【正文】 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 15 數(shù)碼管顯示 電路 MAX7221 連接 MAX7221 電路簡(jiǎn)單，與單片機(jī)采用 SPI 總線方式通信，只要 3 根信號(hào)線。 74LS163 的時(shí)鐘為 CLK，由單片機(jī) ALE 提供。 系統(tǒng)中 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7135 所需的時(shí)鐘是通過單片機(jī)的 ALE 信號(hào)進(jìn)過分頻得到的。因此， ICL7135 的測(cè)量脈沖 也是 定時(shí)器所記錄的脈沖數(shù)的 一半 。 N 為分頻比，該系統(tǒng)中 N 應(yīng)選為4。 如果采用與單片機(jī)的串行連接， 可以通過單片機(jī)的定時(shí)器來計(jì)脈沖數(shù)。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 I/O 接口有限，為使外設(shè)接線方便，可采用 6 線連接 方法 。在輸入信號(hào)是雙極性時(shí)可以與單片機(jī)的與 口相連，而當(dāng)輸入信號(hào)是單極性信號(hào)時(shí)，可以不接。 一是并行采集方式：二是串聯(lián)采集方式。 AZIN 是自校零 外接校零電容 。 這里的基準(zhǔn)電壓是 1V。芯片采用了自動(dòng)校零技術(shù)，可保證零點(diǎn) 在常溫下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，模擬輸入可以是差動(dòng)信號(hào)，輸入主抗極高。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 12 mARVVmA outcc 500/)(1 3 ??? （ 31） 恒 壓 源電壓輸出 為 Vout， R1 和 R2 的電阻 大小 決定 Vout。 輸入的電壓是 0 到 。 AT89C51的時(shí)鐘頻率為 12MHz，即 fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為 1/12μ S。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激放大器。 按鍵復(fù)位是通過一按鈕開關(guān)使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 單片機(jī)的 高電平復(fù)位電路圖如 31（ b）所示。 單片機(jī)的外圍電路 復(fù)位電路 單片機(jī)與其他微處理器一樣， 當(dāng)給單片機(jī)上電那一瞬間，電壓有在幾微秒內(nèi)（有的是幾毫秒內(nèi)）不是直接跳變到 5V 的而是一個(gè)直線上升的階段， 所以 啟動(dòng)時(shí)都要復(fù)位，使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。 圖 216 CAT24WC16管腳配置和管腳描述 在實(shí)際 連接中，如圖 217所示。 表 22 CD4051真值表 數(shù)據(jù)輸入 通道選擇 INH C B A 輸出 0 0 0 0 “0” 0 0 0 1 “1” 0 0 1 0 “2” 0 0 1 1 “3” 0 1 0 0 “4” 0 1 0 1 “5” 0 1 1 1 “7” 0 1 1 0 “6” 1 x x x 均不接通 存儲(chǔ)芯片 CAT24WC16 是一個(gè) 16K 位串行 CMOS E2PROM 內(nèi)部含有 2048 個(gè) 8 位字節(jié)。 圖 214 CD4051芯片圖 圖 215 CD4051內(nèi)部邏輯圖 CD4051 相當(dāng)于一個(gè)單 8 通道數(shù)字的控制模擬電子開關(guān)，有 A、 B 和 C 三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端的以及 INH 共 4 個(gè)輸入。因此，在程序發(fā)送時(shí)必須先送高位數(shù)據(jù)，再循環(huán)移位。 圖 212 MAX7221 引腳圖 圖 213 MAX7221封裝圖 串行數(shù)據(jù)輸入輸出時(shí)，此時(shí)的 CS 端口必須為低電平， Din 送入一個(gè) 16 位的數(shù)據(jù)包，并在每個(gè)時(shí)鐘上升沿時(shí)存入內(nèi)部，芯片內(nèi)部具有 16 位移位寄存器，數(shù)據(jù)經(jīng) 個(gè)周期后，在時(shí)鐘的下降沿由 DOUT 引腳輸出。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 7 321U1T L 4 3 1 圖 TL431的 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 圖 211 TL431的封裝圖 顯示器 驅(qū)動(dòng)的選擇 MAX7221 是 Maxim 公司專為 LED 顯示驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的串行接口八位 LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片。 可以選 擇 TL431 構(gòu)成 的恒 壓 源選擇器件。外部的電路有：恒壓源 作為 的 電源、還有驅(qū)動(dòng)顯示器的驅(qū)動(dòng)器 、多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)、 存儲(chǔ)芯片 等。 信號(hào)放大之后還要進(jìn)過濾波處理。所以必須經(jīng)過放大、濾波，使信號(hào)更大，并且清晰，這樣電路才能進(jìn)行處理，將它能送到 A/D 轉(zhuǎn)換器中?；魻栂禂?shù)越大，表明霍爾效應(yīng)越明顯。它具有如下性質(zhì)：如果輸入端有控制電流 IC，當(dāng)有一磁場(chǎng) B 的穿過該器件感磁面時(shí)，會(huì)在輸出端處出現(xiàn)霍爾電勢(shì) VH。其封裝圖如圖 26 所示。 ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器具有精度高，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。這時(shí)如果 ViVf，說明這個(gè)字量信號(hào)對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 4 太小，這是最高位的“ 1”任然保留；反之，如果 ViVf，則說明轉(zhuǎn)換后的模擬電信號(hào)大于輸入信號(hào)，這是最高位將清零。雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖如圖 24 所示。 首先介紹雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 器件采用的是 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)的技術(shù)生產(chǎn)，還兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 系統(tǒng)指令，片內(nèi)置通用 Flash 存儲(chǔ)單元和 8 位中央處理器 。主要是 220v 交流電壓經(jīng)過霍爾轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過 8路模擬開關(guān)進(jìn)行選擇 ,信號(hào)放大，然后輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器中，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器之后進(jìn)行 A/D裝換，并將處理的結(jié)果保存 到存儲(chǔ)芯片中，在數(shù)碼管上循環(huán)顯示各戶用電量。 在軟件上， 研究電能處 理 算法， 并用 C 語(yǔ)言 設(shè)計(jì)和 編寫了相應(yīng)的程序來實(shí)現(xiàn) 電能處理 算法。 采用雙積分 A/D 轉(zhuǎn) 換器，相比于逐次比較器而言，雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器更加穩(wěn)定，但缺點(diǎn)就是速度較慢，所以來說更適合民用電表。抄表時(shí)還在采用傳統(tǒng)的人工抄表方式，不具備遠(yuǎn)程控制的和分時(shí)計(jì)量的功能，所以在現(xiàn)在這種信息化，網(wǎng)絡(luò)化，現(xiàn)代化的今天，手工抄表嚴(yán)重制約了供電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理。因此，這是一個(gè)有著蓬勃發(fā)展的歷程和有著廣闊前景的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。本文中對(duì)電量 進(jìn)行處理之后，將其存儲(chǔ)在 PROME2 中，使用多路模擬開關(guān)進(jìn)行 8 路的模擬信號(hào)的分時(shí)采集。 論文在對(duì)數(shù)字信號(hào)處理 進(jìn)行 理論研究 和 電能 計(jì)算方法設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)上， 采用單片機(jī)，進(jìn)行電表電量采集系統(tǒng) 。 并且，隨著 單片機(jī)技術(shù)的 不斷 發(fā)展， 把 單片機(jī) 作 為 主要控制 芯片的電能表的生產(chǎn) 已經(jīng)發(fā)展到一定規(guī)模 。本文采用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，相比于逐次比較器而言，雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器更加穩(wěn)定，但缺點(diǎn)就是速度較慢，所以來說更適合民用電表。 隨著技術(shù)的快速發(fā)展，儀器儀表中智能電表的應(yīng)用越來越廣。然而我國(guó)大部分地區(qū)廣泛使用的是還是傳統(tǒng)的老舊的非常不穩(wěn)定的感應(yīng)式機(jī)械表，而且一些只具的備單一的電能計(jì)量功能。 本文的主要工作 本文主要介紹了一個(gè)電表電量采集系統(tǒng)，可以采集 8 戶民用電量。 該 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 將 從硬件和軟件方面出發(fā)： 在硬件上，選擇 AT89C51 單片機(jī)，通過 ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器采集 模擬信號(hào) ， 并通過 MAX7221 驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng) LED。 系統(tǒng)整體框圖 系統(tǒng)整體框圖如下圖 21 所示。 片內(nèi)含有的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 Flash， 大小為4k bytes。現(xiàn)在市面上的 A/D 轉(zhuǎn)換器大概有 逐次逼近型，雙積分型，Σ Δ型 A/D 轉(zhuǎn)換器等 不同種類，下面將簡(jiǎn)要介紹雙積分型數(shù)模轉(zhuǎn)換器和逐次型數(shù)模轉(zhuǎn)換器。時(shí)間間隔與輸出數(shù)字也成比例，常稱為模擬電壓 時(shí)間間隔 數(shù)字量裝換原理。在脈沖時(shí)鐘信號(hào)的作用下，控制邏輯電路首先將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù) 據(jù)最高位置置“ 1”，然后這個(gè)數(shù)據(jù)被送入 A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電信號(hào) Vf 再送入電壓比較器中與輸入的模擬電壓信號(hào) Vi 進(jìn)行比較。 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器具有以下特點(diǎn)：對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換速率的要求不是很高；對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求很高的情況。 ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器的引腳如圖 25 所示。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 5 功率采集簡(jiǎn)介 霍 爾器件 霍爾器件是半導(dǎo)體材料磁電轉(zhuǎn)換器件。 霍爾效應(yīng)，指的是這樣一的種物理現(xiàn)象：如果把通有的電流 i 的導(dǎo)體放在垂額