【正文】 第 21 頁 共 40 頁 其他設(shè)置如表 37所示： 表 37 其他設(shè)置 指 令碼 功能 01H 顯示清屏： 0 0 02H 顯示回車 :數(shù)據(jù)指針清 0 (9)初始化設(shè)置 顯示模式設(shè)置 如表 38所示： 表 38 顯示模式 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16X2 顯示 ,5X7 點陣 ,8位數(shù)據(jù)接口 顯示開 /關(guān)及光標(biāo)設(shè)置 電路設(shè)計 根據(jù) LCD1602 各個引腳的功能以及輸入值，設(shè)計了如下電路： 圖 312 LCD1602電路 硬件抗干 擾設(shè)計 在用電負(fù)荷很小時， 220V 的電壓與幾個 μ V 的小信號會共集于一塊電路板上，如果電源布局不當(dāng)，有用信號會被噪聲所淹沒。在電路設(shè)計中，嚴(yán)格保證強電與弱電的隔離，除了電路有直接連接外， 100V 以上的強電印刷布線與弱電印刷布線間距離設(shè)計大于 45mm。若 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H— FFFFH） EA 端必須保持低電平（接地） 。 P2口：是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口，也可作為片外存儲器的高 8 位地址總線，與 P0 口配合，組成 16位片外存儲器單元地址。 （ 1）電源引腳 Vcc（ 40 腳） ： 電源端，接 +5V 電源；地腳 GND（ 20 腳） :接地端 。 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 當(dāng) WAVMODE 的第 5 位為 1 時 , LAENERGY 累加無功電能 ,但這個值是不太準(zhǔn)確 ,只供判斷無功的方向即感容性。 由于功率就是單位時間內(nèi)的能量，如果己知對應(yīng)時間內(nèi)的能量值，便能夠求出功率。這些單電壓輸入端的最大輸入電壓變化范圍為士 ，信號處理流程與電流通道類似，電壓通道的相位偏移可通過寫入 AVRMSOS，BVRMSOS， CVRMSOS 寄存器進行補償，在此不再贅述。這些輸入是全差動 電壓輸入，允許差動輸入信號范圍可選為士 ，士 ，士 (相對于 UN 端 )，根據(jù)內(nèi)部放大器的增益選擇來設(shè)定輸入電壓的最大值。缺省值為 0h。在串行數(shù)據(jù)總線上沒有數(shù)據(jù)流動的時候該邏輯輸出端為高阻抗?fàn)顟B(tài)。此低電平有效邏輯輸入控制，允許 ADE7754 與其它幾個裝置分享串行總線。 或者177。外部參考端也可以與該腳相連。 。 第 12 頁 共 40 頁 電參數(shù)處理部分 ADE7754 ADE7754 是帶有 SPI 串行接口和脈沖輸出的高精度多相電能測量芯片 , 既可以用于三相三線也適用于三相四線 ,能夠準(zhǔn)確地計量 有功和視在功率 ,并且還可以測量電壓 、電流、頻率等電參數(shù) ,具有非常高的測量精度。 但由于時間較短以及工作量太大，該部分未能完成。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 硬件系統(tǒng)不但在功能上要完全滿足系統(tǒng)運行的要求，而且還要考慮為以后技術(shù)的發(fā)展留有余地。一些 16位單片機、32 位的 ARM 芯片性能好，但價格高，且考慮到測量模塊的實際用途，有些功能用不上造成浪費。 （ 2） PL3223 提供若干間接參數(shù)。其無功功率近似為 0， 第 8 頁 共 40 頁 故在樣機的顯示中不顯示無功功率。來測得信號周期的，從而求得信 號的頻率 f： f=fs/n (27) 這兩種方法，前者宜于測量較高頻率的信號，時基越準(zhǔn)、越一長，測量精度越高 。i(t)—— 電流瞬時值 。由于無法測出諧波含量，它們之間的關(guān)系也就 無法確定。進行電路原理圖的設(shè)計，繪 PCB 圖、制板，焊接，得到試驗電路板，對電路板按功能模塊進行調(diào)試，分析調(diào)試時產(chǎn)生的故障并進行排除。 硬件電路采用ADE7754 系列 高精度 單 三相電能測量芯片與 ARM/51 微處理器、電壓互感器和電流互感器的測量接口 、 顯示接口 ， 采擴展以太網(wǎng)接口及嵌入式 TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信 。本文研制的 智能電表 通過選用高精度的計量芯片和高處理速度的 8 位單片機，采用電能計量專用芯片 +單片機的方案并盡量采用集成化元件進行設(shè)計，這樣在設(shè)計中，單片機只要對計量芯片 的控制寄存器寫入適當(dāng)?shù)目刂谱志涂梢粤?，大大?jié)省了硬件設(shè)計所需的元 件，影響系統(tǒng)精度的因素也隨 第 4 頁 共 40 頁 之減少，使高精度的測量更易實現(xiàn)，也因此提高了系統(tǒng)的可靠性。從對國內(nèi)外產(chǎn)品的分析中可以看到，目前電子式電參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)中對參數(shù)的測量一般采用的方法有以下幾種 : （ 1） 雙 MCU 結(jié)構(gòu)，通過 A/D 芯片采集三相電信息，送入前端 MCU 完成數(shù)據(jù)采集功能，然后由后端 MCU 通過軟件計算出各參數(shù)，完成顯示、控制和通信功能。這類儀器同指針式儀器相比較精度有了很大的提高，能直觀讀取測量結(jié)果，而且可靠性高，易于使用。 電網(wǎng)電壓、電流的波動，將影響用電設(shè)備的功效發(fā)揮和使用壽命；電網(wǎng)頻率的波動，不僅使過多的電能轉(zhuǎn)換為熱能而白白浪費掉，而且嚴(yán)重時有可能損壞設(shè)備；電網(wǎng)功率因數(shù)過低，將導(dǎo)致供電電能得不到充分利用，因此，必須有一種設(shè)備和手段對電網(wǎng)中的電力參數(shù)進行實時監(jiān)測并做出相應(yīng)的措施，保證電力系統(tǒng)與設(shè)備運行良好。 開題的背景和意義 電能既是電力企業(yè)的產(chǎn)品，又是商品 。隨著我國電力市場的逐步建立和完善，電力系統(tǒng)越來越復(fù)雜，電力工業(yè)向大容量方向發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理對工業(yè)電力準(zhǔn)確計量不斷提出新的要求 。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 經(jīng)調(diào)試本文設(shè)計的 智能電表 實現(xiàn) 了多種電參數(shù)的測量，在達(dá)到高測量精度的基礎(chǔ)上同時降低了儀器體積。本論文 針對用戶的需求 設(shè)計 的 一種智 能電表，可用于單 相 工頻電參數(shù) 的 精密測量，包括電流、電壓、頻率 、有功功率、 視在 功率 、有功電能，視在電能 等，且具有 顯示 功能。 highperformance energy measurement chips 第 3 頁 共 40 頁 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性 聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 節(jié)能降耗是現(xiàn)代工業(yè)進步的主要標(biāo)志之一，提高電能有效利用率，對電能質(zhì)量進行綜合監(jiān)測與治理， 已 成為迫切需要解決的問題。 在電力系統(tǒng)中，電能計量是電力生產(chǎn)、銷售以及電網(wǎng)安全運行的重要環(huán)節(jié)，發(fā)電、輸電、配電和用電均需要對電能準(zhǔn)確計量。電力工業(yè)生產(chǎn)、電能計量、電力通訊以及自動化調(diào)度的安全、可靠和準(zhǔn)確性都必須依靠安裝在電力生產(chǎn)現(xiàn)場和用電現(xiàn)場的監(jiān)測各電參量的儀表來完成和保證。所謂智能儀器，一般指含有微處理器的儀器，通過微處理器來控制數(shù)據(jù)的采集，并對數(shù)據(jù)進行處理。 （ 2） DSP+MCU 結(jié)構(gòu)，通過刀 D芯片采集的信息直接送入 DSP 芯片進行處理，得到所需參數(shù)，由 DSP 完成數(shù)據(jù)的采集和運算，交給后端的 MCU，由 MCU 完成控制、通信和人機交互的功能。對于單片機系統(tǒng)而言，主要工作只需要寫計量芯片的控制寄存器、讀計量芯片的數(shù)據(jù)寄存器、接收狀態(tài)信息、處理中斷以及將計量芯片處理過的數(shù)據(jù)送到上位機進行處理存儲與顯示。 （ 4） 用計算機繪制相關(guān)硬件的原理圖、制版圖、電氣安裝接線圖各一份。 （ 4） 模擬調(diào)試 在完成軟、硬件的聯(lián)合調(diào)試后，利用 220V 交流電壓 進行本 樣機 的系統(tǒng)調(diào)試及校準(zhǔn)，并得到相關(guān)數(shù)據(jù) 以及系統(tǒng)運算精度 。交流采樣法是按照一定規(guī)律對被測信號瞬時值進行采樣，再用一定的數(shù)值算法求得被測量。 頻率測量 常用的頻率測量的方法有頻譜測量法和 頻率計數(shù)法。由于晶振頻率的精度很高，所以計數(shù)法在合理的測量時間或參考頻率情況下容易獲得滿意的測量精度，考慮到本文所要測的是交流電的工頻為 50Hz，因此選用周期計數(shù)測量法，以提高系統(tǒng)效率。它的大小、極性和負(fù)載有關(guān)。 3℃）；用戶片內(nèi)可編程線電壓跌落（ SAG）檢測以及電源設(shè)備間斷監(jiān)控的閥值；帶有 IRQ 與 SPI 兼容的串行接口；頻率可設(shè)置的脈沖輸出；在環(huán)境條件變化很大或長時間使用條件下， ADC 和 DSP 仍能保證高精度 。它們的主要差別有： （ 1） 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個 發(fā)光二極管 單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個 “8” 可分為 1 位、 2 位、 4 第 9 頁 共 40 頁 位等數(shù)碼管 ，但是數(shù)碼管 對于顯示太多的字符不太方便。 中央控制部分主要通過單片機實現(xiàn)系統(tǒng)中各個部件協(xié)調(diào)控制，數(shù)據(jù)的基本處理等等重要的功能。 第 11 頁 共 40 頁 圖 32 輸入接口 前端采樣電路 由于 ADE7754輸入電壓的范圍為士 ，所以不能直接將電網(wǎng)上的交流電壓或電流直接輸入到芯片上，必須在前端接入電壓與電流互感器及信號調(diào)理電路。 圖 35 ADE7754 芯片 的引腳功能 ADE7754 有 24 個引腳，其中 AVDD 與 DVDD 需輸入 5V電壓使芯片工作， CLKIN 和 CLKOUT 之間并聯(lián)一個 10MHz 石英晶 體為 ADE7754 提供時鐘信號 ， 其他重要的引腳功能如下： （ 1） IAP ， IAN； IBP， IBN； ICP， ICN：電流通道的模擬輸入。除此之外，所有的輸入引腳均能承受177。這些通道與電壓轉(zhuǎn)換器一起使用，為電壓通道。 6V 的過電壓而 不會造成永久損壞，并具有靜電放電（ ESD）保護電路。 （ 7） SCLK：同步串行接口的串行時鐘信號輸入端。這個寄存器是設(shè)置芯片的操作模式的 ,在本系統(tǒng)中需要輸出有功脈沖 ,因此將 OPMODE 設(shè)為 0h。缺省值為 70h,即 A、 B、 C 三相都被選擇。所有的輸入引腳均能承受士 6V 的過電壓而不會造成永久損壞，并具有靜電釋放保護電路。 PEIROD( 07h)記錄了 MMODE 所選定的電壓周期 ,當(dāng) CLKIN= 10MHz時 , 周期等于 PERIOD** 秒。 P=（ E1E2） /（ t1t2） (31) 理論分析如此，但實際操作時，這種方式既要考慮 ADE7754能量寄存器的溢出問題和單片機定時器的溢出問題，還要考慮 tlt2 的時間長度，過長則使瞬時功率平均化，過短則增加單片機軟件的復(fù)雜程度，降低了可靠性。 P=E/T （ 32） 這樣就不必考慮采樣起始時刻 fl和結(jié)束時刻 t2，做到了采樣時間和能量同步， 每隔周期 T 刷新一次 ， 還減輕了軟件編寫的難度 ?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù) 工作。 第 18 頁 共 40 頁 XTAL2（ 18 腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。 如表 31 所示： 表 31 P3 口引腳第二功能 引腳 第二功能 功能說明 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 WR 片外 RAM 寫選通信號（輸出） RD 片外 RAM 讀選通信號（輸出） （ 4）控制引腳 RST（ 9 腳）：復(fù)位輸入。 1602型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富