【正文】 R7， 08H MOV A， R2 WR_LP1: RLC A MOV 5DI， C SETB SCLR CLR SCLR DJNE R7， WR_LP1 DEC R3 DJNE R2， WR_LP2 RET ；數(shù)據(jù)讀取子程序，將讀出的數(shù)據(jù)的高、中、低字節(jié)存放到 42H、41H、 40H 中 RD_DATA； LCALL WR_COM MOV R2， 42H MOV R3， 03H RD_LP2: MOV R7， 08H MOV R0， 0FEH RD_LP1: CLR SCLK MOV C， SD0 RLC A MOV R1， A MOV A， R0 RLC A MOV R0， A MOV SDI， C STEB SCLK MOV A， R1 基于單片機的智能電表的設(shè)計 33 DJNE R4， RD_LP1 MOV R2， A DEC R2 DJNE R3， RD_LP2 RET 在電能表中當(dāng)單片機 AT89C51 需要讀取 CS5460A 的寄存器獲取瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率，設(shè)置 CS5460A 的寄存器的值時，都是通過調(diào)用這兩個程序來實現(xiàn)的。 對 CS5460A 的寄存器的訪問都是通過 SPI 串行口進(jìn)行的。每一個功能單元的程序?qū)崿F(xiàn)方法可以分以下幾部分說明 : CS5460A 與單片機的數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)方法 CS5460A 芯片內(nèi)部包括 16 個 24 位寄存器：配置寄存器、直流電流偏移寄存器、交流電壓寄存器、 AC/DC 電流 增益寄存器、 AC/DC 電壓增益寄存器、周期計數(shù)寄存器、脈沖速率寄存器、有符號寄存器、無符號寄存器、時基校準(zhǔn)寄存器、功率偏移寄存器、交流電流偏移寄存器、交流電壓偏移寄存器、狀態(tài)寄存器、屏蔽寄存器、控制寄存器。如果是由于過電壓、過電流和欠電壓造成的停電， AT89C51 的 P20 置低電平， P21 置高電平，因此在用戶按下電能表上的送電鍵后只需改變 P20的狀態(tài)并且只能改變 P20的電平狀態(tài)；如果是由于欠費造 成的停電， AT89C51 的 P20 置低電平， P21同時也被置成低電平，因此在電力管理員通過手持抄錄器發(fā)送響應(yīng)命令時才能改變 P20 的電平狀態(tài)和 P21 的電平狀態(tài)。 :復(fù)位引腳。 基于單片機的智能電表的設(shè)計 26 時鐘模塊 圖 DS13O2 的管腳分布圖 對電能表來說，它需要根據(jù)時間段的劃分來計量各時段的電能值，因此在電能表中需要一個時鐘芯片 計時。當(dāng)在可選 的超時周期之內(nèi)控制器不能重啟定時器時， X5045 看門狗激活 RESET 信號，使系統(tǒng)重新復(fù)位，退出故障。只要 Vcc 低于 Vcc 檢測電平， RESET 即變?yōu)楦唠娖?，并保持高電平直?Vcc 高于 Vcc 最小檢測電平 200ms 為止。如果全為 l，則所按下的鍵不在此行，如果不全為 1，則所按下的鍵必在此行。因此鍵盤組中包括峰時鍵 (7EH)，平時鍵 (OB7H)， 谷時鍵 (OBBH)，本月鍵 (77H)，上月鍵 (7BH)，上上月鍵 (7DH)，總電量鍵 (OBDH)，瞬時電流鍵 (OBEH)，瞬時電壓鍵 (OD7H)，電壓有效鍵 (ODBH)，電流有效鍵 (ODDH)，起 始時刻鍵 (OEBH)，終止時刻鍵(OEDH)，送電鍵 (ODEH)、時段查詢鍵 (OE7H)，取消鍵 (OEEH)。 8 個筆劃段 hgfedcba 對應(yīng)于一個字節(jié)（ 8 位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用 8 位二進(jìn)制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。 顯示模塊 LED 數(shù)碼管以發(fā) 光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅，黃，藍(lán)，綠，白，七彩效果。因此輸入通道的輸入電壓最大值就應(yīng)為 25OmV=150mV，其在規(guī)定的 25OmV范圍內(nèi)。電源失效監(jiān)控引腳 (PFMON)監(jiān)控模擬電源，相對 VA 引 腳電平其典型閥值電壓為 。 AT89C51 的 P P1 P12 引腳分別與 CS5460A 的 SDI、SDO、 SCLK 引腳交換數(shù)據(jù)。 微控制器 AT89C51 與 CS5460A 的接口 微控制器 AT89C51 與 Intel 系列的 80C51 微控制器的指令集和管腳兼容，微控制器內(nèi)有 4K 字節(jié)的可擦寫閃爍只讀程序存儲器和 256 字節(jié)基于單片機的智能電表的設(shè)計 19 的數(shù)據(jù)存儲器。 VA+、 VA :正模擬電源和負(fù)模擬電源。 VIN+、 VIN:電壓通道的差分模擬輸入引腳。當(dāng)為邏輯高電平時， CS5460A 可在一個外部串行 EEPROM的幫助下執(zhí)行自引導(dǎo)功能接收命令和設(shè)置 。輸出的時鐘頻率可以驅(qū)動一個標(biāo)準(zhǔn)的 CMOS 負(fù)載。這些增加的功能更加便于與微控制器接口，并能方便地實現(xiàn)電壓、電流、功率的測量和用電 量累積等功能。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。隨著電子技術(shù)和制造工藝的飛速發(fā)展，單片微控制器行業(yè)百花齊放，并已滲入到人類生活中的各個角落。 電能表的總體方案設(shè)計 此多功能復(fù)費率電能表具有如下功能 : 1. 通過單片機擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器可以存儲本月、上月、上上月的各月電量，能存儲各月峰時、平時、谷時各時段的用電量，并能通 過液晶顯示器顯示各自的數(shù)值； 2. 具有欠壓斷電保護(hù)、欠費停電保護(hù)功能； 3. 具有在過電壓、過電流和欠壓斷電保護(hù)后用戶自己送電的功能； 本次設(shè)計中所設(shè)計的整個電能計量系統(tǒng)主要由電能表構(gòu)成。在 T1 中斷服務(wù)程序中對主程序進(jìn)行監(jiān)視； T0 中斷監(jiān)視 T1 中斷。 基于單片機的智能電表的設(shè)計 10 智能電能表的抗干擾方法 智能電能表是以微處理器為核心的微機測量控制系統(tǒng)，因此智能電能表在許多場合都是與計算機控制系統(tǒng)或 DCS(集散控制系統(tǒng) )聯(lián)系在一起的。智能電能表的軟件設(shè)計需要有一個細(xì)致全面的過程。需要保證帶寬和有限執(zhí)行時間的應(yīng)用包括PC 電話和其他語音及視頻通信應(yīng)用。它主要有這樣一些通信技術(shù) : 基于單片機的智能電表的設(shè)計 8 2. PCI 總線 PCI 總線技術(shù)為 CPU 和板上外設(shè)之間提供方便的高速通信連接，工作頻率為 33MHz( 支持 66MHz)。目前國際上采用的智能電能表的標(biāo)準(zhǔn)接口有 GPIB，RS232 等 ,本設(shè)計采用 RS232 接口。根據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定 A/D轉(zhuǎn)換速度，以保證智能電能表的實時性要求，對快速信號必須考慮采樣/保持電路。傳 感器能轉(zhuǎn)換信息存在的能量形式，通常是將其他能量形式轉(zhuǎn)換成電量形式，以便進(jìn)一步加工處理，傳感器的輸出往往總是電信號。智能電能表的監(jiān)控程序固化在程序存貯器 EPROM、ROM、 EEPROM 等中，被測參量通過傳感器將非電量變換成電量，然后經(jīng)過信號處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)槲⑻幚砥髂苤苯幼R別的數(shù)字信號。而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成，其工作原理是先 通過對用戶供電電壓和電流的實時采樣，再采用專用的電能表集成電路，對采樣電壓和電流信號進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過單片機進(jìn)行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。采用互感器采樣，在起動電流、線性范圍、功耗和精度等指標(biāo)皆不如直接采樣，尤其是小電流時更為突出。這類電度表由于其計量原理沒有改動，其計量精度和特 性與機械表完全一樣，而成本相對較高，其優(yōu)勢在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機械電度表，且其計量原理為大眾所基于單片機的智能電表的設(shè)計 3 熟悉而容易接受。使之符合社會的發(fā)展需要，所以我選擇了基于單片機的智能電能表的設(shè)計。電力公司利用智能電表向用戶發(fā)送電力相關(guān)信息，從而根據(jù)需求響應(yīng)減少電力消費量。 本文主要完成以下工作：提出了智能電表總體設(shè)計方案，設(shè)計了數(shù)據(jù)采集電路，運用 Protel DXP 軟件繪制了原理圖及生成了 PCB 板，焊制了數(shù)據(jù)采集電路板，運用 Keil uVision2 編寫了程序。 基于單片機的智能電表設(shè)計 基于單片機的智能電表的設(shè)計 I 摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平不斷地提高，傳統(tǒng)的電網(wǎng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會的需求。本文針對電表現(xiàn)狀，提出了基于單片機的智能電表的總體設(shè)計方案。此外，近年來智能電表控制高峰需求期電力消費量的效果也越來越明顯。為了適應(yīng)社會的需求，保證用戶安全，方便，合理的用電，對傳統(tǒng)的電表和用電模式進(jìn)行改造。其基本結(jié)構(gòu)是在原有機械電度表的轉(zhuǎn)盤上打孔或涂 (貼 )上能吸收光線的材料。直接采樣則是用熱穩(wěn)定性高的 電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來取得電壓信號，而用電阻溫度系數(shù)非常小的錳銅片進(jìn) 行電流直接采樣。 基于單片機的智能電表的設(shè)計 4 電子式智能電表，是在電子式電表的基礎(chǔ)上，近年來開發(fā)面世的高科技產(chǎn)品，它的構(gòu)成、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別。不同功能的智能電能表由不同部件組合而成。它作為信息獲取的工具和手段，在測量控制型智能電能表中占據(jù)了極其重要的地位。使用 A/D 轉(zhuǎn)換器時應(yīng)先根據(jù)輸入通道的總誤差，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度及分辨率。 智能電能表的通信接口 智能電能表一般都設(shè)置有通信接口，以便能夠?qū)崿F(xiàn)程控、方便地構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。 在當(dāng)今的信息化時代，用于其他信息裝置的通信技術(shù)也同樣可用于嵌入式智能電能表。 USB 特別適合于需要高數(shù)據(jù)率和易于即插即用的應(yīng)用。相應(yīng)的軟件有采集、采集控制、數(shù)據(jù)處 理、顯示、結(jié)果打印等。同時，為了與軟件結(jié)構(gòu)相配合，還必須將程序存儲器 (ROM)和數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)實現(xiàn)規(guī)劃。軟件看門狗技術(shù)的基本思路是 :在主程序中對 T0 中斷服務(wù)程序進(jìn)行監(jiān)視 。電子式的復(fù)費率電能表一般使用單片機對電能脈沖進(jìn)行分時段計算處理，同時具有有效的參數(shù)設(shè)定。我們常常也叫它單片機。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P2 口在FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。從性能上來比較 CS546OA 比 AD7755 增加了如下功能 :具有片內(nèi)看門狗定時器與內(nèi)部電源監(jiān)視器；具有瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值測量及電能計量功能；提供了外部復(fù)位引腳；雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；外部時鐘最高頻率可達(dá) 20MHz；具有功率方向輸出指示。 CPUCLK:片內(nèi)振蕩器輸出引腳。 MODE:模式選擇引腳。 SDI:串行數(shù)據(jù)輸入引腳。 DGND:數(shù)字地。根據(jù)單相電子式電能表使用的具體情況在系統(tǒng)時鐘輸出引腳 (XOUT)和系統(tǒng)時鐘輸入引腳 (XIN)之間選擇 的晶振和 K=1 的分頻系數(shù)為CS546OA 提供系統(tǒng)時鐘。 另外，使用 AT89C51 的外部中斷 12(INTO)接收 CS546OA 的電能輸出引腳 ( )輸出的表示電能的脈沖信號，當(dāng) AT89C51 接收到一個脈沖時發(fā)生中斷使存放累計電能值的存儲單元的值按一個脈沖所代表的電能數(shù)增加。電源電路中設(shè)計由兩個一階無源 RC濾波網(wǎng)絡(luò)組成的二階濾波電路濾掉直流電壓中的噪聲信號，再通過一個 F 的電容提高抗干擾能力。但是在實際使用中，交流信號的波形通常不是以準(zhǔn)確的正弦曲線形式出現(xiàn)，為了在兩個輸入通道允許有一些超范圍的信號進(jìn)入，常用最大電壓有效值和最大電流有效值的 倍作為兩個通道的輸入電壓范圍。在電壓通道中的電阻、電容所起的作用與電流通道中的電阻、電容所起的作用相同，其典型取值也是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，對應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符?？梢圆樵兯矔r電流值，瞬時電壓值，電壓有效值，電流有效值，各時段值的設(shè)置值。鍵盤中哪一個鍵被按下是列線逐行置低電平后，檢查行線輸入狀態(tài)。 圖 X5045 管腳分布圖 RESET:復(fù)位輸出引腳?？撮T狗定時器對 CPU(或 MCU)提供了獨立的保護(hù)機制。寫保護(hù)引腳 ( )與電源相連。 I/O:數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。為了實現(xiàn)這個功能，在電路設(shè)計過程中使用了三態(tài)門 74LS125 再經(jīng)一個反相器 74LS04 進(jìn)行控制 (如圖 )。根據(jù)圖 編制的程序可以完成所設(shè)計的電能表的全部功能。其主要包括起動轉(zhuǎn)換命令， SYNC0 命令， SYNC1命令，上電命令、掉電命令、校準(zhǔn)命令，寄存器讀 /寫命令。串行口一旦接收到新的命令，它就立即執(zhí)行并可能結(jié)束前一個寄存器讀。位 6 為邏輯 0 指定時鐘 /日歷數(shù)據(jù) 。在片選信號（ ）為低電平并且寫保護(hù)信號（ ）為高 電平時，數(shù)據(jù)在串行時鐘信號 SCK 的上升沿由時鐘同