【正文】 傳統(tǒng)人工抄表模式的不確定性和低效率，能電能計量數(shù)據(jù)自動采集、傳輸和處理。不斷推進電能管理的現(xiàn)代化發(fā)展進程。目前國內(nèi)外研究電能計量和串行通信的技術(shù)已經(jīng)相當成熟[2]。多功能電表是智能電網(wǎng)(尤其是智能配電網(wǎng)絡(luò))的重要數(shù)據(jù)采集設(shè)備之一，它是基于電子式技術(shù)研發(fā)出的新型電表，不僅具有傳統(tǒng)電表的基本功能，還有很多額外的實用功能。例如：電能測量、電能統(tǒng)計、電能監(jiān)測、信息上傳下載及數(shù)據(jù)管理等功能。多功能智能電表是智能電網(wǎng)的智能終端，在智能用電信息采集系統(tǒng)(包括系統(tǒng)主站、采集設(shè)備、通信信道及智能電表三部分)中，它是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的重要基礎(chǔ)設(shè)備[3]。多功能電能表集計算機技術(shù)，通訊技術(shù)等綜合技術(shù)形成以智能芯片為核心，具有電功率計量計時，計費，能與上位機通信和用電管理等多種實用功能的電度表。多功能電能表的現(xiàn)代化和智能化技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外學者研究的重點[4]。本此設(shè)計選用低功耗高性能的單相多功能計量SOC芯片ATT7037為核心。在對芯片處理器，片內(nèi)外設(shè)，電能計量和電路保護各個方面做了分析，完成硬件電路設(shè)計，實現(xiàn)了各個電參量的檢測。 基本功能 多功能電參量表的主要功能如下：：包括：電壓有效值、相電流有效值、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)。：可顯示年、時、分、秒；：支持 RS485 通信。4. 按鍵顯示功能：通過按鍵切換顯示電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)以及當前日期和時間等參數(shù)。：當電能表出現(xiàn)故障時，能進行相應(yīng)的報警[5]。 1. 通過對我國電網(wǎng)和多功能電參量表的發(fā)展以及現(xiàn)狀的研究，并根據(jù)規(guī)定的多功能標的基本功能和技術(shù)參數(shù)，確立本課題的設(shè)計。 ，設(shè)計的好壞直接影響電表的可靠性和使用的方便及其功能的實現(xiàn)。硬件電路設(shè)計是本次設(shè)計的的主要任務(wù)，其組成主要包括：ATT7037最小系統(tǒng)、電源模塊、交流電量采集模塊、RS232串行通信、LCD顯示電路、按鍵電路、報警電路等。這些模塊的主要實現(xiàn)的功能如下：（1） ATT7037最小系統(tǒng)是整個設(shè)計方案的核心，主要完成電能的計量；（2） 電源模塊為單片機提供+；（3） 交流電量采集模塊采集三路交流信號供單片機使用；（4） RS232串行通信實現(xiàn)pc機與單片機的通信；（5） LCD顯示電路用來顯示各個電參量、日期以及時間；（6）按鍵電路通過切換按鍵來幫助實現(xiàn)顯示；（7) 報警電路在電路出現(xiàn)故障時能自動報警； ，由本組其他同學完成，其結(jié)構(gòu)組成包括：電源與時鐘模塊、電能計量模塊（EMU）、控制單元（MCU）、中斷系統(tǒng)、定時器模塊、串行通信模塊、WTD、RTC等。 ，完成單片機和pc機的通信，對系統(tǒng)進行調(diào)試，對各個參數(shù)進行測試，并做精度測試。 第2章 基本理論基礎(chǔ)在課題研究內(nèi)容確定之后，需要結(jié)合一些理論知識進行分析，本課題所涉及的理論基礎(chǔ)知識主要有單片機的基礎(chǔ)理論、ATT7037芯片的基礎(chǔ)知識、原理圖設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識，以及一些基礎(chǔ)的電路知識。 單片機也叫單片微型計算機，它將中央處理器（cpu）、隨機存儲器、只讀存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路等微型計算機的主要部件集成在一塊芯片上，使其具有計算機的基本功能。單片機的發(fā)展分為四個階段：，4位單片機主要應(yīng)用于家用電器、電子玩具等領(lǐng)域；，其中高檔8位單片機的尋址能力達到64KB，片內(nèi)ROM容量達到4~8KB，片內(nèi)除帶有并行I/O口，甚至有些還有A/D轉(zhuǎn)換器功能。8位單片機由于功能強大，被廣泛用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等領(lǐng)域；，16位單片機的功能被推向一個新的階段，集成度可達十幾萬只晶體管，片內(nèi)含16位cpu、8KB ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并行I/O口、4個全雙工串行口、4個16位定時器/計數(shù)器、8級中斷處理系統(tǒng)。16位單片機可用于高速復(fù)雜的控制系統(tǒng)；：近年來，各計算機生產(chǎn)廠家已經(jīng)進入更高性能的32位單片機研制、生產(chǎn)階段。但是由于控制領(lǐng)域?qū)?2位單片機需求并不十分迫切，所以32位單片機的應(yīng)用并不是很多。單片機的特點：；；；，運行速度快。，功耗少，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。，提高系統(tǒng)的效率和可靠性[6]； ATT7037芯片介紹ATT7037是一款單相多功能計量SOC（System on Chip）芯片，高性能，低功耗。片內(nèi)集成單相計量（3路ADC）、CPU51內(nèi)核處理器、LCD驅(qū)動、電源管理、時鐘管理、RTC模塊、溫度/電池電壓測量模塊、PLL、JTAG調(diào)試等功能。~，基于8位8051單片機設(shè)計的，具有8052兼容指令集和總線結(jié)構(gòu) 。單周期的CPU ，具有電源監(jiān)測功能，片內(nèi)集成PLL倍頻電路，低頻晶振電路時鐘 fosc=，系統(tǒng)時鐘最高頻率fpri =。片內(nèi)集成豐富的存儲器資源，包括：60K的FLASH程序存儲器，4K可配制的Flash數(shù)據(jù)存儲器；256字節(jié)帶有寫保護操作的Info FLASH存儲器；256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器；4K字節(jié)外部數(shù)據(jù)寄存器，其中前256字節(jié)在掉電時，可由后備源保持數(shù)據(jù)不丟失 。片內(nèi)集成可永不關(guān)斷的硬件看門狗電路、片內(nèi)集成溫度傳感器和電池電壓檢測電路 、片內(nèi)集成RTC（時鐘日歷）模塊和溫度傳感器，可輸出秒脈沖進行校驗，實現(xiàn)每秒時鐘補償 、片內(nèi)集成按鍵、串行通訊、LCD、PWM、紅外調(diào)制、SPI、I2C等外設(shè) 。電流和電壓采樣通道具有4級模擬/數(shù)字增益可調(diào)，支持分流器和互感器直接接入 、提供有功、無功、視在電能脈沖輸出[7]。 控制單元（MCU）ATT7037采用R8051XC 內(nèi)核，具有和8051 兼容的體系架構(gòu)。 R8051XC 有兩條總線：Memory 總線和SFR 總線。Memory 總線用于在片內(nèi)擴展程序和數(shù)據(jù)存儲器，如擴展片內(nèi)ROM、Flash、XRAM 等。SFR 總線用于和片內(nèi)的外設(shè)寄存器接口， 除了工作寄存器R0～R程序計數(shù)器（PC）和指令寄存器（IR）外，所有控制、配置和狀態(tài)寄存器都映射到SFR 空間，R8051XC 可通過直接尋址的方式訪問這些寄存器，控制系統(tǒng)工作[6]。 與51單片機一樣的ATT7037片內(nèi)存儲器分為三個地址空間，程序存儲器（PM）：尋址空間0000HFFFFH ；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（IRAM）：尋址空間00HFFH ；擴展數(shù)據(jù)存儲器（DM）：尋址空間0000HFFFFH ；但是ATT7037不支持片外擴展存儲器。ATT7037的指令系統(tǒng)、寄存器都與51單片機類似，其中寄存器包括累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW、棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、CKCON程序和數(shù)據(jù)存儲器的讀寫延遲控制寄。 中斷系統(tǒng)ATT7037支持13個中斷，其中7個通用中斷：外部引腳中斷INT0、INT1，定時器中斷T0、TT2和串行口中斷UART0、UART1。這幾個中斷均和8051內(nèi)核中斷一致。另外6個中斷為R8051XC的擴展中斷：計量中斷、按鍵中斷、RTC中斷、I2C中斷、PMU中斷、CC_ES2中斷。ATT7037可以設(shè)定4個優(yōu)先級中斷，不支持對單個中斷源的優(yōu)先級進行調(diào)整。與8051一樣，定時器0和定時器1都有4種工作模式，一般采用模式1：16位定時器/計數(shù)器。定時器2是一個16位的定時器/計數(shù)器，包含比較/捕獲單元，可完成比較/捕獲功能[7]。 電能計量單元EMU電能計量單元包括三路完全獨立的ΣΔADC以及數(shù)字信號處理部分：三路ADC完成兩路電流信號和一路電壓信號的采樣；數(shù)字信號處理部分完成有功功率與有功電能、無功功率與無功電能、視在功率與視在電能、電壓有效值、電流有效值及頻率計算等計量功能。通過SFR寄存器和中斷的方式，可以對數(shù)字信號處理部分進行校表參數(shù)配置和計量參數(shù)讀??；計量的結(jié)果還通過PF/QF/SF引腳輸出，也即校表脈沖輸出，可以直接接到標準表進行誤差對比。femu=，ADC的采樣時鐘fadc默認為femu的6分頻，fadc=917KHz，可以通過EMU內(nèi)部間接寄存器EMU_Ctrl(5BH)配置。電能計量模塊的功能多種多樣，主要包括： ；ATT7037AU有三路完全獨立的二階ΣΔ ADC，每路ADC 都有一個模擬增益放大器（PGA）， 的高穩(wěn)定度片內(nèi)基準電壓，每路ADC 可以獨立開關(guān)，通過寄存器EMU_Ctrl 進行設(shè)置。 模擬增益放大器（PGA）完成輸入差分信號的幅度放大，放大后的信號再送給ADC 進行采樣，、無功功率和視在功率；ATT7037AU同時輸出兩路計量通道的有功功率、無功功率，并提供兩路獨立的校驗參數(shù)，提供視在功率輸出寄存器。 ；ATT7037AU同時輸出兩路電流和一路電壓的有效值。 有效值可以保證在動態(tài)范圍為1000：1 時，％。 ；ATT7035AU/37AU 提供有功能量寄存器ENERGY_P(0DH)、無功能量寄存器ENERGY_Q(0EH)和視在能量寄存器ENERGY_S(0FH)，同時提供相應(yīng)的脈沖輸出引腳PF、QF 和SF。 脈沖輸出前的內(nèi)部電能累加方式可以通過EMCON(53H)的QMOD、PMOD 選擇正向計量、絕對值計量、代數(shù)和計量三種累加方式。 內(nèi)部功率值寄存器對功率進行累加，溢出后會發(fā)送一個溢出脈沖到快速脈沖寄存器PFCNT(55H)、QFCNT(56H)和SFCNT(57H)?？焖倜}沖計數(shù)寄存器對溢出的次數(shù)進行累加計數(shù)。當快速脈沖寄存器中的計數(shù)絕對值大于等于輸出脈沖頻率設(shè)置寄存器HFConst(4FH)的設(shè)置時，即發(fā)出一個CF 脈沖，同時相應(yīng)能量寄存器的值增加1。 ；可以通過防竊電模塊對兩路電流或者兩路功率大小進行比較，選用較大的一路電流或功率進行計量。TampSel（）選擇防竊電的方式。當TampSel=1，選擇功率防竊電；當TampSel=0，選擇電流防竊電。 FLTON（）設(shè)置是否開啟自動防竊電功能。FLTON=0 時選擇關(guān)閉自動防竊電功能，用戶可以根據(jù)當前有效電流通道狀態(tài)CHNSEL()進行通道選擇；FLTON=1 時開啟自動防竊電功能，防竊電單元根據(jù)竊電閾值的設(shè)置，自動選擇相應(yīng)的通道進行計量[8]。 時鐘管理系統(tǒng)時鐘管理模塊包含系統(tǒng)時鐘生成和系統(tǒng)時鐘控制兩部分。系統(tǒng)時