【正文】 在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805 的Vin 和GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓，此直流電壓經(jīng)過LM7805 的穩(wěn)壓和C23 的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。 本次設(shè)計(jì)了8 個(gè)按鍵，用到其中6 個(gè)鍵，其余兩個(gè)留著升級(jí)用。 該芯片的特點(diǎn)如下： 25MHz 2. 標(biāo)準(zhǔn)串行（SPI）接口 3. CMOS 串行輸出，可用于多個(gè)設(shè)備的級(jí)聯(lián) 4. 低功耗：TA =25℃時(shí)，Icc=4μA（MAX） 引腳圖及引腳功能 ： 74HC595的引腳圖 各個(gè)引腳功能描述如下：Q0…Q7：并行數(shù)據(jù)輸出GND：地端22 智能數(shù)顯表的設(shè)計(jì)Q7’：串行數(shù)據(jù)輸出MR：主復(fù)位（低電平）SHCP：移位寄存器時(shí)鐘輸入STCP：存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入OE：輸出有效（低電平）DS：串行數(shù)據(jù)輸入VCC：電源 74HC595 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7’），和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE 時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7’）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線[9]。 74HC595是具有8位位移寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。n*（V+)/R16*Iseg223。 BC7281A與單片機(jī)連接 選擇三極管有一下的兩個(gè)要求[8]： 1）Qn 三極管最大電流Ice8*Iseg 如果是16 位的顯示系統(tǒng)則要求Ice16*IsegIseg 為每個(gè)顯示段的峰值電流。其中DAT I/O 口，KEY I/O 口，本次不以中斷運(yùn)用，僅方便以后升級(jí)，CLK I/O 口。BC7281A 的OSCO 端為內(nèi)部振蕩電路的輸出端一般將此腳懸空即可。低4 位是待譯碼的數(shù)據(jù)。 3. 閃爍速度控制寄存器(11H) :通過將不同的值寫入閃爍控制寄存器,可以改變閃爍速度,其值范圍為00H～FFH ,值越小閃爍速度越快。 BC7281 內(nèi)部共有26個(gè)寄存器,包括16個(gè)顯示寄存器和10個(gè)特殊功能寄存器,所有操作均通過這26個(gè)寄存器完成[7]。RC：接RC 振蕩器端，給內(nèi)部掃描等電路提供時(shí)鐘。CLK：串行通訊時(shí)鐘端，下降沿有效。BC7281A可以最多連接64鍵的鍵盤矩陣。BC7281A是數(shù)碼管及鍵盤的專用接口芯片。LED具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡單、耐震及壽命長等優(yōu)點(diǎn)，它由4個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)按‘8’字型排列，另一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點(diǎn)。 12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示8*4個(gè)中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。 1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16*2即32個(gè)字符。不能夠顯示字符。 CS5460A的連接圖 鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì) 各種顯示器件的介紹和選擇 本次設(shè)計(jì)中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管，LED點(diǎn)陣，1602液晶，12864液晶等。VD+=+3V CS5460A的引腳圖及其各個(gè)引腳功能。CS5460A有很多特性，它的主要特性如下： ； 智能“自引導(dǎo)”,不需要微控制器,具有電能脈沖轉(zhuǎn)換功能； ； ,可以方便地進(jìn)行讀寫； ； V 基準(zhǔn)（60106/OC）,單電源 +5 V 或雙向 177。CS5460A 具有方便的片上AC/DC 系統(tǒng)校準(zhǔn)功能。 本設(shè)計(jì)中ICL7660的是用來給CD4051提供負(fù)電壓，： 采樣電路設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)對(duì)電流的采樣主要運(yùn)用CS5460A電能芯片，CS5460A 是Crystal 公司推出的用于測(cè)電流、電壓、功率等的芯片, 是CS5460 的增強(qiáng)版, 精度高、性能強(qiáng)且成本低。另外 ICL7660具備如下特點(diǎn)： 1. 工作電壓范圍寬(+～)； 或TTL 的+5V 電壓轉(zhuǎn)換成5V； 3. 空載時(shí)沒有內(nèi)部壓降，%，但可向負(fù)載提供，10～20mA 的電流,其轉(zhuǎn)換效率為95%典型值, 4. 外圍電路簡單，只需外接兩個(gè)電容即可工作； ； ℃～+150℃； 時(shí)，能承受持續(xù)短路 ： ICL7660的引腳圖 各個(gè)引腳功能如下：NC(l)：空腳；CAP+，CAP(2,4)：分別外接電容的正、負(fù)端；GND(3)：信號(hào)地；VOUT(5)：轉(zhuǎn)換電壓輸出；端(負(fù)端)，外接電容C2；LV(6)：芯片內(nèi)置電源，低電壓端，當(dāng)VDD 時(shí)，此端開路；VDD 時(shí)，應(yīng)將此端接地，以改善電路的低壓工作性能；OSC(7)：振蕩器外接電容或時(shí)鐘輸出端。還需要另加一只二極管。CD4051C 口接地，其中一片CD4051 的13，14，15 引腳分別接三相輸入電流，另一片接三相輸入電壓。兩片CD4051 的地址碼相同，由STC12C5410相同的I/O 控制這樣就能保證相電流與相電壓一一對(duì)應(yīng)[4] CD4051有如下的特點(diǎn)： 。例如，選VDD=5V，VSs=0V, VEE=5V那么幅度5V～+5V的模擬信號(hào)就可用0V～5V的數(shù)字信號(hào)來控制傳輸。 本次設(shè)計(jì)要用的電壓互感器TV6301，該互感器應(yīng)用于高精度、小相位誤差的要求用于電流、功率和電能監(jiān)測(cè)裝置，能滿足此次設(shè)計(jì)要求。 本次設(shè)計(jì)選擇電流互感器GCT207B，它主要應(yīng)用在電力測(cè)量，儀器儀表，電量變送器，工業(yè)控制等領(lǐng)域，以及精度等級(jí)要求更高、相位誤差盡量小的功率和電能監(jiān)測(cè)裝置中，因?yàn)榫容^高，能滿足此次設(shè)計(jì)要求。：圖 STC12C5410的時(shí)鐘電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般需要一個(gè)硬件復(fù)位電路，用于用戶的手動(dòng)復(fù)位，高電平有效。 （UART），由于STC12 系列單片機(jī)是高速8051，也可以再用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多串口。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 6. 通用I/O 口23個(gè)，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設(shè)置成四種模式即準(zhǔn)雙向口/弱上拉。 ：（5V 單片機(jī)） 3. 工作頻率：035MHz，相當(dāng)于普通8051 的0420MHz。它具備了很多優(yōu)良的特點(diǎn)，主要特點(diǎn)如下[2]： ，IT，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。 綜合以上各種單片機(jī)的基本性能及本設(shè)計(jì)的滿足需要，我們將選擇51系列單片機(jī)。 AVR單片機(jī)是Atmel公司推出較新的單片機(jī)，它的顯著特點(diǎn)是：高性能，低功能，高速度，指令單周期為主，但性格方面比51單片機(jī)要高。它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU，內(nèi)存，總線系統(tǒng)等。CS5460A 電能計(jì)量芯片將自動(dòng)對(duì)電流電壓采樣，同時(shí)CS5460A 計(jì)算電流電壓瞬時(shí)值、有效值和功率，利用CS5460A 的串行接口對(duì)電流電壓瞬時(shí)值、有效值和功率寄存器進(jìn)行讀數(shù)據(jù)，單片機(jī)再將從CS5460A 串口讀取數(shù)值計(jì)算處理，處理后為實(shí)際的電流電壓瞬時(shí)值、有效值和功率值，STC12C5410 單片機(jī)控制的外圍鍵盤顯示電路將處理后的最終結(jié)果根據(jù)用戶的選擇顯示。單片機(jī)電路主要用于數(shù)據(jù)的讀取，存儲(chǔ)和處理。其中六個(gè)電流電壓互感器分別對(duì)交流電流和電壓隔離處理。根據(jù)上述的儀表的基本功能我本次設(shè)計(jì)主要完成的任務(wù)是設(shè)計(jì)智能數(shù)顯表的硬件和軟件系統(tǒng),具體任務(wù)包括如下：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：單片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采樣電路部分的設(shè)計(jì)，顯示電路部分的設(shè)計(jì)，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及它們之間的連接。不同功能的儀器僅體現(xiàn)于測(cè)量模塊及其軟件的不同，而各種測(cè)量功能都是由磁盤中的測(cè)量程序來完成的。它具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷能力，能根據(jù)被測(cè)參數(shù)的變化自選量程。它的基本工作原理是將待測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果以數(shù)字形式輸出顯示。 本課題的發(fā)展趨勢(shì) 回顧電子儀器的發(fā)展過程，交流電參數(shù)檢測(cè)儀表的發(fā)展經(jīng)歷了從直接作用模擬的指針式儀表，到數(shù)字式儀表，又到智能化儀表的過程。將監(jiān)控與保護(hù)設(shè)備下放，是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，也是英美等發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)行模式。這就顯然提高了對(duì)電能測(cè)試儀器的要求。 本文中要設(shè)計(jì)出一個(gè)智能數(shù)顯表，用它來可以測(cè)量電壓，電流和功率等信號(hào)，用數(shù)碼管顯示出測(cè)量結(jié)果，由單片機(jī)來控制它的整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。由于它客觀的顯示出測(cè)量結(jié)果在很多領(lǐng)域中已經(jīng)替代了指針式測(cè)量儀表。所以電力系統(tǒng)用戶也需要安全可靠，實(shí)時(shí)快速及精度高的交流電量測(cè)試儀器來有效地對(duì)電量進(jìn)行測(cè)試。 本課題在境內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì) 隨著電力網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，微型計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，無人值班、少人值守的模式，紅外智能電度表系統(tǒng)的推廣，特別是對(duì)城市和農(nóng)村電網(wǎng)的改造，可大量采取將電參量的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控與保護(hù)設(shè)備，下放到戶外端子箱，無需再另建專門的控制室。電能計(jì)量要具備高精度、高可靠性、免維護(hù)和雙向通訊功能，具有便于電力公司向用戶提供增值服務(wù)，能適應(yīng)國外已開始實(shí)行的產(chǎn)權(quán)和數(shù)據(jù)共享的管理模式。 第二代是數(shù)字電子儀表。它是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上用微型計(jì)算機(jī)裝備起來，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子儀器相結(jié)合的產(chǎn)物。這樣，可以充分利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 主要完成的任務(wù) 通過本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出來的智能數(shù)顯表可以對(duì)三相電路的電流電壓參數(shù)進(jìn)行測(cè)量同時(shí)把測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式顯示，整個(gè)過程被單片機(jī)控制。其測(cè)量范圍如下： 電流測(cè)量范圍：0～20A ， 電壓測(cè)量范圍： 0～380V本章首先主要介紹了智能數(shù)顯表的設(shè)計(jì)背景和設(shè)計(jì)的重要性，同時(shí)簡單的敘述了本課題在國內(nèi)外的發(fā)展歷史，發(fā)展程度以及未來發(fā)展的趨勢(shì)，最后給出了本設(shè)計(jì)的主要任 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 27第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的智能數(shù)顯表的硬件系統(tǒng)主要由一只STC12C5410單片機(jī)，六個(gè)電流電壓互感器，電量輸入電路，模擬開關(guān)電路，電流電壓采樣電路和顯示電路組成。電流電壓采樣電路主要用于測(cè)量電流和電壓的有效值，瞬時(shí)值和功率。將三相電流所對(duì)應(yīng)的變換信號(hào)依次送入CS5460A 的電流測(cè)量輸入通道，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的相電壓對(duì)應(yīng)的信號(hào)送入CS5460A。 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU，隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器ROM，多種I/O口和終端系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路，脈寬調(diào)制電路，模擬多路轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。51系列單片機(jī)的特點(diǎn)是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能，使得芯片的運(yùn)行速度變得更快，性價(jià)比更高。 PIC單片機(jī)系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最快的單片機(jī)之一，屬精簡指令集單片機(jī)，其特點(diǎn)是：高速度，高性能，但在性格方面比51單片機(jī)要高，也有專門的I/O方向寄存器，I/O口使用不比51單片機(jī)方便。它指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)的指令系統(tǒng)，但速度比傳統(tǒng)的80