【正文】 DS1302 連接電路 ........................................................................................ 18 第 5 章 軟件部分的設(shè)計 ........................................................................................................... 19 主程序流程 ................................................................................................................... 19 CS5460 數(shù)據(jù)交換方法 .................................................................................................. 20 時鐘 芯片的讀寫流程 ................................................................................................... 21 外部寄存芯片的讀寫流程 ........................................................................................... 21 按鍵掃描流程 ............................................................................................................... 22 數(shù)碼管顯示功能的實現(xiàn) ............................................................................................... 23 結(jié) 論 ........................................................................................................................................... 24 參考文獻 ....................................................................................................................................... 25 致 謝 ........................................................................................................................................... 26 附 錄 ........................................................................................................................................... 27 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒論 智能電表的概念 智能電表它是科技時代的新產(chǎn)物，它能夠進行測量、數(shù)據(jù)處理，因此測量單元、數(shù)據(jù)處理單元是它的重要組成部分?，F(xiàn)在智能電網(wǎng)是全球電力部門研究和討論的熱點話題，智 能電表是智能電網(wǎng)中的最重要的環(huán)節(jié)，它支撐著電網(wǎng)的信息化、自動化以及互動化等方面的實現(xiàn)。若 想查看上個月的用電量，只能靠電費單計算得來?，F(xiàn)在已經(jīng)是信息時代了，這種做法很顯然跟不上社會潮流。 微處理器是智能電表的最主要的核心器件。在智能電表這一系統(tǒng)中，它能通過各類型的芯片來進行電能的測量、計算、存儲，并且具有實時監(jiān)控功能和自動控制等功能。智能電表通常具有自動檢測數(shù)據(jù)的功能、數(shù)據(jù)的強大處理功能、數(shù)據(jù)換算和自動調(diào)零功能、并且可以通過操作面板進行人機交流和顯示裝置。 目前，我國的用電戶人數(shù)非常之多，根據(jù) 2021 年的統(tǒng)計，在年底就已經(jīng)有 億的用電戶記錄在國家電網(wǎng)公司的服務(wù)系統(tǒng)中，按每戶平均有 4 個人計算，就有 億人口，這么龐大的數(shù)量，要在全國內(nèi)推廣智能電表看來絕非一件簡單的是，它不僅需要龐大的資金，而且還需要大量的人力、物力以及很長的時間來進行。 智能電表的結(jié)構(gòu) 根據(jù)智能電表的介紹，不難看出，智能電表是由兩大部分組成，它們分別是軟件部分和硬件部分。微處理器和它的外圍電路這部分主要是用來儲存數(shù)據(jù)和程序的，并且在單片機里面能夠?qū)?shù)據(jù)進行一定的運算和處理，這部分主要由數(shù)據(jù)寄存器和程序寄存器以及輸入輸出端口電路的部分組成的。其中接口管理程序主要是面向通信接口，它的只要作用就是接受并且分析各種各樣的程控碼，主要包括各種操作方式的程控碼、不同功能的程控碼以及各種工作參數(shù)的程控碼等等，以此同時各器件的實時工作狀態(tài)以及不同測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果都會通過通信接口的輸出儀器部分，以這種方法來響應(yīng)計算機的遠程控制指令。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 第 2 章 主要芯片的介紹 微控制器 STC89C51 單片機 簡介 STC89C51 單片機具有低電壓、高性能的特點，它內(nèi)部帶有 4K 字節(jié)的快速寄存器，而他的處理器是 8 位的。 圖 21 STC89C51的引腳圖 主要特性 （ 1）與 MCS51 相兼容 ； （ 2） 4K 字節(jié)的可編程 FLASH 寄存器 ； （ 3）壽命：可 1000 循環(huán)寫 /擦 ； （ 4）數(shù)據(jù)保留時間： 10年 ； （ 5）全靜態(tài)的工作頻率： 0Hz24MHz； （ 6）三個級別的程序寄存器鎖定 ； （ 7） 128 8 位的內(nèi)部 RAM； （ 8） 32 可編程的 I/O 線 ； （ 9）兩個 是十六 位的定時器或者說是計數(shù)器 ； （ 10） 5 個中斷源 ； （ 11）可編程的串行通道 ； （ 12）包含低功耗式閑置以及掉電的功能 ； （ 13）包含片內(nèi)振蕩電路以及片內(nèi)時鐘電路 。假如當它被置為邏輯 1時，它就會成為高 阻輸入端。如果它被置為高電平 時，在單片機的內(nèi)部它就會被提高成高電平，這是它會被當作輸入端口使用；如果由于外部的原因，它被拉成邏輯 0時，他就會對外輸出一定的電流，這就是因為內(nèi)部為邏輯 1。當這一端口用作外部程序寄存器或是十六位的外部數(shù)據(jù)寄存器時候，這時它就會輸出十六位數(shù)據(jù)中的高 8位數(shù)據(jù)。當它被置為邏輯 1 之后，它的每個管腳 就會被內(nèi)部上拉電阻上拉成邏輯 1，并且當作輸入端口。 （ 9） /PSEN：當它被置為邏輯 0，就表示外部程序寄存器被選通。在進行程序編程時，它會提供為單片機提供 12V的燒寫電壓 （ 11） XTAL1：單片機的片內(nèi)振蕩電路的輸入端口，以及時鐘接入引腳。 CS5460 的電壓電流輸入端不能 直接測量電力線上的數(shù)據(jù)，它需要通過低成本的電壓電流互感器來進行變比才能夠進行測量。 它的引腳如圖 22 所示： 圖 22 CS5460的引腳圖 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 主要特征 （ 1）能夠 在片內(nèi)進行數(shù)據(jù)計算和處理； （ 2）能夠在沒有微處理器的情況下，在自引導(dǎo)模式中，與外部寄存器連接，并且具有電能 /脈沖互換功能； （ 3）具有數(shù)模 /模數(shù)系統(tǒng)校正的能力 ； （ 4）運用簡單的三線數(shù)據(jù)串行傳輸接口進行數(shù)據(jù)傳輸，讀寫方便； （ 5）具有看門狗定 時 功能； （ 6）片上 V 基準（ 60 106/OC） ,單電源 +5 V 或雙向 177。另外還可以通過 XIN 管腳對 CS5460 進行外部時鐘的引入。 （ 4） SDO：行數(shù)據(jù)輸出引腳。 （ 8） ETOU：電能輸出引腳。 （ 11） VIN+、 VIN：正負電壓的差分模擬量的輸入輸 出端口。 （ 14） IIN+、 IIN：測量電流的輸入引腳 （ 15） VD+：數(shù)字電源。用于監(jiān)控模擬電源。 它的引腳圖如 23所示： 圖 23 X5045的引腳圖 主要特性 （ 1）支持 MOTOROLA 推出的 SPI 總線協(xié)議 ； （ 2）具有選重置時間的看門狗定能力 ； （ 3）能夠檢測供電電壓是否跌落以及具有復(fù)位控制功能 ； （ 4） 5 種標準的復(fù)位電壓 ； （ 5）當供電電壓變成 1V時，芯片仍然可以保證復(fù)位輸出 ； （ 6）多種芯片可選擇不同的工作電壓 ； （ 7）內(nèi)置 4Kbit 的 EEPROM，可反復(fù)擦寫 100 萬次 ； （ 8）可對 EEPROM 數(shù)據(jù)進行全部或分區(qū)保護 ； （ 9）可對硬件和指令寫保護，使數(shù)據(jù)更加安全 ； （ 10）時鐘可達 ； （ 11）讀寫速度快， 16 字節(jié)的頁的讀寫速度 ； （ 12）經(jīng)典寫周期為 5mS； （ 13）商用級溫寬為 0~70 攝氏度，工業(yè)級溫寬為 40~84攝氏度 ； 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 （ 14） 6 字節(jié)的頁寫入模式 ； （ 15）復(fù)位信號輸出可持續(xù)輸出 200MS。同時，它采用雙電源供電，以防斷電時時鐘能夠繼續(xù)運行。同時它還有三個使能輸入端，其中有兩個邏輯 0 時是有效，一個邏輯 1時有效，當它們?nèi)齻€端口同時有效時， 38譯碼器才會運行。而數(shù)碼管事實上包括由小數(shù)點在內(nèi)的八個發(fā)光二極管帶點的數(shù)字“ 8”，那就成為了八位段選碼，在字面上我們用 a 到 g 這 7 個字母加上 dp 來表示這些對應(yīng)的段選碼。 它的引腳如圖 26所示 。 如圖 31所示 。智能電表它本身就是一個微型的計算機控制系統(tǒng)，它的主要核心是微處 理器，也就是我們常說的單片機。在單片機內(nèi)進行數(shù)據(jù)處理 后，執(zhí)行存儲信息或顯示，這些可以通過編程來實現(xiàn)的 [8]。但是，在實際上，電力線上的交流信號不是標準的正弦信號，所以我們采用其最大值的 。而在這次設(shè)計中，我們使用了 2MA/2MA的電壓互感器來進行降壓處理。 電流調(diào)理電路 在電流調(diào)理部分中，還是那句話， CS5460不能直接連接 到電力線測電流，這次可以運用 1000/1的電流互感器，本次使用的電流互感器是兩個引腳的，我們把電力線從互感器的中間穿過當作一次側(cè)，而它的兩個引腳就作為二次側(cè)輸出端，不過，我們要記得在二次側(cè)上接上負載，這樣才能保護互感器，剩下的電路和電壓調(diào)理部分相同，也是連接 RC濾波網(wǎng)絡(luò)，對輸入的電流執(zhí)行濾波操作。 圖 42 CS5460外部電路連接圖 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 由圖 42 可知 CS5460A 的 1 和 24 引腳接晶振，其中圖中引出的引腳除了電壓電流輸入信號外就是指 STC89C51 的 、 、 、 、 引腳分別與 CS546OA 的 SDI、RST、 SCLK、 SDO、 CS 引腳進行交換數(shù)據(jù)。 圖 43 數(shù)碼管的接線圖 組合鍵盤連接 電路 本次設(shè)計的智能電表上已經(jīng)使用的按鍵中都有屬于自己對應(yīng)的功能，它可以讓用戶按鍵查詢本月、上月、上上月中各個月的電總量。 鍵盤組的掃描是把行和列分開進行的。假如全為高電平，那么所按下的就鍵不可能在這一行，假如不全補是高電平，那么所按下的鍵就一定在這一行行。寫保護引腳 WP 與電源相連。 DS1302 由 Vcc1/Vcc2 兩者中的較大一個供電。 智能電表的執(zhí)行過程如圖 51。這些寄存器所相應(yīng)的地址如下 表 51 所示： 表 51 CS5460A的內(nèi)部寄存器相對應(yīng)的名稱和地址 地 址 名 稱 描 述 0A00 0000 Config 配 置 寄 存 器 0A00 0010 DCoffI 電 流 通 道 直 流 偏 移 寄 存 器 0A00 0100 gnI 電 流 通 道 增 益 寄 存 器 0A00 0110 DCoffV 電 壓 通 道 直 流 偏 移 寄 存 器 0A00 1000 gnV 電 壓 通 道 增 益 寄 存 器 0A00 1010 CycleCount /AD每 個 計 算 周 期 的 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 0A00 1100 Pulse Rate? EO U T ED I R用 于 設(shè) 置 和 上 的 能 量 脈 沖 速 率 0A00 1110 I 瞬 時 電 流 寄 存 器 （ 最 近 一 次 電 流 采 樣 ） 0A01 0000 V 瞬 時 電 壓 寄 存 器 （ 最 近 一 次 電 壓 采 樣 ） 0A01 0010 P 瞬 時 功 率 寄 存 器 （ 最 近 一 次 功 率 采 樣 ） 0A01 0100 E 電 能 寄 存 器 （ 最 后 一 次 計 算 周 期 的 值 ） 0A01 0110 RMSI 電 流 有 效 值 寄 存 器 （ 最 后 一 次 計 算 周 期 的 值 ） 0A01 1000 RMSV 電 壓 有 效 值 寄 存 器 （ 最 后 一 次 計 算 周 期 的 值 ） 0A01 1010 TBC 時 基 校 準 寄