓電電源可作為TTL電路或單片片機(jī)電路的的電電源。三端端穩(wěn)穩(wěn)壓器是一一種種標(biāo)準(zhǔn)化、系系系列化的通通用用線性穩(wěn)壓壓電電源集成電電路路，以其體體積積小、成本本低低、性能好好、工工作可靠性性高高、使用簡簡捷捷方便等特特點(diǎn)點(diǎn)，是目前前穩(wěn)穩(wěn)壓電源中中應(yīng)應(yīng)用最為廣廣泛泛的一種單單片片式集成穩(wěn)穩(wěn)壓壓器件。圖3.14電源源電路圖4軟件設(shè)計(jì)軟件是系統(tǒng)的靈靈魂魂，軟件的的靈靈活性和強(qiáng)強(qiáng)大大性將在系系統(tǒng)統(tǒng)中明顯的的體體現(xiàn)出來，是是是判斷系統(tǒng)統(tǒng)的的優(yōu)良與否否的的主要標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)之之一。設(shè)計(jì)軟件采用用模塊化設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方法。系系統(tǒng)統(tǒng)按照不同同的的功能予以以劃劃分，然后后按按一定的用用途途分別編寫寫、調(diào)調(diào)試，最終終將將所有模塊塊調(diào)調(diào)試成功后后，將將其各個(gè)模模塊塊拼接構(gòu)成成為為單項(xiàng)電表檢檢測儀系統(tǒng)統(tǒng)的的軟件部分分。模模塊化編程程方方式有利于于程程序代碼的的優(yōu)優(yōu)化，而且且便便于設(shè)計(jì)、調(diào)調(diào)調(diào)試和維護(hù)護(hù)。4.1主程序序設(shè)設(shè)計(jì)主程序的主要功功能能如下：(1)對單片片機(jī)系系統(tǒng)進(jìn)行初初始始化；(2)顯示器器初初始化；(3)電能計(jì)計(jì)量量芯片初始始化化；(4)內(nèi)存單單元元附初值；；(5)進(jìn)行鍵鍵盤掃掃描，檢測測各各功能鍵的的閉閉合情況，并并并執(zhí)行相應(yīng)應(yīng)的的子程序。主程序流程圖如如圖圖4.1所示。圖4.1主程程序流程圖4.2中斷服服務(wù)務(wù)程序設(shè)計(jì)計(jì)中斷是通過硬件件來來改變CPU程序運(yùn)行的的方向。程程序序在執(zhí)行過過程程中由于外外界界的原因而而被被中間打斷斷的的情況稱為為中中斷。中斷斷之之后所執(zhí)行行的的處理程序序，稱稱為中斷服服務(wù)務(wù)程序。本本設(shè)設(shè)計(jì)主要是是鍵鍵盤中斷。流流流程圖如圖圖44.2所示。圖4.2中斷服服務(wù)程序流程程程圖4.3測量誤誤差差程序設(shè)計(jì)測量誤差流程圖圖如如圖4.3所示。圖4.3測量量誤差流程圖圖測量誤差過程主主要要是判斷電電能能表的相對對誤誤差是否在在要要求范圍內(nèi)內(nèi)，從從而判斷其其是是否正常工工作作。結(jié)論經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的的努努力，畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)終于完完成成了。在作作畢畢業(yè)設(shè)計(jì)的的過過程中，我我真真正的了解解到到了自己掌掌握握所學(xué)知識識的的情況，通通過過這段時(shí)間間畢畢業(yè)設(shè)計(jì)的的鍛鍛煉，我的的理理論知識得得到到了很大的的改改進(jìn)。本次畢畢業(yè)設(shè)計(jì)的的內(nèi)內(nèi)容涵蓋了了電電子、控制制、軟軟件等幾方方面面的知識，。這期間，我完成成了了的基本硬硬件件設(shè)計(jì)及軟軟件件程序設(shè)計(jì)計(jì)，基基本實(shí)現(xiàn)了了預(yù)預(yù)期的目標(biāo)標(biāo)?；谙到y(tǒng)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的主要內(nèi)內(nèi)容容有：(1)對低壓壓單相相電能表進(jìn)行行現(xiàn)場采樣樣，使使用了光電電采采樣器、電電壓壓互感器和和電電流互感器器，把把采樣值輸輸入入電能計(jì)量量芯芯片，然后后由由單片機(jī)計(jì)計(jì)算算分析被測測電電表是否準(zhǔn)準(zhǔn)確確，若電表表計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確確計(jì)計(jì)算其相對對誤誤差；(2)對用電電線路路進(jìn)行檢測，主要是是電壓互感感器器和電流互互感感器對其實(shí)實(shí)施施檢測；(3)通過LLCDD顯示判斷結(jié)果果和相對誤誤差差，判斷其其精精度是否達(dá)達(dá)到到要求，即即電電能表是否否正正常工作；(4)在本設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)中大量使使用用了單片機(jī)機(jī)的的知識。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我我感到收獲很很大，在設(shè)計(jì)計(jì)過程中，遇遇到了很多在在沒有遇到過過的問題，在在老師與同學(xué)學(xué)的幫助下，都都得到了妥善善解決。致謝在本課題的整個(gè)個(gè)研研究過程中中，我我始終得到到了了指導(dǎo)老師師和和同學(xué)的關(guān)關(guān)心心和幫助，使使使得我可以以不不斷地克服服困困難，解決決問問題，順利利地地完成畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)。在此，我要特別別地地感謝我的的指指導(dǎo)老師，他他他在課題的的研研究過程中中給給自始至終終都都得到了導(dǎo)導(dǎo)師師副教授熱情情、耐心的的指指導(dǎo)和幫助助。老老師對本課課題題的研究設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)給予極大大的的關(guān)注和支支持持；同時(shí)老師師那治學(xué)的的嚴(yán)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、廣廣廣博的知識識面面和豐富的的研研究經(jīng)驗(yàn)以以及及敬業(yè)的精精神神給我留下下深深刻的印象象，使使我受益菲菲淺淺，在老師的指指導(dǎo)下，我我的的畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)達(dá)達(dá)到了預(yù)期期的的目標(biāo)。他總總是在關(guān)鍵鍵時(shí)時(shí)刻啟發(fā)和開開拓我的思思路路，保證了了課課題研究的的順順利進(jìn)行。在在在畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)階階段，老師從從許多方面面給給予了我無無微微不至的關(guān)關(guān)心心和幫助，使使使我的自我我學(xué)學(xué)習(xí)能力有有了了很大的提提高高，為以后后的的工作和學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)打好了基基礎(chǔ)礎(chǔ)，在此表表示示衷心的感感謝謝。參考文獻(xiàn)[1]張迎新新．．單片微型型計(jì)計(jì)算機(jī)原理理、應(yīng)應(yīng)用及接口口技技術(shù)（第2版）[M]．北京：國國防工業(yè)出出版版社，2004[2]康華光光．．電子技術(shù)術(shù)基基礎(chǔ)-模擬部分（第第第四版）[M]．北京：高高等教育出出版版社，2000[3]康華光光．．電子技術(shù)術(shù)基基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第第第四版）[M]．北京：高高等教育出出版版社，2000[4]陳卓婭婭，秦楠等．電能計(jì)量量裝置遠(yuǎn)程程在在線檢測系系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計(jì)與與實(shí)實(shí)現(xiàn)[J]．電測與儀表表，2008((6)：27～30[5]任致程．．單單相電能表表檢檢測儀[J]．農(nóng)村電工工，2005((4)：40～41[6]孫文寶寶．．ADE77754在低壓配電電檢測裝置置中中的應(yīng)用[JJ]．電氣傳動(dòng)自自動(dòng)化，2008，30(55)：47～50[