【正文】 默認(rèn)值，及取 K=1,Gi=0（即電流增益取 10，電流模擬通道輸入典型 值為 150mV）， S1=0； S1=0 表示 INT 引腳低電平有效。對(duì)于電壓和電流通道，都有 AC 和 DC 校準(zhǔn)。 AC 與 DC 校準(zhǔn)不同。在執(zhí)行偏置校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)該輸入零信號(hào)；在執(zhí)行增益校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)該輸入滿刻度信號(hào)。使中斷有效，自動(dòng)發(fā)生中斷，進(jìn)入讀取數(shù)據(jù)處理， 同時(shí)讀取狀態(tài)寄存器，將該值寫入狀態(tài)寄存器，將 DRDY 位清 0，使中斷無效 啟動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換 首先設(shè)置周期計(jì)數(shù)器的值，及一秒鐘轉(zhuǎn)換多少次，本次用默認(rèn)值， N=4000， 然后寫入啟動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換命令 0xe8。可以終止在 8 位的邊界上 (讀出時(shí)可只讀 8， 16 或 24 位 )。 BC7281A 的 DAT 引腳為漏極開路輸出結(jié)構(gòu)，使用時(shí)需要在該線上加上拉電阻。字節(jié)在傳送時(shí)高位（ MSB）在前。 第三章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33 BC7281A 的讀寫 字節(jié)寫入 BC7281A的過程 字節(jié)寫入 BC7281，包括指令字節(jié)和寫入 BC7281A 的數(shù)據(jù)字節(jié)，一個(gè)寫入寄 存器的指令，由連個(gè)字節(jié)寫入操作組成，第一個(gè)字節(jié)為指令字節(jié)，而第二個(gè)字節(jié) 則為數(shù)據(jù)字節(jié)。每發(fā)送一個(gè) CLK 脈沖，開始部分已發(fā)送部分的 CLK 脈沖均為下降沿有效。讀出數(shù)據(jù)時(shí)，也需要建 34 智能數(shù)顯表的設(shè)計(jì) 立握手信號(hào)，過程與寫入數(shù)據(jù)時(shí)相似，但是數(shù)據(jù)讀出是， STC12C5410 僅發(fā)送一個(gè)單一的握手脈沖，而不是像希爾數(shù)據(jù)是不停的發(fā)送直到收到 BC7281A 響應(yīng)信號(hào)。其時(shí)序圖如圖 所示： 圖 BC7281A的讀時(shí)序圖 在數(shù)據(jù)傳送期間， BC7281A 不會(huì)進(jìn)行顯示和鍵盤掃描，因此如果通訊速度過慢（指令的傳送時(shí)間 大于掃描周期），將會(huì)對(duì)顯示造成影響。此后 BC7281 每收到一個(gè)脈沖，即在 DAT 上輸出一個(gè)數(shù)據(jù)為。 STC12C5410 寫入 BC7281A 時(shí)序如圖 所示： 圖 BC7281的寫時(shí)序圖 字節(jié)從 BC7281A讀出 讀寄存器操作，由一個(gè)字節(jié)寫入操作和一個(gè)字節(jié)讀出操作兩部分，字節(jié)寫入 操作寫入指令字，數(shù)據(jù)則有字節(jié)讀出操作讀出。 傳輸開始時(shí)，首先需要建立握手信號(hào)， STC12C5410 先向 BC7281A 發(fā)出一系列CLK 脈沖，脈沖的數(shù)量可以是任意多個(gè) STC12C5410 同時(shí)監(jiān)測(cè) DAT 線，而 BC7281A 在收到該握手脈沖后在 DAT 線輸入一低電平，表示準(zhǔn)備好可以接受 STC12C5410 數(shù)據(jù)， STC12C5410 一旦檢測(cè)到 BC7281A 的響應(yīng)信號(hào)，立刻停止發(fā)送握手脈沖， 并在規(guī)定時(shí)間之類，在 CLK 線上再發(fā)送一次脈沖，該脈沖使得 BC7281A 的 DAT 引腳恢復(fù)高阻輸入狀 態(tài)，因?yàn)?DAT 線上有上拉電阻，因此 DAT 線上回復(fù)陳為高 電平， STC12C5410 在測(cè)試到 DAT 線恢復(fù)成高電平后，即開始發(fā)送數(shù)據(jù)。 a0a4 為目標(biāo)寄存器的地址，其范圍為 00H1FH。 串行接口數(shù)據(jù)寬度為 8 位，兩個(gè)字節(jié)為一組，構(gòu)成一條完整的指令。因此讀寄存器時(shí) , 微控制器可同時(shí)發(fā)送新指令，新指令將被立即執(zhí)行，并可能終止讀操作。寄存器寫指令后必須跟 24 位的數(shù)據(jù)，高位在前。清狀態(tài)寄存器 首先讀取狀態(tài)寄存器值，然后再寫入狀態(tài)寄存器。為便于讀者了解每一校準(zhǔn)程序的功能，首先定義 CS5460A內(nèi)的各校準(zhǔn)寄存器。用戶必須提供地和滿量程的信號(hào)才能進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。 30 智能數(shù)顯表的設(shè)計(jì) 圖 CS5460A的初始化圖 校準(zhǔn) CS5460A 提供了數(shù)字校準(zhǔn)。 寫控制，配置，屏蔽寄存器 寫狀態(tài)寄存器， DRDY 位表示校準(zhǔn)完成或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成。初始化的過程如圖 ： CS5460A的復(fù)位工作 CS5460A的復(fù)位有兩種方式，他們分別為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位，在本次設(shè)計(jì)中我們所用到的方法是硬件復(fù)位即給 CS5460A的 RESET腳發(fā)送一個(gè)低電平脈沖，其脈沖至少為 10ms。寄存器讀指令可以終止在 8 位的邊界上。 ，本次主要用開始轉(zhuǎn)換 SYNC0、 SYNC1 校準(zhǔn)控制命令。內(nèi)部寄存器用于控制 ADC 的功能。整個(gè)主程序是一個(gè)閉環(huán)程序，不斷地執(zhí)行測(cè)量、顯示等功能。 其程序流程框圖如圖 所示。本次編程采用了 Intel 的8052。 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， C 語言在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性、可維護(hù)性等方面都比匯編 有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 系統(tǒng)電源電路圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)電源電路圖 本章小結(jié) 本章首先主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)和原理框圖，然后一個(gè)個(gè)的敘述了各個(gè)硬件部分的原理圖，功能，作用和與其他模塊的連接，包括 單片機(jī)系統(tǒng)電路、電量輸入電路、采樣電路、鍵盤顯示電路等。其中 C24,C22 防止自激。 6 個(gè)按鍵意義為，當(dāng)用戶按下 某一個(gè)鍵時(shí) ， 數(shù)顯表的相應(yīng)的功能就會(huì)起作用，顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。本次用兩片 74HC595 級(jí)聯(lián)，通過 Ds 和 Q7’ 級(jí)聯(lián)。 8 位串行輸入 /輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。n 為放大倍數(shù) R 為 Qn39。 2）如果 V+ 比較低則應(yīng)適當(dāng)減小 Qn39。 具體電路如圖 所示。在電路板布線時(shí)振蕩電路的元件應(yīng)盡可能地靠近 BC7281A 芯片并盡量使連線最短。 HEX譯碼寄存器為 15H ,寫入數(shù)據(jù)格式同上。 4. 工作模式控制寄存器 (12H) :為和各種驅(qū)動(dòng)電路配合 ,BC7281 有多種工作模式 ,由工作模式控制寄存器控制。 1. 顯示寄存器 (00H～ 0FH) :可讀寫的寄存器 ,分別對(duì)應(yīng) 16 個(gè)顯示位 2. 閃爍開關(guān)控制寄存器 (10H,19H) :控制顯示位的閃爍屬性。 SCLK：外接段驅(qū)動(dòng)移位寄存器時(shí)鐘端。 RST：復(fù)位端，低電平有效，內(nèi)部具有上電復(fù)位電路，一般將該腳與 VCC 直接相 連。內(nèi)部具有去抖功能，鍵盤為互鎖式，掃描到的鍵值被鎖存在內(nèi)部的寄存器中直至被讀出。通過外接位移寄存器(如 74HC164,74LS595 等 )，最多可以控制 16 位數(shù)碼管或 128 只獨(dú)立的 LED。把 8個(gè)發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陽極接法。使用時(shí)也直接編寫軟 件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。所以一般適合用于只需要顯示數(shù)字的場(chǎng)合。 數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的 8 字段顯示器件，其特點(diǎn)是價(jià)格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。 引腳圖如圖 ： 圖 CS5460A的引腳圖 各個(gè)引腳的功能描述如下： XOUT ：晶體振蕩器輸出； XIN ：晶體振蕩器輸入； CPUCLK ： CPU 時(shí)鐘輸出； VD+ ：數(shù)字電路電源正極； DGND ：數(shù)字地； SCLK ：串行時(shí)鐘輸入； SDO ：串行數(shù)據(jù)輸出端，當(dāng) CS 高時(shí)，其輸出將處于高阻抗?fàn)顟B(tài)； CS ：片選； MODE ：模式選擇； VIN + ：差分電壓正輸入端； VIN ：差分電壓負(fù)輸入端； 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 17 VREFOUT ：參考電壓輸出； VREFIN ：參考電壓輸入； VA ：模擬地負(fù)極； VA + ：模擬電源正極； IIN ：差分電流負(fù)輸入端； IIN + ：差分電流正輸入端； PFMON ：電源掉電監(jiān)視輸出； NC ：空腳； RESET ：復(fù)位輸入； INT ：中斷輸出； EOUT ：電能脈沖輸出； EDIR ：能量方向指示輸出； SDI ：串行數(shù)據(jù)輸入 ； 由于 CS5460A 具有很多優(yōu)點(diǎn)且方便以后升級(jí)成為一個(gè)具有測(cè)量電流、電壓瞬 時(shí)值，電流、電壓有效值，功率和電能，且能與外部進(jìn)行通信的綜合性智能數(shù)顯 表，對(duì)于本次設(shè)計(jì)采用該芯片硬件軟件設(shè)計(jì)都會(huì)比較簡(jiǎn)單，所以此次設(shè)計(jì)智能數(shù) 顯表的采樣電路將選擇 CS5460A 芯片為核心。 10℅電源； ； 、瞬時(shí)電流、瞬時(shí)功率、電能、電壓有效值和電流有效值 ， 能完成電能 /脈沖轉(zhuǎn)換 ； ： %； ； 16 智能數(shù)顯表的設(shè)計(jì) /步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器； ； ：在 1000 ： 1 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性度為 177。“自引導(dǎo)”的特點(diǎn)使CS5460A 能獨(dú)自工作，在系統(tǒng)上電后自動(dòng)初始化。 CS5460A 包含兩個(gè)ΔΣ模 數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高度集成的ΔΣ 模 數(shù)轉(zhuǎn)換器。此端不接電容時(shí)，振蕩頻率為 10kHz， 若需降低內(nèi)部振蕩頻率，應(yīng)外接電容 C。該模塊的開路電壓轉(zhuǎn)換率高達(dá) %，轉(zhuǎn)換效率最大可達(dá)98%，靜態(tài)電流小于 500μA，輸出電流達(dá) 20mA，輸出功率為 300mW。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)通過 CD4051 的模擬電壓是正弦波形的，故 VEE 腳必須連接負(fù)電壓，為了給 VEE 供負(fù)電，運(yùn)用 ICL7660 將正電壓轉(zhuǎn)化為負(fù)電壓。 。 。 CD4051B是八選一模擬開關(guān)，用三個(gè)二進(jìn)制輸入信號(hào)控制端 A,B,C 來選擇八個(gè)模擬通道中的任一個(gè)為“ ON”狀態(tài)。 電流輸入電路 由于電流互感器輸出的是電流值，而 CS5460A 的輸入通道只讀取電壓值，所以我們需要把電流互感器輸出的電流值轉(zhuǎn)化為電壓值，電流輸入電路是用來完成此任務(wù)的。當(dāng)在一次繞組上施加一個(gè)電壓 U1時(shí)，在鐵心中就產(chǎn)生一個(gè)磁通 φ ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則在二次繞組中就產(chǎn)生一個(gè)二次電壓 U2。其電路圖如 圖： 圖 STC12C5410的復(fù)位電路 系統(tǒng)采樣測(cè)量電路的設(shè)計(jì) 電流電壓互感器 的選擇 電流互感器是 利用電磁感應(yīng)原理改變電流量值的 一種 器件 ，它 是由閉合的鐵心和 繞組 組成。 圖 單片機(jī)管腳圖 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 9 單片機(jī)系統(tǒng)電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般在單片機(jī)內(nèi)的引腳 XTAL1和 XTAL2之間接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，由于在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益 反 相 放大器，外接一個(gè)晶振后，構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生震蕩時(shí)鐘脈沖。并提高了運(yùn)行速度 9. 看門狗， STC12C5410 系列單片機(jī)芯片內(nèi)置了一個(gè) 14 位的硬件看門狗定時(shí)器，從而可以省去外接專門的看門狗定時(shí)器，定時(shí)器不用內(nèi)置看門狗時(shí)，可以和8051 一樣使用。每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過 55mA。 4. 用戶應(yīng)用程序空間： 12K 字節(jié)， STC12C5410 為 2KB EEPROM， FLASH 程序 空間為 10K。單時(shí)鐘工作頻率的范圍是 035MHz，平均指令運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn) 8051 快 815倍，加上工作效率可到 35MHz，比 12MHz 的標(biāo)準(zhǔn) 8051 綜合要快近 30倍。 STC12C5410單片機(jī)是對(duì)傳統(tǒng)的 8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行改進(jìn)后推出的新一代超強(qiáng)抗干擾，高速，低功耗的單片機(jī)。雖然有轉(zhuǎn)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電壓，但 I/O 口使用不比 51 單片機(jī)方便。 應(yīng)用最廣的 8位單片機(jī)還是 Intel的 51系列單片機(jī)。在這里，不得不先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的 8單片機(jī)。 圖 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)的工作原理為： 被測(cè)三相交流電流電壓信號(hào)首先經(jīng)過電流電壓互感器隔離變換，再經(jīng)過電流電壓輸入變換電路，變換為 CS5460A 模擬電流通道和模擬電壓通道能識(shí)別能承受的電壓信號(hào)，經(jīng)過模擬開關(guān)選通三相電流的 某 一相電流送入CS5460A 的模擬電流輸入通道，且同時(shí)選通三相電流所對(duì)應(yīng)的一相電壓送入模擬電壓輸入通道。模擬開關(guān)電路選通三相電路的 某 一相電流和對(duì)應(yīng)的一相電壓。 儀器的主要技術(shù)指標(biāo) 該智能數(shù)顯表適用于三相四線制交流電路的電流，電壓參數(shù)的測(cè)量。目前，高精度的電量檢測(cè)和校驗(yàn)儀器儀表已經(jīng)與計(jì)算機(jī)、軟件、大規(guī)模集成電路、 甚至是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的聯(lián)系越來越緊密，因此，研制出虛擬式電量檢測(cè)和校驗(yàn)儀器作為未來的一種新型儀器，它的誕生已經(jīng)為時(shí)不遠(yuǎn) 了 [1]。 另外，虛擬儀器的出現(xiàn)及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，己給儀器儀表產(chǎn)業(yè)指明了一個(gè)發(fā)展方向，儀器標(biāo)準(zhǔn)逐漸向計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)靠攏。