智能多用戶單相載波電能表的研究

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-PAGEII-摘要隨著我國城市居民住宅建設(shè)的迅速發(fā)展，樓房用表日益增多，傳統(tǒng)的將多個電能表集中掛成一面“表墻”的應(yīng)用方式，體積大，工程造價高，不利于新型住宅的集中用電管理。智能多用戶單相載波電能表采用電能計量專用芯片與高性能單片機，實時對多個用戶用電量分別計量、集中控制和管理。電表的可靠性、使用壽命、計量精度是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。本文選用美國ADI公司的ADE7755高精度電能測量集成電路作為計量芯片，經(jīng)過精心設(shè)計外圍電路，滿足遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過功率因數(shù)(PF)等1時和PF較低(PF±0.5)時的精度要求，同時電能表的動態(tài)范圍也超過500。智能處理單元設(shè)計以PIC16C65B微處理器為核心，實現(xiàn)電能脈沖的采集、累積、數(shù)據(jù)處理與存儲，實時時鐘連接，用電量顯示及通信等功能。遠(yuǎn)程通信采用低壓電力線載波通信方式，便于供電部門對居民用電情況進(jìn)行實時抄收、數(shù)據(jù)匯總和監(jiān)控。本表還設(shè)計了紅外通信模塊，與手持掌上電腦通信，為沒有安裝遠(yuǎn)程抄表的用戶提供本地抄表的功能。本文在設(shè)計中考慮電磁兼容問題，對電路中器件的選擇與排列、布線方式、接地及屏蔽等方面深入分析，有效地解決了各表芯相互影響而造成的潛動問題；多表位同時校驗問題；載波抄表的可靠性與速度問題；非易失存儲器的數(shù)據(jù)保護(hù)和使用壽命問題等技術(shù)難點。結(jié)構(gòu)設(shè)計采用積木式插接工藝，適于規(guī)?；a(chǎn)。硬件成本低，體積小，安裝接線簡單，擴展性好，適應(yīng)現(xiàn)代化供電網(wǎng)絡(luò)管理和住宅智能化管理的需要，極具市場潛力。關(guān)健詞電能表；多用戶；電力線載波；自動抄表Theresearchofintelligentmulti-usermeterbasedonsingle-phasecarrierAbstractWiththerapiddevelopmentofourcitizen’sresidentialconstruction,thenumberofenergymetersinbuildingsareincreasingdaybyday.Traditionalapplicationmodefocusingmanyenergymeterspeggedasa“meterwall”,isnotconducivetotheconcentrationofnewresidentialelectricitymanagementforitsbigsizeandhighcost.Intelligentmulti-userenergymeterbasedonsingle-phasecarriercanmeasure,centralizedcontrolandmanageseveralusers’electricityconsumptioninrealtimeusingASICandhigh-performancemicrocontroller.Thekeyofthedesigningofthesystemarereliability,servicelifeandaccuracyofmeasurement.Inthispaper,withtheuseofhigh-precisionADI'sADE7755andthedesignoftheexternalcircuit,thesystemcanmeettheaccuracyrequirementswhenthepowerfactor(PF)ismuchhigherthan1andPF±0.5,inthemeantimethedynamicrangeoftheenergymeterishigherthan500.ThecoreoftheintelligenceprocessingunitisPIC16C65B,whichcancollectandaccumulatetheelectricpulse,processandstorethedata,connecttheclockinrealtime,showtheelectricityconsumptionandrealizethefunctionofcommunication.Remotecommunicationusinglow-voltagepowerlinecarriercommunicationfacilitatestheelectricitysectorontheresidents’electricityconsumptioninreal-timereading,datacollectionandmonitoring.ThedesignalsoincludeinfraredcommunicationmodulewhichcancommunicatewithPDAsfortheclientsthatdon’thaveremotereadingsystemtocompletelocalreadingfunction.Thisdesigneffectivelysetsouttheproblemsthatcomefromtheinfluenceofotherchips,realisesthecheckofmulti-metersatthesametime,promotesthespeedandthereliabilityofthemeters,andresolvesthedifficultiesaboutthedataprotectionofnon-volatilememoryandservicelifethroughconsideringabouttheelectromagneticcompatibilityissues,suchasanalyzethoroughlyofcomponentsselectionandarrangement,wiring,groudingandshieldinginthecircuit.StructuraldesignadoptsPlug-usebuildingblocksprocess,whichissuitableforlarge-scaleproduction.Theadvantagesoflowcostofthehardware,smallsize,simplewiringinstallation,scalability,andthesuitabilityfortheneedsofmodernpowersupplynetworkmanagementandintelligenthomemanagementmaketheproducthavethemostmarketpotential.Keywordsenergymeter,multi-user,powerlinecarrier,automaticmeterreadingPAGEIV---PAGE7-目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1電能表的發(fā)展歷程 11.2電子式電能表國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3自動抄表技術(shù) 41.4本研究課題的目的及意義 51.5本文的主要內(nèi)容 6第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計 82.1多用戶載波電能表基本原理 82.2多用戶載波電能表技術(shù)指標(biāo) 92.3本章小結(jié) 11第3章電能計量單元的設(shè)計 123.1電子式電能表計量原理 123.2ADE7755芯片 123.2.1ADE7755的結(jié)構(gòu)和特點 133.2.2ADE7755的工作原理 143.2.3ADE7755引腳排列及功能 193.2.4ADE7755工作特性設(shè)定 213.3基于ADE7755電能計量模塊的設(shè)計 233.3.1分流器的設(shè)計 233.3.2單用戶計量單元的電壓通道參數(shù)設(shè)計 243.3.3單用戶計量單元調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 243.3.4抗電磁干擾設(shè)計 253.4本章小結(jié) 26第4章智能處理單元設(shè)計 284.1PIC系列單片機簡介 284.1.1 PIC系列微控制器硬件結(jié)構(gòu)特點 284.1.2PIC16C65單片機性能特點 304.1.3PIC16C65引腳功能 314.2數(shù)據(jù)存儲芯片F(xiàn)M24C256 324.3時鐘電路設(shè)計 354.3.1 RX-8025的結(jié)構(gòu)及工作原理 354.3.2 RX-8025的特點及管腳功能 364.3.3 RX-8025的應(yīng)用 384.4LED顯示電路設(shè)計 404.5紅外通信接口設(shè)計 424.5.1紅外自動抄表系統(tǒng)的構(gòu)成 434.5.2紅外通信硬件電路設(shè)計 444.6低壓電力線載波通信接口設(shè)計 464.6.1低壓電力線載波通信系統(tǒng)的設(shè)計 464.6.2載波擴頻通信接口電路設(shè)計 484.6.3載波發(fā)射電路設(shè)計 504.6.4 載波接收電路設(shè)計 514.6.5電力線耦合電路設(shè)計 524.6.6電力線載波通信電路抗干擾設(shè)計 534.7 多用戶載波電能表電源電路設(shè)計 544.8 本章小結(jié) 55第5章智能多用戶電能表軟件設(shè)計 565.1系統(tǒng)軟件的總體流程 565.2電能脈沖采集模塊 575.3最大需量模塊設(shè)計 595.4I2C總線模塊 605.5顯示模塊軟件設(shè)計 635.6通信模塊軟件模塊 655.7通訊協(xié)議 665.8本章小結(jié) 71結(jié)論 72參考文獻(xiàn) 74個人簡歷 74致謝 77第1章緒論隨著市場經(jīng)濟體制的建立，電力已經(jīng)作為一種商品走向市場，電力企業(yè)管理正轉(zhuǎn)向商業(yè)化運行。而在電力商業(yè)化管理過程中，電能表無疑是一桿“秤”。目前，居民生活用電所占的負(fù)荷比例快速地、大幅度地逐年上升，對其電量進(jìn)行管理是電力企業(yè)目標(biāo)/成本控制的重要組成部分。對居民生活用電實施“一戶一表”的計費方式是各級供電部門正在抓緊實施的一項工程。目前，絕大多數(shù)用電管理是采用最原始的分散計量、人工抄表，它離自動化的目標(biāo)還非常遙遠(yuǎn)。當(dāng)前城鎮(zhèn)居民住宅公寓化，相對較為集中，及時開發(fā)并推出適合國情，既面向未來電量管理自動化建設(shè)的需要，又適應(yīng)現(xiàn)行的運行管理體制的多用戶表，是民用電計量、管理的大勢所趨。隨著用電量的急劇增長以及由此引發(fā)的能源供需矛盾加劇，許多工業(yè)大國日益重視電能管理，都在通過技術(shù)改造等各種手段加強對電力負(fù)荷的監(jiān)控，以實現(xiàn)計劃用電與合理配電，從而提高電網(wǎng)負(fù)荷率?，F(xiàn)代電能管理強調(diào)自動化、智能化，要求以高新技術(shù)手段確保經(jīng)濟杠桿調(diào)配電能的使用，以求更高的供用電效率。這便對電能計量儀器儀表提出了多功能化的要求，希望它不僅能計量電能，而且也能應(yīng)用于管理。因此功能單一的感應(yīng)式電能表已不適應(yīng)現(xiàn)代電能管理的要求，電子式電能表應(yīng)運而生。1.1電能表的發(fā)展歷程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。因為1kWh的電能量被定義為一度電，所以按計量單位，電能表又俗稱電度表或千瓦時表[1]。電能表在電能管理用儀器儀表中占有很大比例，其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)、所有以電能為動力的產(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[1]。電能表已經(jīng)經(jīng)歷了感應(yīng)式電能表、機電脈沖式電能表、電子式電能表、集中式多用戶電能表四個階段。1．感應(yīng)式電能表（機械表）在電力系統(tǒng)發(fā)展的早期，感應(yīng)式電能表被廣泛用于工頻(50Hz或60Hz)電能的測量。感應(yīng)式電能表是利用處在交變磁場的金屬圓盤中的感應(yīng)電流與有關(guān)磁場形成力的原理制成的，具有制造簡便、可靠性好、價格便宜等特點。經(jīng)過不斷改進(jìn)和完善，感應(yīng)式電能表制作技術(shù)已經(jīng)成熟。通過雙重絕緣和采用高質(zhì)量雙寶石軸承甚至磁懸浮軸承等技術(shù)手段，其結(jié)構(gòu)和磁路的穩(wěn)定性得以提高，電磁振蕩被削弱，使用壽命大大延長，且過載能力明顯增強。但受其工作原理以及材料工藝等條件的局限其測量準(zhǔn)確度很難提高。另外，感應(yīng)式電能表是針對很低且十分狹窄的頻率范圍的正弦電壓和正弦電流而設(shè)計的，但現(xiàn)代電力系統(tǒng)中采用硅整流與換流技術(shù)，這些非線性負(fù)荷產(chǎn)生大量高次諧波并引起不平衡，致使電網(wǎng)電壓波形產(chǎn)生畸變、波動及三相不平衡，對感應(yīng)式電能表產(chǎn)生不利影響，使其指示不正確，由此可能造成操作、管理人員做出錯誤的分析判斷。2．機電一體式電能表20世紀(jì)60年代，為了擴展電能表的使用功能，出現(xiàn)了機電一體式脈沖電能表。這種表仍然采用了感應(yīng)式電能表的測量機構(gòu)，只是利用光電傳感器將電能轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，通過電子電路對脈沖信號的計算與處理，完成電能的計量工作，它通過電子部分的各種變換來實現(xiàn)人們不同的實際需求。機電式電能表的出現(xiàn)，極大地解決電能表的功能單一的問題，電能表可以通過軟件編程實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表、負(fù)荷控制參數(shù)的分散采集和存貯等功能，使得分時電價和需量電價制度能夠有效地實施和推廣，充分發(fā)揮了電力在國民經(jīng)濟中的作用。但是它是以感應(yīng)系測量機構(gòu)作為其測量主回路的原理性缺陷，決定了它同樣具有感應(yīng)系電能表一樣的準(zhǔn)確度低、適用頻率范圍低等缺點。3．電子式電能表為了替代感應(yīng)系測量機構(gòu)，從20世紀(jì)70年代起人們就開始研究并試驗采用電子電路來測量交流電能。由于電能是電功率對時間的積分，所以任何電子電路式電能計量方案的第一步都是確定電功率。因而，使用乘法器是實現(xiàn)測量電功率和電能的電子電路的共同特點，全電子式電能表多采用模擬或數(shù)字乘法器作為核心器件。近年來，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，有力地推動了電子式電能表技術(shù)的迅速更新與進(jìn)步。高準(zhǔn)確度、高可靠性的元器件以及大規(guī)模電路集成技術(shù)和電路制造的表面貼裝技術(shù)等應(yīng)用于電子式電能表的開發(fā)與生產(chǎn)，使電子式電能表壽命提高、功能多種多樣，且仍在不斷擴展，并逐步使供用電管理的微機化和自動化成為現(xiàn)實[2]。電子式電能表與感應(yīng)式電能表相比，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢：誤差特性較為穩(wěn)定，不像感應(yīng)式電能表越走越慢。實際運行和加速老化試驗都說明了這一特點。電子式電能表的故障能較明顯的表露和被發(fā)現(xiàn)。電子式電能表內(nèi)阻小、損耗低，是節(jié)能儀表。有助于在已有計量裝置中解決互感器過載和一次電壓降超標(biāo)問題，從而提高計量綜合精確度。電子式電能表較輕，比感應(yīng)式電能表節(jié)省大量有色和黑色金屬，而且安裝輕便。使用電子式電能表徹底改革了原來電能量運行，檢修的工作流程，革除了洗表的環(huán)節(jié)。如果故障表按合同規(guī)定由生產(chǎn)廠保修保換，則更簡化了管理流程，可集中精力把好驗收校驗，對運行中缺陷故障統(tǒng)計分析以及招標(biāo)時對各廠產(chǎn)品評定質(zhì)量，徹底改革了電能表管理使適應(yīng)電力市場經(jīng)濟要求。電子式電能表能直接輸出規(guī)范的電能脈沖，便于校驗和實施遠(yuǎn)方自動抄讀表，便于電力市場發(fā)展中對表計擴展功能的實現(xiàn)。4．集中式多用戶電能表多用戶電能表是將多個電子式電能表組合在一起的一種新技術(shù)電能表，它采用大規(guī)模專用芯片與高性能單片機實時對多個用戶用電量分別計量、集中控制與管理，主要用于居民樓的集中用電計量、計費管理等[3]。它將傳統(tǒng)的每戶均設(shè)一塊機械式電能表的模式改變?yōu)橐粋€單元甚至一幢樓僅用一塊表，加之可用專用抄表器，以及可與計算機聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表，使計費管理極為方便。1.2電子式電能表國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電子式電能表在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家使用較為普遍。早在1976年，日本就研制出了電子式電能表。70年代末至80年代初，電子式電能表在現(xiàn)場使用環(huán)境下暴露出抗干擾能力差等弱點，曾一度影響了它的應(yīng)用進(jìn)程。電子式電能表最先在日本商品化。80年代中后期，隨著電子設(shè)計與制造新技術(shù)的出現(xiàn)并被采用，電子式電能表在各種現(xiàn)場環(huán)境下的工業(yè)可靠性問題被攻破，電能表電子化的浪潮席卷歐美，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了一批壽命長、可靠性高、適合現(xiàn)場使用的電子式電能表；其中一些表已可在很寬的電壓、電流范圍內(nèi)進(jìn)行自動量程切換。到20世紀(jì)80年代末90年代初國外大公司相繼推出了全電子式多功能電能表，如瑞士蘭地斯公司(LANDIS&GYR)、法國斯倫貝謝公司(Schlumberger)和美國通用電氣公司(GE)等。電子式電能表在實施復(fù)雜的多費率、最大需量和電能數(shù)據(jù)傳輸及交換等方面具有明顯的優(yōu)越性，實現(xiàn)了測量有功、無功電能、功率因數(shù)、視在功率等幾十個特征參數(shù)的多功能化[4]。進(jìn)入九十年代，IC卡技術(shù)在國外已得到廣泛應(yīng)用，智能型IC卡預(yù)付費電能表應(yīng)運而生，該表基于用戶先購電、再用電的管理思想開發(fā)研制的，使供電部門不再挨門挨戶地花費大量人工抄表統(tǒng)計用電量，可以組成智能型復(fù)費率電能計量管理系統(tǒng)，加快了電能生產(chǎn)的商品化進(jìn)程，但其帶來的諸多問題不容忽視。首先，常用的預(yù)付費電能表有磁卡式和IC卡式兩種，為防止人為偽制作為有價證券的磁卡和IC卡非法牟取利益，按國家規(guī)定，磁卡和IC卡由銀行系統(tǒng)銷售，電費須經(jīng)過銀行；第二，為了避免由于電能價格變動造成買賣雙方的經(jīng)濟損失，磁卡和IC卡不能大量銷售，另有與磁卡和IC卡本身的成本不低，只能每表對應(yīng)一卡，使得售卡工作量十分可觀；第三，采用預(yù)付費電能表后，對實際用電量的統(tǒng)計和線損計算便不能實現(xiàn)。在國外，電力能源充足，物質(zhì)十分豐富，西方式市場經(jīng)濟社會，只有用后分期付款，而無預(yù)付費購物、消費的模式。因此，在預(yù)付費電能表的制造成本不比其他類型電能表低的情況下，利用預(yù)付費電能表采用預(yù)先支付電費的方法，不大可能大范圍推廣。70~80年代，歐美各國相繼起步，開始對遠(yuǎn)程電能表數(shù)據(jù)采集等進(jìn)行研究。目前，自動抄表技術(shù)服務(wù)于電能管理的自動化，替代了原來要耗費大量人工、時間的繁瑣的管理收費手段，較好地做到了實時收費，而更重要的是沿用了人們更易接受的先用電、后付費的管理模式[4]。這種模式在歐美許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家被普遍采用，不僅限于用電，而已是涉及人們生活的方方面面。在供、用電環(huán)節(jié)利用自動抄表技術(shù)，已成為配電綜合自動化系統(tǒng)必不可少的功能部分。電子式電能表的出現(xiàn)，有力地推動了遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)的發(fā)展。1.3自動抄表技術(shù)自動抄表(AutomaticReadingMeter-ARM)是將數(shù)據(jù)自動采集、傳輸和處理應(yīng)用于電能供用與管理系統(tǒng)中的一項新技術(shù)，采用通訊和計算機網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)自動讀取和處理表計數(shù)據(jù)[5]。采用自動抄表技術(shù)，可提高抄表的準(zhǔn)確性，減少因估計或謄寫而造成的帳單錯誤，使供用電管理部門及時獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息；由于電力用戶因此不再需要與抄表者預(yù)約上門抄表時間，還能迅速查詢帳單，給電能管理的現(xiàn)代化創(chuàng)造了良好的條件。國內(nèi)外在這方面都正在大力發(fā)展開發(fā)研制工作。國外如以色列尤尼克(Unique)技術(shù)公司開發(fā)了Collectric集中抄表系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的電網(wǎng)和電表，以電力線作為信息傳遞媒介，建立數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)，通過電力線載波技術(shù)將信息遠(yuǎn)距離傳送。而由英國自動化儀表公司本部策劃、組織，杭州沃特電氣有限公司研制的IC系列電表，可按用戶需要裝上通訊接口，利用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口、零電壓脈沖繼電器輸出或4~20mA線性輸出進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。德國D-Tech公司則為此專門開發(fā)了SMI專用模塊，用于電子式電能表的數(shù)據(jù)采集，以400脈沖/度或800脈沖/度向外輸出功率脈沖[6]。在國內(nèi)，華立(Holley)集團、萬勝(wellsMn)電力儀表公司、華電總公司特瑞電力設(shè)備公司、深圳浩寧達(dá)、杭州奧特電力電子有限公司等均對自動抄表系統(tǒng)的開發(fā)投人了大量人力物力[7]?，F(xiàn)在的自動抄表通信主要有以下幾種方式:1．雙絞線方式采用此種通訊方案的一般為位總線通訊方式，它包括RS485/422總線，其技術(shù)比較成熟、簡單，在通訊信道正常的情況下通訊可靠、穩(wěn)定，可以實現(xiàn)實時通訊，但是它在實際應(yīng)用中存在布線工作量大，通訊信道易受人為損壞，損壞后故障排除困難、恢復(fù)慢，信道后續(xù)維護(hù)量大等不足。2．無線通信方式該技術(shù)方案屬比較成熟的常規(guī)技術(shù)，但由于成本高，頻段申請受無線電管理部門的控制，而且其微弱的信號特征也很易受空間日益復(fù)雜且嚴(yán)重的電磁干擾得影響，其推廣受到極大的限制。3．電話線通信方式基于電話的自動抄表技術(shù)是一種已應(yīng)用多年的成熟的技術(shù)。電能表可以經(jīng)過專用的調(diào)制解調(diào)器通過公用的電話網(wǎng)與供電管理部門進(jìn)行通信。電話線抄表方案充分利用了現(xiàn)有資源，無需投入大量資金進(jìn)行線路改造，而且現(xiàn)在的電話線的通信質(zhì)量非常高，特別適合快速傳送大量的數(shù)據(jù)[8]。但是供電部門需要向電信部門租用電話線，因此該方案只適合城市和電話網(wǎng)絡(luò)普及的地區(qū)。4．電力線載波通信方式由于采用電力線做通訊介質(zhì)，它具備了充分利用現(xiàn)有資源，易施工、滿足相對分散裝表，綜合成本低、不受環(huán)境條件限制等優(yōu)點。每個用戶室內(nèi)裝設(shè)的電子式電能表就近與室內(nèi)交流電源線相連接；電能表發(fā)出的調(diào)制脈沖信號經(jīng)交流電源線發(fā)出，設(shè)置在小區(qū)內(nèi)的中心站或遠(yuǎn)處用電管理部門辦公室的計算機，則定期通過低壓用電線路以載波通信方式，收集各用戶電能表提供的用電數(shù)據(jù)信息[9]。利用低壓用電線路實施通信，對高層公寓或多承租戶建筑（例如商業(yè)或辦公樓）的電能表進(jìn)行抄讀是較為理想的技術(shù)方案[10]。1.4本研究課題的目的及意義我國的居民住房建設(shè)近年來發(fā)展十分迅速，大、中、小城市越來越多的居民住上了樓房，隨之而來的是樓房用電能表的數(shù)量也日益增多。我國目前一個公寓樓房單元通常住有十幾戶甚至幾十戶居民，考慮到防竊電及抄表的需要，通常是簡單地將市場上現(xiàn)有的商品化電能表集中在樓中的某處掛成一面“表墻”，當(dāng)用戶較多時，將給使用、維護(hù)和管理帶來諸多不便。因此研制一種多表位于一體的多功能又體積小的多用戶電子式電能表具有重要的意義。本文設(shè)計采用電能專用芯片來測量各用戶的電能，單片機作為數(shù)據(jù)處理中心，將多個電子式測量元件集中在一臺儀表內(nèi)并公用一套微機電路、一套顯示器和一個通信接口，顯示器分時顯示各用戶的電能累計值，由多個用戶共同承擔(dān)智能化的投人，從而提高性價比，平均每戶造價僅略高于傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表。在確保電子電能表的測量精度和各項功能齊全的前提下，縮小了整機體積，使每戶分?jǐn)偟某杀敬蟠蠼档?。隨著大功率家用電器的逐漸增多，一方面應(yīng)增大供電線路的容量，另一方面也應(yīng)對電費實行分時計價，多用戶電能表因帶有實時時鐘，所以實行分時計價相當(dāng)容易。并且這種電能表能夠通過低壓電力線載波擴頻通信接口組成遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)，便于供電部門對居民的用電情況進(jìn)行實時抄收、數(shù)據(jù)匯總和監(jiān)控，為電力部門進(jìn)行現(xiàn)代化管理提供一種有效的手段，具有很好的推廣應(yīng)用前景。1.5本文的主要內(nèi)容由單用戶電能表向多用戶智能型電能表發(fā)展是用電計量發(fā)展史上一個質(zhì)的飛躍，而遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的實現(xiàn)是其最顯著的特征。本文以高精度電能測量集成芯片ADE7755為基本測量單元，采用單片計算機作為中央處理器，對13-24戶用戶的用電量進(jìn)行集中檢測、計量、循環(huán)顯示，通過通信接口將各用戶用電量由抄表器采集后向外接計算機發(fā)送，由財務(wù)主機直接進(jìn)行電費計算。避免了抄表工上下樓挨門逐戶抄表的煩惱。本文主要內(nèi)容如下：1．介紹電能表技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的現(xiàn)狀，對比分析各種電能表的測量原理和功能特點，提出智能多用戶載波電電能表的總體設(shè)計方案。2．設(shè)計電能采集計量單元，分析Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換原理，介紹ADE7755的主要特性和工作原理，詳細(xì)闡述了其輸入電壓、電流回路、功率輸出電路的設(shè)計，并重點討論分流器的設(shè)計原則、濾波電路、精度調(diào)整電路等影響計量精度的關(guān)鍵技術(shù)問題。3．設(shè)計智能處理單元，主控單片機的設(shè)計以PIC16C65B為核心，它是一個智能數(shù)據(jù)采集處理和控制單元。詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、實時時鐘電路和顯示驅(qū)動電路的設(shè)計。4．在分析低壓電力線通信信道特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計基于PL2101芯片的載波通信接口及遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)。詳細(xì)介紹耦合電路、輸入濾波電路、輸出功率放大電路的設(shè)計。5．多用戶電能表軟件設(shè)計。軟件程序采用PIC系列匯編語言編制，詳細(xì)闡述包括脈沖檢測及數(shù)據(jù)處理模塊、通信中斷模塊、電表參數(shù)設(shè)置及電量顯示模塊，載波通信模塊等的設(shè)計。為增強儀表的可靠性，軟件方面也采取多種措施，如指令冗余、軟件陷井，增加軟件容錯功能等。哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-PAGE34--PAGE10-第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計多用戶載波電能表系統(tǒng)以整棟公寓式居民樓的生活用電作為計量和監(jiān)控對象，采用電能分開計量和數(shù)據(jù)集中處理的結(jié)構(gòu)，并運用當(dāng)今成熟的電子電路技術(shù)和性能優(yōu)良的電子元器件構(gòu)成。這種電能表結(jié)構(gòu)緊湊、功能強大、可靠性高，并從根本上解決由傳統(tǒng)的電能表簡單拼湊而成的多用戶用電計量系統(tǒng)。該表能實現(xiàn)多費率電價計算；用戶可通過按健操作查詢各自用電度數(shù)及電費余額；各用戶計量記錄數(shù)據(jù)不會因停電而丟失；配有通訊接口可與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和組成自動抄表系統(tǒng)，便于供電部門對居民用電情況進(jìn)行實時抄收、數(shù)據(jù)匯總和監(jiān)控，為電力部門進(jìn)行現(xiàn)代化管理提供了有效手段。2.1多用戶載波電能表基本原理多用戶載波電能表與一般的電子式電能表不同，一般的單相電能表只能計量單戶，而多用戶電能表則能計量十幾戶，該表基本型可實現(xiàn)對最多24路用戶的電能進(jìn)行集中計量和監(jiān)控，原理如圖2-1所示。1-4A5-8計量單元（1-8）戶計量單元計量單元（1-8）戶計量單元（9-16）戶I/O（脈沖）電源CPU數(shù)據(jù)處理單元PIC16C65B計量單元（17-24）戶顯示數(shù)據(jù)存儲器通信接口時鐘芯片電壓監(jiān)測器看門狗電路外接顯示表頭9-12B13-1617-20圖2-1多用戶電能表原理框圖Fig.2-1Theorygraphofmulti-userselectricitymeters儀表采用多只單用戶計量單元（單臺表最多24只）、數(shù)據(jù)處理單元、供電單元設(shè)計在同一結(jié)構(gòu)中，對用戶的用電實現(xiàn)集中計量（單費率或）、顯示各用戶用電壯況及用電量（累計總用電量或尖、峰、谷、平累計用電量）、遠(yuǎn)程或物業(yè)小區(qū)抄表，實現(xiàn)用電管理現(xiàn)代化。單用戶計量單元采用美國AnalogDevicesInc.公司生產(chǎn)的ADE7755電能計量專用芯片設(shè)計的低成本、單相、兩線制、滿足企標(biāo)要求的高精度電能表。24路用戶分成三組，每組8路，分別接到不同的相線上。為了均衡三相負(fù)載的分布，也可對不同功率的用戶進(jìn)行組別調(diào)整。用戶負(fù)載上的電壓被分壓的V2和流過負(fù)載的電流在與負(fù)載相串聯(lián)的分流器上產(chǎn)生的電壓V1加在AD7755輸入端，在其輸出端產(chǎn)生的輸出頻率與加在AD7755輸入端的兩個輸入電壓信號V1和V2的有效值的乘積成正比。代表用電量的輸出電能脈沖經(jīng)I/O（脈沖）接口送給數(shù)據(jù)處理單元,分別累積計度、存儲記憶、顯示及串口輸出（抄表）。并采取了“看門狗、軟件陷阱、脈沖干擾抑制以及為防止掉電丟失數(shù)據(jù)而采用非易失性存儲器等措施提高可靠性及抗干擾能力。8位LED顯示公用，其中第一、二位為用戶編號，后六位對應(yīng)顯示各用戶當(dāng)?shù)挠秒娎鄯e量（最大顯示為99999.9kwh）。儀表的原理框圖中：A、B、C、三相或單相進(jìn)線與用戶接線盒；24個單用戶計量單元；數(shù)據(jù)處理單元；通信接口（紅外通信接口或電力線載波接口），實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表或用手提電腦進(jìn)行本地抄表；測試脈沖輸出端提供對本表進(jìn)行校驗的測試脈沖；本機顯示，在光照下，提供用戶用電量的顯示。外接顯示，它提供以紅外通訊方式的方法在紅外通訊方式顯示表頭上顯示各用戶用電量。表頭以紅外通訊方式的設(shè)計目的是對用戶查看自己的用電量提供方便。紅外通訊方式顯示表頭的結(jié)構(gòu)為防暴式，安裝在配電箱的可以被用戶觀看和觸摸的地方，因此，紅外通訊方式顯示表頭一般在受到破壞時不會損壞，即使在受到極大的破壞而損壞時，也不會損壞到裝在配電箱內(nèi)部的多用戶表。2.2多用戶載波電能表技術(shù)指標(biāo)多用戶靜止式單相電能表所有機械性能和電氣指標(biāo)均應(yīng)符合GB/T17215-1998靜止式交流有功電度表標(biāo)準(zhǔn)，(對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)為IEC10361996)，GB/T15284-1994多費率(分時)電度表標(biāo)準(zhǔn)，DL/T698-1999低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件。1．環(huán)境條件溫度范圍：-20℃~+45濕度范圍：45%~75%RH；大氣壓力：860~1060kPa。2．基本參數(shù)準(zhǔn)確度等級：1級、2級，詳情見表2-1；額定電壓：220V（Un）；額定電流：5A（Ib）；最大電流：20A、30A、40A(Imax)；額定頻率：50Hz；電表常數(shù)：3200imp/kWh；戶數(shù)：8戶~24戶；費率規(guī)范：尖、峰、谷、平；時段設(shè)置：8個時段、每個時段的時間最少不小于30min；防潛動；平均無故障時間：≥20000h表2-1準(zhǔn)確度要求Table2-1Accuracyrequirements電流值功率因數(shù)百分比誤差范圍1級2級0.05Ib≤I<0.1Ib1±1.5%±2.5%0.1Ib≤I≤Imax1±1.0%±2.0%0.1Ib≤I<0.2Ib0.5±1.5%±2.5%0.1Ib≤I<0.2Ib0.8±1.5%—0.2Ib≤I≤Imax0.5±1.0±2.0%0.2Ib≤I≤Imax0.8±1.0%—3．基本功能通過單片機擴展的數(shù)據(jù)存儲器可以存儲本月、上月、上上月的各月電量，能存儲各月峰時、平時、谷時各時段的用電量；時段控制功能：能實時顯示日歷和時間，并可根據(jù)需要對時間進(jìn)行調(diào)校，電力負(fù)荷的尖、峰、平、谷時段及其費率可預(yù)置；最大需量控制功能；用戶可查詢用電數(shù)據(jù)，僅允許授權(quán)人更改設(shè)定參數(shù)；具有通信接口可進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程自動抄表；與小型斷路器配合使用，能實現(xiàn)用戶欠費時跳閘或過載自動保護(hù)。4、基本結(jié)構(gòu)要求產(chǎn)品設(shè)計的主要出發(fā)點是以便于產(chǎn)品的生產(chǎn)、適于規(guī)?；a(chǎn)、裝配、調(diào)試、維修以及更換部件方便為前提的。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用積木式插接式裝配具有極高的工藝性。儀表的機械性能分析主要是評估零部件的剛度、強度和抗振性能。儀表的底座采用1mm后的鋼板拉制而成，表面采用塑料噴涂新工藝，因此其底座具有強度高、耐腐蝕的特點。端子盒采用的是將端子作為嵌件用酚醛樹脂一次壓鑄而成，具有極高的密封性能、耐腐蝕和熱穩(wěn)定性。外殼和端子盒蓋采用ABS（加阻燃劑）塑料壓鑄件，因此有良好的抗振性能和韌性，不怕沖擊。2.3本章小結(jié)本章主要闡述多用戶載波電能表的基本設(shè)計原理及其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-PAGE34--PAGE27-第3章電能計量單元的設(shè)計3.1電子式電能表計量原理電能表是專門用來計量電能的電表，其計量的結(jié)果是某段時間內(nèi)通過負(fù)載電路的電能。計量單位是千瓦小時(簡稱度)。負(fù)載的功率為：(3-1)電能的計算：(3-2)式中V為交流工作電壓有效值，I為通過負(fù)載電路的交流電流有效值，φ為電壓與電流之間的相角，它與負(fù)載的特性有關(guān)。對于大多數(shù)電子式電能表，測量電能的原理基本相同，主要包括對電壓和電流實時采樣，將采樣得到的電壓和電流相乘，計算出有效值、有功功率、無功功率等。采樣分直流和交流采樣兩種。與直流采樣相比，交流采樣具有計算靈活，精度高，響應(yīng)速率快等優(yōu)點。電子式電能表結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。電壓取樣電壓取樣電流取樣乘法器AC/DCV/F驅(qū)動計數(shù)顯示圖3-1電子式電能表結(jié)構(gòu)圖Fig.3-1Electronicstructureoftheelectricitymeter首先通過V取樣與I取樣電路檢測出負(fù)載的電壓值和電流值，然后經(jīng)過乘法器轉(zhuǎn)換成功率數(shù)據(jù)(P=VIcosφ)，再經(jīng)V-F(電壓與頻率)轉(zhuǎn)換器，將功率模擬量轉(zhuǎn)換成頻率脈沖，然后通過計數(shù)顯示電路計量和顯示用電額度[1]。3.2ADE7755芯片電能計量芯片選用美國ADI公司推出的脈沖輸出的高精度電功率測量集成電路ADE7755。其內(nèi)部集成了兩個2階16位的Σ-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)和計量有功功率所需的數(shù)字信號處理電路[11]。ADE7755在低頻輸出端提供平均功率信息，在高頻輸出端輸出與頻率正比有效功率的脈沖，AD7755還具有自校準(zhǔn)的功能，例如，通道的偏移校正，相位和功率的校準(zhǔn)。因此，使用AD7755構(gòu)成電表系統(tǒng)，電路十分簡單。3.2.1ADE7755的結(jié)構(gòu)和特點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)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性。ADE7755內(nèi)部主要由電源監(jiān)控電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路、基準(zhǔn)電路、數(shù)字一頻率轉(zhuǎn)換電路、低通、高通濾波器電路和可編程增益放大器電路等組成，其功能部件見圖3-2。圖3-2ADE7755功能框圖Fig.3-2FunctiongraphofADE7755其中，相位補償網(wǎng)絡(luò)Φ和高通濾波器HPF組成的電路是保證測量精度的關(guān)鍵。因為AD7755用于交流功率測量時，引腳AD/DC置為1，這時HPF被接入，用來消除電流通道中的直流分量，接入HPF的目的是消除模擬通道的直流失調(diào)電壓引起的測量誤差。但是，HPF的相位特性會使通過電流通道的信號的相位產(chǎn)生變化，為了消除HPF相位特性引起的變化，AD7755采用了相位補償網(wǎng)絡(luò)Φ來進(jìn)行補償。其相位補償能力達(dá)1kHz，這就保證了在低功率因數(shù)下對諧波功率計算的正確性。計算出來的有功功率平均值從引腳F1和F2引腳以低頻頻率的方式輸出，能直接驅(qū)動機電式計度器或與微控制器（MCU）接口。而有功功率瞬時值從引腳CF以較高的頻率輸出，可用于校驗或與MCU接口。AD7755內(nèi)部包含一個對芯片電源引腳的監(jiān)控電路，在電源端電壓上升到4V之前，AD7755一直保持在復(fù)位狀態(tài)，此時，F(xiàn)1，F(xiàn)2和CF都沒有輸出。ADE7755芯片受環(huán)境影響的跳變小，質(zhì)量穩(wěn)定性較高。其具有以下特點：1．具有片內(nèi)看門狗定時器（WatchDogTimer）與內(nèi)部電源監(jiān)視器；2．具有瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值測量及電能計量功能；3．提供了外部復(fù)位引腳；4．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；5．外部時鐘最高頻率可達(dá)20MHz；6．具有功率方向輸出指示。ADE7755的主要技術(shù)指標(biāo)如下：1．差分電壓輸入范圍：150mV；2．溫度系數(shù)：＜60ppm/℃；3．功率消耗：＜10mW；4．電能計量精度：在300∶1動態(tài)范圍以上每秒讀取0.1％；5．電壓測量精度：讀數(shù)的0.1％；6．電流測量精度：讀數(shù)的0.1％；7．瞬時功率測量精度：讀數(shù)的0.1％。3.2.2ADE7755的工作原理ADE7755把從通道1(電流通道)和通道2(電壓通道)中進(jìn)來的模擬信號，各自送到一個16位的過采樣速率達(dá)900kHz的Σ-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號經(jīng)過處理后直接相乘得到瞬時功率信號[12]。有功功率分量的獲取瞬時功率是由瞬時有功功率和瞬時無功功率組成，為了得到有功功率分量(即直流分量)，要對瞬時功率信號進(jìn)行低通濾波處理，如圖3-3所示。所有的信號處理都是由數(shù)字電路完成的，具有優(yōu)良的溫度和時間穩(wěn)定性。ADE7755的低頻輸出是通過對上述有功功率信息的累計產(chǎn)生，即在兩個輸出脈沖之間經(jīng)過長時間的累加，因此輸出頻率正比于平均有功功率。當(dāng)這個平均有功功率信息進(jìn)一步被累加（例如通過計度器累加），就能獲得電能計量信息。CF輸出的頻率較高，累加時間較短，因此CF的輸出頻率正比于瞬時有功功率，這對于在穩(wěn)定條件下進(jìn)行系統(tǒng)校驗是非常有用的。圖3-3信號處理框圖Fig.3-3Signalprocessingdiagram對于電壓和電流信號不同相的情況，同樣也可以采用低通濾波的方法，從瞬時功率信號獲取有功功率。圖3-4示出了相移功率因數(shù)(PF)等于1和0.5兩種情況下的轉(zhuǎn)換原理。假設(shè)電壓和電流波形都是正弦的，那么瞬時功率信號中的有功功率分量（即直流分量）為式2-3。(3-3)a)PF=1b)PF=0.5圖3-4用瞬時功率信號的直流分量表示有功功率信息Fig.3-4ActivepowerofinformationfiguredwithinstantaneouspowersignalsintheDCcomponentADE7755不但能正確計算正弦電壓和正弦電流的有功功率，而且還能計算非正弦電壓和非正弦電流的有功功率。在實際應(yīng)用中，所有電壓和電流波形都會含有一定的諧波成分。數(shù)學(xué)上已經(jīng)證明：當(dāng)電壓和電流波形是非正弦時，可以通過傅立葉分解表達(dá)成它們諧波分量之和：(3-4)(3-5)式(2-4)中，v(t)是瞬時電壓，v0是電壓平均值，vh是h次電壓諧波的有效值，αh是h次電壓諧波的相位角。式(2-5)中，i(t)是瞬時電流，i0是電流平均值，ih是h次電流諧波的有效值，βh是h次電流諧波的相位角。根據(jù)理論分析，有功功率可以用電壓和電流的基波有功功率Pl和諧波有功功率Ph之和表達(dá)。(3-6)(3-7)(3-8)其中f是電壓和電流的相位差。由式(3-7)和(3-8)可以看出，電壓和電流的各次諧波都產(chǎn)生諧波有功功率，因為ADE7755對純正弦波的功率因數(shù)和有功功率的計算是精確的，而諧波是由一系列純正弦波組成，所以，ADE7755對諧波功率因數(shù)和諧波有功功率的計算也是精確的。利用上述測量原理設(shè)計的ADE7755，從測量的機理上已經(jīng)充分考慮了電網(wǎng)諧波的存在和影響因素。因此，利用它制作的系統(tǒng)的測量精度和抗干擾能力將大大提高。通道V1（電流通道）線路電流傳感器的輸出電壓接到ADE7755的通道V1，該通道采用完全差動輸入，V1P為正輸入端，V1N為負(fù)輸入端。通道1的最大差動峰值電壓應(yīng)小于470mV(純正弦電壓有效值330mV)。通道1有一個PGA，其增益可由用戶選擇為1，2，8或16（見表3-1），這使傳感器接口的設(shè)計大為簡單。表3-1通道1的增益選擇Table3-1Gainselectionofchannel1G1G0增益最大差動信號001±470mV012±235mV108±60mV1116±30mV通道V2（電壓通道）線路電壓傳感器的輸出接到ADE7755的通道V2，該通道的最大差動峰值電壓為±660mV，圖3-5表示允許連接到ADE7755通道2的最大信號電平。圖3-5通道2的最大信號電平Fig.3-5Thebiggestsignalofchannel2加在通道2上的差動電壓信號必須以一個共模端作為參考點（通常是AGND），最大共模電壓為100mV。當(dāng)共模電壓為0V時能獲得最好的測量結(jié)果。電源監(jiān)控電路ADE7755片內(nèi)的電源監(jiān)控電路能連續(xù)對模擬電壓（AVDD）進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)電源電壓低于4V±5%時，ADE7755將被復(fù)位。這對于確保上電和掉電時芯片的正確啟動和正常工作是有用的。電源監(jiān)控電路被安排在延時和濾波環(huán)節(jié)中，這在最大程度上防止了由電源噪聲引發(fā)的錯誤。高通濾波電路=(3-9)因此在通道1中設(shè)置高通濾波器（HPF），至少一個通道的失調(diào)被消除后，相乘就不會產(chǎn)生直流誤差分量。對于含有cos(ωt)的誤差項通過LPF和數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器消除。數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換相乘后低通濾波器的數(shù)字輸出包含有功功率信息。由于這個LPF不是理想濾波器，因此輸出信號仍含有經(jīng)衰減的線路基波和諧波頻率成分，即cos(hωt)，其中h=1,2,3,……該濾波器的幅頻響應(yīng)特性為式3-10。(3-10)在線路頻率為50Hz的情況下，對2ω(100Hz)成分的衰減大約為-22dB，這是兩倍于線路頻率的主諧波，即cos(2ωt)，這是由瞬時有功功率引起的。這個信號通過數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器，隨時間被積分（累加），進(jìn)而產(chǎn)生輸出頻率。這種累加起到平均作用，將抑制了瞬時有功功率信號中的非直流成分，正弦信號的平均值等于零。因此，ADE7755產(chǎn)生的頻率與平均有功功率成正比。在穩(wěn)定負(fù)載（即恒定電壓和電流）條件下的數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換如圖3-6所示。從圖3-6可見，即使在穩(wěn)定負(fù)載條件下CF輸出頻率仍隨時間變化，這種頻率的變化主要是由瞬時有功功率信號中的cos(2ωt)成分引起的。CF輸出頻率能高達(dá)F1和F2輸出頻率的2048倍。CF能以較高的頻率輸出，是因為在對瞬時有功功率進(jìn)行累加完成頻率轉(zhuǎn)換的過程中，采用了較短的累加時間。較短的累加時間意味著減弱了對cos(2ωt)的平均作用，于是部分瞬時功率信號成分通過了數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器，但這在實際應(yīng)用中不成為問題。當(dāng)CF用于校驗時，CF輸出頻率還應(yīng)該用頻率計度器進(jìn)一步平均，以消除紋波。如果CF用于帶微處理器的電能計量場合，CF也應(yīng)該進(jìn)行平均后再計算功率。F1和F2以很低的頻率輸出，對瞬時有功功率已有足夠的平均作用，因此大大衰減了正弦成分，獲得幾乎無紋波的輸出。圖3-6有功功率到頻率的轉(zhuǎn)換Fig.3-6ConvertersionfromactivepowertothefrequencyADE7755引腳排列及功能ADE7755有24腳雙列直插(DIP)和表面貼裝(SSOP)兩種封裝形式，其引腳排列見圖3-7，引腳功能見表3-2。圖3-7ADE7755管腳圖Fig.3-7PinsofADE7755表3-2引腳功能說明Table3-2PinHelp引腳號符號說明1DVDD數(shù)字電源引腳。該引腳提供AD7755數(shù)字電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng)保持在5V±5%，該引腳應(yīng)使用10μF電容并聯(lián)100nF瓷介電容進(jìn)行去耦。2高通濾波器HPF選擇引腳。當(dāng)該引腳輸入高電平時，通道1(電流通道)內(nèi)的HPF被選通，該濾波器所涉及的相應(yīng)響應(yīng)在45Hz至1KHz范圍內(nèi)在片內(nèi)已得到補償。在電能計量的應(yīng)用中，應(yīng)使HPF選通。3AVDD模擬電源引腳。該引腳提供AD7755模擬電路的電源。正常工作電源電壓應(yīng)保持在5V±5%，為使電源的紋波和噪聲減少到最低程度，該引腳應(yīng)使用10μF電容并聯(lián)100nF瓷介電容進(jìn)行去耦。4,19NC不連接。5,6V1P,V1N通道1（電流通道）的正、負(fù)模擬輸入引腳。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為±470mV。通道1有一個PGA，其增益選擇見表1。這兩個引腳相對于AGND的最大信號電平為±1V。兩個引腳內(nèi)部都有ESD保護(hù)電路，這兩個引腳能承受±6V的過電壓，而不造成永久性損壞。7,8V2N,V2P通道2（電壓）的負(fù)、正模擬輸入引腳。完全差動輸入方式，正常工作最大輸入電壓為±660mV,相對于AGND的最大信號電平為±1V.兩個引腳內(nèi)部都有ESD保護(hù)電路，這兩個引腳能承受±6V的過電壓，而不造成永久性損壞。9復(fù)位引腳。當(dāng)為低電平時，ADC和數(shù)字電路保持復(fù)位狀態(tài)，在的下降沿，清除AD7755內(nèi)部寄存器。10REFIN/OUT基準(zhǔn)電壓的輸入、輸出引腳。片內(nèi)基準(zhǔn)電壓標(biāo)稱值為2.5V±8%,典型溫度系數(shù)為30ppm/℃.外部基準(zhǔn)源可以直接連接到該引腳上。無論用內(nèi)部還是外部基準(zhǔn)源，該引腳都應(yīng)使用10μF鉭電容和100nF瓷介電容對AGND進(jìn)行去耦。11AGND這是AD7755模擬電路（即ADC和基準(zhǔn)源）的接地參考點，該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的模擬接地面。模擬接地面是所有模擬電路的接地參考點，如抗混疊濾波器、電流和電壓傳感器等。為了有效地抑制噪聲，模擬接地面與數(shù)字接地面只應(yīng)有一點連接。星形接地方法有助于使數(shù)字電流噪聲遠(yuǎn)離模擬電路。12SCF校驗頻率選擇。該引腳的邏輯輸入電平確定CF引腳的輸出頻率，如何選擇校驗頻率見表Ⅳ。13,14S1,S0這兩個引腳的邏輯輸入用來選擇數(shù)字/頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)，這為電度表的設(shè)計提供了很大靈活性，詳見為電度表應(yīng)用選擇頻率部分。15,16G1,G0這兩個引腳的邏輯輸入用來選擇通道1的增益?？赡艿脑鲆媸?，2，8和16，詳見模擬輸入部分。17CLKIN外部時鐘可從該引腳接入，也可把一個石英晶體接在CLKIN和CLKOUT之間，為AD7755提供時鐘源，規(guī)定時鐘頻率為3.579545MHz。作為石英晶體負(fù)載的33pF瓷介電容應(yīng)和振蕩器門電路連接。18CLKOUT如上所述，可把一個石英晶體接在CLKIN和CLKOUT之間，為AD7755提供時鐘源。當(dāng)CLKIN上接有外時鐘時CLKOUT引腳能驅(qū)動一個CMOS負(fù)載。20REVP當(dāng)檢測到負(fù)功率時，即電壓和電流信號的相位差大于90o時，該引腳輸出邏輯高電平。該輸出沒有被鎖存，當(dāng)再次檢測到正功率時，該引腳的輸出復(fù)位。該輸出的邏輯狀態(tài)隨CF輸出脈沖同時變化。21DGND這是AD7755數(shù)字電路（即乘法器、濾波器和數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器）的接地參考點。該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的數(shù)字接地面（此處原文有誤—譯者注），數(shù)字接地面是所有數(shù)字電路（如機械或數(shù)字計度器、微控制器和LED顯示器）的接地參考點。為了有效地抑制噪聲，模擬接地面與數(shù)字接地面只應(yīng)有一點連接，如星形接地。22CF頻率校驗輸出引腳。其輸出頻率反映瞬時有功功率的大小，常用于儀表檢驗。23,24F2,F1低頻率邏輯輸出引腳，其輸出頻率反映平均有功功率的大小。這兩個邏輯輸出可以直接驅(qū)動機電式計度器或兩相步進(jìn)電機。3.2.4ADE7755工作特性設(shè)定ADE7755的工作特性(如輸入輸出特性)除了和主時鐘頻率有關(guān)外，還和一些引腳的電平有關(guān)，如輸入通道1和數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器都可有相應(yīng)的引腳來設(shè)定其工作參數(shù)。主時鐘頻率范圍為1-4MHz，典型值為3.57945MHz，現(xiàn)以該值為工作頻率來設(shè)定有關(guān)工作參數(shù)。模擬輸入通道電流通道(通道1)：電流傳感器的輸出電壓接到這個通道。電流通道是全差分電壓輸入，輸入端的差分電壓必須以一個共模電壓為基準(zhǔn)(常取AGND)，最大共模信號為±100mV，該通道有可編程增益放大器(PGA)，其V1P和V1N上最大差分電壓與所選增益有關(guān)，可通過G1，GO來選擇增益，如表3-1所示。電壓通道(通道2)：電壓傳感器的輸出接到這個模擬輸入端。電壓通道是全差分電壓輸入，輸入端的差分電壓必須以一個共模電壓為基準(zhǔn)，常用AGND，最大共模信號為±100mV，最大差分電壓為±660mV。數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器電壓和電流相乘以后經(jīng)低通濾波的數(shù)字輸出包括實際功率信息，但由于低通濾波器不可能是一個理想的濾波器，輸出信號中還包含了線路頻率和諧波的衰減成分。低頻輸出端F1、F2和高頻輸出端CF都是對這個信號的積分累加，區(qū)別在于一個時間較長，一個時間較短，所以一個反映平均功率，一個反映即時功率。數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器輸出的最大頻率可由相應(yīng)的頻率因子F1-4來確定，F(xiàn)1-4可由相應(yīng)的引腳電平來選擇，表3-3為選擇列表。F1-4確定后，F(xiàn)1、F2端輸出頻率是輸入電壓信號的函數(shù)，輸出頻率由式3-11給出。F=8.06V1V2GF1-4/V2REF(3-11)式中：F—引腳F1，F(xiàn)2輸出的脈沖頻率（Hz）；V1—通道1差動輸入電壓有效值（V）；V2—通道2差動輸入電壓有效值（V）；G—1、2、8、16，取決于PGA的增益，由G0和G1的邏輯輸入確定；VREF—基準(zhǔn)電壓（2.5V±8%）(V)；F1-4—由主時鐘CLKIN分頻獲得，分頻系數(shù)由S0和S1確定。用戶負(fù)載上的電壓被分壓的V2和流過負(fù)載的電流在與負(fù)載相串聯(lián)的分流器上產(chǎn)生的電壓V1加在AD7755輸入端，在其輸出端產(chǎn)生的輸出頻率與加在AD7755輸入端的兩個輸入電壓信號V1和V2的有效值的乘積成正比。根據(jù)頻率計算公式3-11，取表3-3列出的F1-4值，可得出滿量程直流輸入和交流輸入時的最大輸出頻率，如表3-4所示，交流輸入的最高輸出頻率總是直流輸入的一半。表3-3F1-4的頻率選擇（CLKIN=3.579MHz）Table3-3FrequencyselectionofF1-4（CLKIN=3.579MHz）S1S0F1-4（Hz）分頻系數(shù)001.7221013.4220106.82191113.6218表3-4FTable3-4ThemaximumoutputfrequencyofF1andF2S1S0最高輸出頻率(Hz)直流輸入交流輸入000.680.34011.360.68102.721.36115.442.72脈沖輸出的CF端主要用于儀表校驗。CF端輸出的脈沖頻率可高達(dá)F1和F2的輸出脈沖頻率的2048倍。F1-4頻率選得頻率越低，CF的倍率越高（高頻方式SCF=0,S1=S0=1情況除外）。表3-5給出了兩者之間的關(guān)系，它們?nèi)Q于邏輯輸入S0，S1和SCF的狀態(tài)。因為CF的輸出頻率比較高，因此它與瞬時有功功率成正比。表3-5CF的最高輸出頻率（交流信號）Table3-5ThemaximumoutputfrequencyofCFSCFS1S0F1-4(Hz)CF的最高輸出頻率(Hz)1001.7128F1,F2=43.520001.764F1,F2=21.761013.464F1,F2=43.520013.432F1,F2=21.761106.832F1,F2=43.520106.816F1,F2=21.7611113.616F1,F2=43.5201113.62048F1,F2=55703.3基于ADE7755電能計量模塊的設(shè)計3.3.1分流器的設(shè)計為了使通道v1(電流通道)的動態(tài)范圍最大，分流器選為350μΩ，在為電表選擇分流器時，有幾點要重要考慮。1．要使分流器功耗最低。由于本設(shè)計方案的最大額定電流為40A，所以分流器的最大功耗為(40A)2X350μΩ=560mW。而國標(biāo)G317215/T-1998要求最大功耗為2W。2．如果功耗高會給芯片散熱帶來困難。雖然分流器采用的材料為錳銅合金(溫度系數(shù)低)制成，但在高溫、重載的情況下會使精度超差，所以不能選用太大的阻值。3．應(yīng)考慮電表對相電壓短路造成損害具有的防護(hù)力。如果分流器的阻值非常大，則外部短路對分流器的影響也非常小。因此分流器應(yīng)該盡量小，但這樣必然抵消通道v1的信號范圍。如果分流器做得太小，在輕負(fù)載的情況下又不能符合國標(biāo)精度要求。因此權(quán)衡利弊將分流器的阻值選為350μΩ更為合適?？紤]到實際電網(wǎng)電壓存在波動和負(fù)載電流可能超載，設(shè)計電能表時，兩個模擬通道的輸入電壓一般都留有足夠的超量程余地。比如，取允許的最大值的一半。3.3.2單用戶計量單元的電壓通道參數(shù)設(shè)計相電壓=220V（參比電壓值）；最大電流Imax=40A，基本電流Ib=5A；動態(tài)范圍為400(規(guī)定準(zhǔn)確度的電流范圍為2%Ib-Imax即100mA-40A)；儀表常數(shù)=3200imp/kWh；脈沖采集（計度器）=100imp/kWh；分流器的阻值=350μΩ；計度器的電表常數(shù)C為100imp/kWh，即ADE7755發(fā)100個脈沖，計度器記錄1kWh電；在Ib=5A時線路的功耗為P=220V5A=1.1kW；乘以電表常數(shù)得Ib情況下的輸出頻率：fF1=PC=1.1100/3600=0.0305555Hz；在Ib條件下分流器兩端電壓（V）=5A350μΩ=1.75mV；從最大電流Imax=40A和留有余量查AD7755數(shù)據(jù)表，選擇F1-4=3.4Hz；按照公式（2-11）：0.0305555Hz=(8.061.75mVV2163.4Hz)/計算出：V2=248.9mVrms因此只要將該表線電壓衰減到248.9mV，就可以保證其精度。3.3.3單用戶計量單元調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)計通過相電壓的衰減到248.9mV的方法可以實現(xiàn)對單用戶計量單元的準(zhǔn)確度的簡單調(diào)整。在本設(shè)計中采用了圖3-8的調(diào)整衰減網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對單用戶計量單元的準(zhǔn)確度的調(diào)整。調(diào)整衰減網(wǎng)絡(luò)是由簡單的電阻分壓器構(gòu)成的。為準(zhǔn)許分流器的容差和片內(nèi)基準(zhǔn)源±8%的誤差，該衰減網(wǎng)絡(luò)應(yīng)允許至少有±30%的調(diào)整范圍。電阻串并組合修調(diào)方便、快捷、成本又低，比可調(diào)電阻器修調(diào)穩(wěn)定性好，可靠性高。R1R1······R2R9R10R11圖3-8調(diào)整衰減網(wǎng)絡(luò)Fig.3-8Adjustmentofattenuationnetwork單用戶電能計量單元的電路原理如圖3-9所示。圖3-9AD7755芯片設(shè)計的單用戶計量單元原理線路圖Fig.3-9PrincipleroutemapforunitmeasurementofSingle-userwithAD77553.3.4抗電磁干擾設(shè)計按企標(biāo)的要求儀表應(yīng)能防止傳導(dǎo)、輻射和靜電三種形式的電磁干擾不損壞或?qū)嵸|(zhì)性影響儀表。所有的預(yù)防措施和設(shè)計方法如：鐵氧體、電容器、脈沖群抵御器及大體積的表面貼裝（SMD）電阻器、印制板（PCB）的布局和接地問題，對每種形式的電磁干擾都有一定防護(hù)作用。但有些措施（如鐵氧體）僅對某種電磁干擾（如射頻和EFT）起主要作用。1．靜電放電（ESD）防護(hù)設(shè)計電子元器件對劇烈的靜電放電（ESD）是沒有保護(hù)能力的。而ESD的作用是累計的，即電子元器件對多次的ESD的作用是難以保證經(jīng)受得住的。為了不必接入過多的外部保護(hù)器件，盡量讓電路中已經(jīng)接入的元器件起到雙重作用。如：在AD7755與分流器的連接點插入鐵氧體和由RC構(gòu)成的抗混疊濾波器（其中R選用1/2WSMD2010電阻器）；在單用戶計量單元的電源產(chǎn)生的放電被鐵氧體和電源濾波電容器（C16）和整流二極管（D2D3）吸收；PCB板的元件面制作火花隙（sparkgap）來捕獲ESD作用；采用大功率瞬變二極管和金屬氧化物壓敏電阻器。2．高頻電磁場（RF）防護(hù)設(shè)計集成電路（IC）對射頻（RF）的敏感度比較明顯范圍在20~200MHz內(nèi)。但由于PCB的諧振作用，對某些頻率比較敏感。并因此而對敏感元器件產(chǎn)生干擾。大量的RF信號都是經(jīng)過電纜進(jìn)入單用戶計量單元的，所以讀連接點必須采取防護(hù)設(shè)計的措施。減小電路帶寬：為減少RF進(jìn)入單用戶計量單元，在AD7755與分流器的連接點插入鐵氧體和由RC構(gòu)成的低通濾波器（即抗混疊濾波器）；隔離敏感元件：為提供電源和電壓通道（V2），單用戶計量單元要接到相線和中性線。鐵氧體和電源濾波電容（C16）應(yīng)對電源的輻射有明顯的衰減作用。而單用戶計量單元的信號地是RF影響的可能途徑。為此，隔離AD7755周圍的信號地與外部接地參考點是一個方法。3．快速瞬變脈沖群（EFT）防護(hù)設(shè)計應(yīng)當(dāng)指出快速瞬變脈沖群（EFT）防護(hù)是非常困難的。因為，它們是經(jīng)過電源導(dǎo)線以共模或串模進(jìn)入單用戶計量單元的，造成干擾的主要因素可能不是其幅（4kV），而是其快速上升時間決定的高頻成份。上面章節(jié)的措施對防護(hù)快速瞬變脈沖群（EFT）的影響不是很有效的。解決的途徑是將數(shù)字地與模擬地分割開，在電源入口點切入鐵氧體和對參考點加金屬氧化物壓敏電阻器。3.4本章小結(jié)本章設(shè)計電能采集計量單元，介紹ADE7755的主要特性和工作原理，詳細(xì)闡述了其輸入電壓、電流回路、功率輸出電路的設(shè)計，并重點討論分流器的設(shè)計原則、濾波電路、精度調(diào)整電路等影響計量精度的關(guān)鍵技術(shù)問題。哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-PAGE34--PAGE53-第4章智能處理單元設(shè)計智能處理單元以單片機為核心，配合各種擴展電路(如RAM，IO，鍵盤、顯示、地址譯碼和通信接口等)來實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)處理任務(wù)。每個用戶的電能測量由各自獨立的電壓、電流取樣網(wǎng)絡(luò)和電能計量專用芯片來完成，輸出與瞬時有功功率成正比的電能脈沖用于計量和校表。數(shù)據(jù)處理由PIC16C65B單片機和其擴展電路來完成，它將所有24戶的電能計量脈沖通過循環(huán)查詢的方式來檢測，同時還實現(xiàn)計數(shù)、分時累加、儲存、對外傳輸和監(jiān)控用戶用電等處理任務(wù)，并可通過低壓電力線載波通信接口組成遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)。4.1PIC系列單片機簡介本電能表的控制和運算處理芯片采用PIC16C65B單片機，其主要功能是接收用電量信息，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后存儲、顯示和對外輸出處理結(jié)果。由于本系統(tǒng)的輸入輸出接口數(shù)量較多，需配備擴展電路才能滿足系統(tǒng)對各種資源的要求。由美國Microchip公司推出的PIC系列8位微控制器是首先采用RISC（精簡指令集）結(jié)構(gòu)的高性能嵌入式微控制器。它具有高速度、低工作電壓、低功耗、強大驅(qū)動能力、低價格和OTP技術(shù)等都體現(xiàn)了單片機工業(yè)的新趨勢[1]?，F(xiàn)在PIC系列單片機在世界單片機市場的份額排名中已逐年升位，尤其在8位單片機市場，已從1990年的第20位上升到目前的第二位[13]。PIC單片機從覆蓋市場出發(fā)，已有三種(又稱三層次)系列多種型號的產(chǎn)品問世，所以PIC系列單片機在從計算機外設(shè)、家電控制、電訊通信、智能儀器到汽車電子、金融電子等各個領(lǐng)域均獲得了非常廣泛的應(yīng)用，是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。PIC系列微控制器硬件結(jié)構(gòu)特點1．類-精簡指令集計算機結(jié)構(gòu)Microchip公司具有先進(jìn)的類-RISC（ReducedInstructionSetComputer-like）結(jié)構(gòu)的PIC系列微控制器的簡潔性，采用小型機設(shè)計結(jié)構(gòu)。先進(jìn)的類-RISC結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在每一條高效率和功能強大的指令上。三個系列微控制器的指令都是單字的寬字位指令：低檔、中檔和高檔系列的指令位數(shù)分別為12位、14位和16位，且分別只有33、35和58條指令，其指令系統(tǒng)除了程序分支指令是單字節(jié)雙周期指令外，其他指令都是單周期、單字節(jié)指令，在這些指令中，沒有功能相交叉的指令，使所有的指令具有簡潔性；而一般CISC(ComplexInstructionSetComputer)結(jié)構(gòu)的微控制器通常有50到110條多字節(jié)多周期的指令。單字節(jié)單周期指令提高了軟件編碼的效率和減少了所需要的程序存儲器單元，使系統(tǒng)具有最高處理效率和突出性能，變成任務(wù)和調(diào)試任務(wù)相對比較容易。在相同情況下，PIC微控制器所需要的編碼比一般微控制器要少一半，其指令的高效率又使編碼開發(fā)時間節(jié)約30%。2．哈佛雙總線結(jié)構(gòu)其存儲結(jié)構(gòu)是基于哈佛（Harvard）雙總線概念，數(shù)據(jù)和指令傳輸總線完全分開以避免出現(xiàn)典型普通CISC設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的處理瓶頸問題[14]。傳統(tǒng)的馮?諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機是在同一個存儲空間取指令和數(shù)據(jù)，兩者不能同時進(jìn)行，故限制了工作帶寬。而在哈佛結(jié)構(gòu)的計算機中，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的。由于可以對程序和數(shù)據(jù)同時進(jìn)行訪問，所以提高了數(shù)據(jù)吞吐能力。正因為PIC系列微控制器采用了哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，所以它的程序總線和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度，數(shù)據(jù)總線都是8位，但低檔、中檔和高檔系列的指令總線分別為12位、14位和16位。這樣，取指令時就經(jīng)過指令總線，取數(shù)據(jù)時就經(jīng)過數(shù)據(jù)總線，互不沖突。而且兩種動作可以同時執(zhí)行，大大節(jié)省了時間。3．兩級指令流水線結(jié)構(gòu)PIC系列微控制器中取指和執(zhí)行采用兩級指令流水線結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谝粭l指令被取出后，隨即就進(jìn)入了指令執(zhí)行階段，這時可能需要從某寄存器取數(shù)據(jù)而送至另一寄存器，或從一個端口向寄存器傳送數(shù)據(jù)等，由于數(shù)據(jù)不會流經(jīng)程序總線，而只是在數(shù)據(jù)總線中來回流動。因此，在這段時間內(nèi)，程序總線處于空閑狀態(tài)，可以同時取出第二條指令。當(dāng)?shù)谝粭l指令執(zhí)行完畢，就可立即執(zhí)行第二條指令，節(jié)省了取指令的時間，同時取出第3條指令，如此等等。這樣，除了第一條指令的取出之外，其余各條指令的執(zhí)行和下一條指令的取出是同時進(jìn)行的。這樣在每個時鐘周期內(nèi)可以獲得最高效率。在大多數(shù)微控制器中，取指令和指令執(zhí)行都是順序依次進(jìn)行的，但在PIC系列單片機的指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指令和執(zhí)行指令在時間上是相互重疊的，所以PIC系列單片機可實現(xiàn)單周期指令。只有涉及到改變程序計數(shù)器PC值的程序分支指令，例如GOTO、CALL或?qū)C寫操作等，才需要兩個周期。4．寄存器組PIC系列微控制器所有的寄存器，包括I/O口、定時器和程序計數(shù)器等都采用RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個周期就可以完成訪問和操作。而大多數(shù)其他微控制器都需要二個或兩個以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。5．一次性編程OTP技術(shù)PIC系列微控制器市場份額不斷增高的一個因素就是其推出低價位的一次性編程OTP(OneTimeProgram)芯片。低價格的OTP芯片在價格方面已經(jīng)接近于掩膜POM芯片的價格，但是它具有的適于小批量試制和生產(chǎn)的靈活性是掩膜POM所不具有的。這種OTP芯片給用戶帶來的好處歸納有如下幾點：①快速進(jìn)入市場；②便于修改編碼；③對最終用戶可以提供最佳的解決方案；④減少生產(chǎn)廠家的剩余積壓；⑤減少生產(chǎn)廠家的庫存周轉(zhuǎn)量。6．保密性好PIC系列單片機還具有徹底的保密性。PIC系列單片機以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC單片機采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。4.1.2PIC16C65單片機性能特點PIC16C65是高性能RISC結(jié)構(gòu)的CPU內(nèi)含4K14位的程序存儲器和192字節(jié)的RAM。它具有精簡指令集，僅35條單字節(jié)指令，易學(xué)易用；除GOTO、CALL為雙周期指令，其余均為單周期指令；執(zhí)行速度DC～200ns；多種硬件中斷和八級硬件堆棧；直接、間接、相對尋址方式；它有33個雙向可獨立編程設(shè)置的I/O口，每個I/O口引腳的拉電流(最大)為20mA；灌電流(最大)為25mA，可直接驅(qū)動數(shù)碼管LED；8位定時器/計數(shù)器TMR0、帶8位預(yù)分頻；8位定時器/計數(shù)器TMR2、帶8位的周期寄存器及預(yù)分頻和后分頻器；16位定時器/計數(shù)器TMR1，睡眠中仍可計數(shù)；并行口操作和同步串行口I2C/SPI總線操作等[15]。微控制和CMOS工藝特性：內(nèi)置上電復(fù)位電路(POR)；上電定時器和振蕩定時器以保證工作電壓穩(wěn)定和振蕩穩(wěn)定；斷電復(fù)位鎖定功能以保證電源電壓變化恢復(fù)正常后，芯片恢復(fù)運行工作；內(nèi)置自振式RC振蕩看門狗；程序保密位，可防止程序代碼的非法拷貝；四種可選振蕩方式(RC、XT、HS、LP)；低功耗<2mA/5V，小于1μA的Sleep模式(4MHz時)；全靜態(tài)設(shè)計；寬工作電壓2V～6V；寬工作溫度范圍等。由于PIC16C65在一個芯片內(nèi)集成了眾多的功能模塊并具備優(yōu)秀微處理器特性和CMOS工藝特性，因此它可以減少外部器件，對于像電能表這樣常年通電運行，對可靠性要求極高的產(chǎn)品，本芯片是一個較好的選擇。4.1.3PIC16C65引腳功能PIC16C65單片機有四種不同的封裝形式：PDIP封裝、PLCC封裝、SOIC封裝和MQFP封裝[16]。不同的封裝形式對應(yīng)引腳的功能也不一樣，PDIP封裝的PIC16C65有40個引腳，它的引腳及其功能如表4-1所示：表4-1PIC16C65引腳及其功能Table4-1PinandfunctionofPIC16C65引腳名引腳號緩沖器類型功能MCLR/VPP1ST芯片復(fù)位/編程電壓輸入，復(fù)位低電平有效RA0~RA32~5TTL這是一個可位控的雙向I/O口RA4/TOCK16ST可作TMRO外部時鐘輸入，輸出是開集電極電路RA5/SS7TTL可作為同步串行口的從芯片選擇輸入端RE0/RD8ST/TTL可作為并行從動端口的讀控制線RE1/WR9ST/TTL作并行從動端口的寫控制線RE2/CS10ST/TTL作并行從動端口的片選線VDD11,32電源正極Vss12,31接地OSC1/CLKIN13ST/C