【正文】 8 戶。 精度： 。 脈沖數(shù) ：每 1000 個脈沖為 1 度電 。 循環(huán)顯示： 8 戶電能循環(huán)顯示，每隔 3S 顯示一戶。 掉電保護：掉電時不能丟失數(shù)據(jù)， 24C16 掉電保護電路的設(shè)計。 數(shù)據(jù)顯示：實現(xiàn)交流電表對單相交流電能的測量并顯示。 基于 AD7755 芯片實現(xiàn)電能脈沖的發(fā)生；應(yīng)用單片機 C8051F360 編制程序完成脈沖的讀取、計數(shù)、計算、存儲、送顯示等功能；應(yīng)用 74HC164 及八段譯碼顯示器完成數(shù)據(jù)的顯示；應(yīng)用 74HC165 及鍵盤控制對脈沖清零；應(yīng)用 E2PROM 24C16完成數(shù)據(jù)的定時寫入以防停電時數(shù)據(jù)丟失。 2 設(shè) 計內(nèi)容 設(shè)計系統(tǒng)方案 根據(jù)設(shè)計題目要求 ,以及原始資料的精度要求 ,電能轉(zhuǎn)化脈沖芯片有 AD7755可供選擇 ,因為它 是一種高準確度電能測量集成電路，穩(wěn)定性強 并且價格不貴 ；單片機芯片選擇 C8051F36x 器件，它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、 VDD 監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器，是真正獨立工作的片上系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)保護電路芯片 可選FM24C16 ，用先進的鐵電技術(shù)制造的 16K 位的非易失憶的記憶體；另外 要求為LED 顯示 ， 使用 74LS164 串入并出 8 位移位記存器進行存儲數(shù)據(jù) ； 因為各芯片需提供直流電源 ,我們要進行設(shè)計交直流變 化和降壓電路 ， 大體的設(shè)計選擇框架思路就是這些 。 電能變換電路采用 AD7755 芯片 ,工作時 AD7755 芯片將電流采樣信號和電壓采樣信號送入緩沖放大器，經(jīng)模擬乘法器相乘，再經(jīng) V/F 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換將電壓信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號， AD7755 芯片的快速脈沖輸出為 3200 脈沖 /KWh，與用戶使用電能相對應(yīng)。 輸出的快速脈沖信號 經(jīng)光電隔離 送給單片機，我們采用 C8051F36x 單片機對脈沖 信號進行采集和計數(shù)， P2 口（ 8 位）同時工作即可對 8 戶電能脈沖進行采集山東科技大學(xué)課程設(shè)計 2 與計數(shù)，我們將為每戶開辟 2 個字節(jié)的內(nèi)存計數(shù) 。 設(shè)計系統(tǒng)框圖 圖 設(shè)計總體框圖 3 硬件電路設(shè)計 24C16 功能介紹 圖 24C16 管腳圖 CAT24WC16 支持是一個 16 位串行 CMOS EEPROM，功耗小，有一個 16字節(jié)頁寫緩存區(qū)，通過 I2C 總線接口進行操作，有專門的寫保護功能。其中 I2C總線協(xié)議規(guī)定，任何數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。 SCL 是一個輸入管腳，產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的時鐘，電壓信號 電流型電壓互感 器 電流信號 電流互感器 電 能 轉(zhuǎn)換 脈 沖芯 片 AD7755 光電耦 合 LED顯示 單機芯片C8051F360 E2PROM24C16 穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 3 SDA 是一個開漏輸出管腳，用于器件所有數(shù)據(jù)的 發(fā)送和接收， A0、 A A2 為器件地址輸入端， WP 接到 VCC 所有內(nèi)容被寫保護（只能讀）， WP 管腳接到 VSS或懸空，允許器件進行正常的讀 /寫操作。 CAT24WC16 使用鐵電技術(shù)制造的 16K 位的非易失性的記憶體，并且可以快速讀寫數(shù)據(jù)被可以長時間掉電保存，并且其非易失性存儲器可靠性更高，系統(tǒng)更簡單，并且 24C16 可以承受超過 100 億次的速寫或者是比 EPROM 高一萬倍的寫操作，當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對寫入數(shù)據(jù)的頻率要求比較高即速度要求快的時候E2PROM 24C16 也可以可靠的實時采集數(shù)據(jù)。 六段數(shù)碼管顯示電路 V i n3ADJ1+ V ou t 2W Y 1L M 3 17 T 穩(wěn)壓C 1 71 04 / 0. 1u F g f a b dp c d e+5 g f a b dp c d e g f a b dp c d e g f a b dp c d e g f a b dp c d e g f a b dp c d e+5 +5 +5 +5 +5 +5C O M C O M C O M C O M C O M C O MP 1. 0P 1. 1A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U 1 07 4H C 1 6 4A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U47 4H C 1 6 4A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U17 4H C 1 6 4L 22 L 1 9+5 +5+5A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U97 4H C 1 6 4A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U37 4H C 1 6 4A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U67 4H C 1 6 4A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U27 4H C 1 6 4A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U77 4H C 1 6 4A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U87 4H C 1 6 4R61KR 2 33 90L4L5 L6 L 11 L 1 3A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U57 4H C 1 6 4+5L 18 L 1 5 L2 L 10 L 8L1 L3 L7S M 1 S M 2 S M 3 S M 4 S M 5 S M 6R R R Y e l l o w G r e e nG r e e n R R RR Y e l l o wL 14RR 2 25 .1 KR 2 15 .1 K+5圖 74HC164 與 LED 數(shù)碼管顯示電路圖 數(shù)碼管顯示電路采用 74HC164,本次設(shè)計使用六個共陽極 LED 數(shù)碼管，其數(shù)碼管段碼值如表 ： 表 段碼值 88H EBH 4CH 49H 2BH 19H 18H 0CBH 08H 09H 7FH 數(shù)值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 74HC164 芯片是一個 8 位移位寄存器，串行輸入，并行輸出，當(dāng)時鐘信號端（ CLOCK）出現(xiàn)上升沿時，開始向 164 中寫入數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)輸入端為 A,B的線與，當(dāng) A、 B 中任意一個為低電平時， 禁止新數(shù)據(jù)輸入，但本設(shè)計可以直接向 164 送數(shù)據(jù)，因 管腳為 A、 B 的線與，當(dāng) 管腳為 1，則向 164 送 1，若 為 0，則向 164 送 0。如若想送一個數(shù)據(jù) 49H，需先把數(shù)據(jù)送給寄存器 A，將寄存器 A 中的數(shù)據(jù)帶進位循環(huán)右移，此時 C 中的數(shù)據(jù)為 1,先將時鐘輸入端CLOCK 清零，再將時鐘輸入端 CLOCK 置一，讀入 C 中的數(shù)據(jù)送給 164 的 Q0,再將寄存器 A 中的數(shù)據(jù)右移一位，此時 C 中的數(shù)為 0，然后尋找時鐘輸入端的上升沿，將 0 寫入，此時 164 的 Q0 管腳變?yōu)?0， Q1 管腳變?yōu)?1，照此規(guī)律依次將八位二進制數(shù)存入 164 中，最 后 Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7 中的數(shù)據(jù)分別為01001001，即 49H。因本設(shè)計所使用的電路板有 10 個 74HC164,6 個 LED 數(shù)碼管前后各有兩個與二極管連接的 164，數(shù)據(jù)傳輸時會先將第一個數(shù)據(jù)傳給第一個74HC164，這樣如果傳送 6 位數(shù)據(jù)，則會出現(xiàn)最后兩個 LED 數(shù)碼管不顯示數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，因此應(yīng)在調(diào)用兩次顯示子程序，將兩個存在與二極管連接的 164 中的數(shù)據(jù)移到 LED 數(shù)碼管中，顯示全部數(shù)據(jù)。本次設(shè)計使用的共陽極 LED 數(shù)碼管的管腳設(shè)置圖如下： 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 4 圖 LED 數(shù)碼管管腳設(shè)置圖 其顯示原理為公共陽極接高電 平，管腳接電平，二極管導(dǎo)通，則相應(yīng)的筆畫段亮，由發(fā)亮的筆畫段組合得到各種顯示字符，上圖使用的數(shù)碼管陰極各段接10001000 時，顯示器顯示“ 0”字符， 即對于共 陽 極 LED 顯示器，“ 0”字符的字形碼是 88H。很多產(chǎn)品為方便接線，常不按規(guī)則的方法去對應(yīng)字段與位的關(guān)系，這時字形碼就必須根據(jù)接線自行設(shè)計了。 C8051F360 功能介紹 C8051F360 單片機為主要部件，它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、 VDD 監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器器件，是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能 力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。其 , 口產(chǎn)生的脈沖向 74HC164 顯示輸送數(shù)據(jù)，使其顯示相關(guān)信息， P2 口接撥碼開關(guān)，模擬 AD7755 電量脈沖， PCF856 24C16 部件實時存儲用戶電量信息，并在掉電后保存，單片機上電復(fù)位后能夠從中讀取數(shù)據(jù)。 圖 C8051F360 電路圖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 5 5V 穩(wěn)壓電源的設(shè)計 電源電路 設(shè)計是整個電路設(shè)計中的重要部分，其性能的好壞對整個電路的影響極大， 是整個系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵，系統(tǒng)的各個單元電路都需要使用直流電源供電。本設(shè)計將 220V 交流市電通過電源變壓器換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器兩端形成一個并不是很穩(wěn)定的直流電壓，然后再經(jīng)過 W7805 的穩(wěn)壓和電容的頻率補償，形成精度高，穩(wěn)定性好的直流輸出電壓，并且集成三端穩(wěn)壓器精度高、外圍電路簡單，體積小、容易設(shè)計和制作、維修簡單。 圖 穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計 220V~5V 的共兩套，一套給 AD7755，另一套給顯示模塊和 5V~ 電源。5V~ 電源供給 C8051F360 和 24C16。 220V~5V 轉(zhuǎn)換電路中，相關(guān)參數(shù)如下： C1=330uf，為濾波電容； C2=，用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩； C3=1uf，用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。 光電隔離電路 在許多應(yīng)用中，許多電路鏈接之間需要非直接的連接，從而在提供數(shù)據(jù)的同時避免來自系統(tǒng)某一部分的危險電壓或電流對另一部分造成破壞，造成這種破壞的可能是電源質(zhì)量低劣、接地故障等各種故障。電路隔離的主要目的是通過隔離元件把干擾的路徑切斷，從而達到抑制干擾的目的，保護電子設(shè)備。 在兩點間避免電流流過，而允許有數(shù)據(jù)或功率傳送時需要使用隔離技術(shù)。電路隔離主要有：模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。所使用的隔離方法有：脈沖變壓器隔離法、繼電器隔離法、光電耦合器隔離法、直流電壓隔離法、 A/D 轉(zhuǎn)換器隔離法。 傳統(tǒng)的光耦隔離電路雖然也能實現(xiàn)很高的線性度 , 不過這些電路需要的電源種類較多 , 線路比較復(fù)雜 , 設(shè)計成本比較高。 為了解決這些問題 , 本次設(shè)計中一種新的光電耦合結(jié)構(gòu) , 由它組成的光耦隔離電路具有很高的線性度 , 且只需采用普通的光電耦合器和簡單的電路結(jié)構(gòu)。應(yīng)山東科技大學(xué)課程設(shè)計 6 用這個 電路解決了彈載黑匣子的電壓采樣信號的光電隔離問題。 光電耦合器的工作原理和特性如下： 光電耦合器件是把發(fā)光器件 (如發(fā)光二極管 )和光敏器件 (如光敏三極管 )組裝在一起 , 通過光線實現(xiàn)耦合構(gòu)成電 ) 光 ) 電的轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)電信號送入光電耦合器的輸入端時 , 發(fā)光器件將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。光信號經(jīng)光敏器件感應(yīng)接收 , 再還原成電信