【正文】 29 P 0 . 4 是 否 按 下 累 加 器 置 0P S W . 5 清 零返 回YNP 0 . 5 是 否 按 下 累 加 器 置 1YNP 0 . 6 是 否 按 下 累 加 器 置 2YNP 0 . 7 是 否 按 下 累 加 器 置 3YNP S W . 5 置 1 標(biāo) 志 位 0 7 H 置 1 圖 413 鍵盤掃描流程圖 30 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試過程 本次設(shè)計考慮到各方面原因，沒有做實物，所以硬件調(diào)試在本設(shè)計中將不在講述。 通過上面的公式我可以求出任意時刻的電壓電流有效值，電壓有效值測量子程序流程圖如圖 47 所示，電流有效值測量子程序流程圖如圖 48 所示。根據(jù)上面所述我們設(shè)定 T1工作于定時方式 2， T0 計數(shù)方式 1，串口工作于方式 1。 D0D7 與 P2口相接， E、 RW、 RS分別與 、 、 相接。等到 CS 片選再次低電平，開始第二次操作。由于已知本系統(tǒng)所測量的電路頻率主要為 50HZ 的交流電，在系統(tǒng)中電壓接入 INT0（單片機的 管腳），電流接入 INT1（單片機的 管腳），這樣根據(jù)電壓和電流過零的時間差，再通過軟件編程我們可以計算出電壓和電流之間相差的相位角，從而滿足了設(shè)計要求。 TVA142101 型電流互感器中間有一個通孔，應(yīng)用時可將待測電線穿過此孔，它輸出的小信號電流也是與輸入的電流成線性比例的，使用時在二次端串接電阻，即可采樣到電壓。 三、 24C16的時序描述 1． 24C16 的起始信號： 時鐘線為高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為 24C16 的起始信號。 綜上，本設(shè)計采用方案一。 單片機Ａ / Ｄ電壓采樣電流采樣存儲獨立鍵盤液晶顯示電流采樣 整流過零比較器電壓采樣 圖 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計方 案及技術(shù)分析 電壓電流采集模塊 方案一：電阻分壓采樣 通過將電阻串聯(lián)或電阻并聯(lián)放到待測電路中，電流流過電阻，從而采集到電壓電流的值。在制作硬件系統(tǒng)的平臺上編寫相關(guān)的程序并實現(xiàn)功率的計算與顯示。該單相數(shù)字功率表采用 AT89C52 單片機作為中央處理器，其間通過檢測電壓電流值，采用過零比較法利用單片機的定時器計算出相位角 ? ，最后依據(jù) ?UICOSP? 得出電網(wǎng)功率，最后將檢測到的測量值顯示在液晶顯示器上。傳統(tǒng)的指針式電能表功能單一且精度低，以不能滿足社會的需求，故采用單片機的數(shù)字功率表，精度高、抗干擾能力強、集成方便，還可與 PC機進行實時通訊。對輸出結(jié)果進行顯示。 相位角測量模塊 功率因數(shù)是指正弦信號的電壓超前于電流的相角的余弦值。任 意一個 從 I2C 總線接收數(shù)據(jù)的器件 叫做 接收器。電壓采樣電路如圖 35 所示。在前面一節(jié)中，對于電壓與電流的采集，我們是通過互感器來獲得的，在本節(jié)中我還是采用互感器來獲得電壓電流的真實值。 （ 6）片內(nèi) 設(shè)有 轉(zhuǎn)換器 ， 使該器 件具有 以下特點： 高速（單次轉(zhuǎn)換 的 時間 10us）、高精度（ 10 位 的 分辨率、最大 +LSB 線性 的 誤差）和低噪聲。 SMC1604A 是標(biāo)準(zhǔn)字符型 的 液晶顯示 器 ，其 利 用點陣型 的 液晶顯示器 (LCD)，可以顯示16 個字符 *4 行 的 西文字符，字符尺寸為 *(WXH)mm，內(nèi)置 HD44780 接口 ， 可與單片機 的接口 直接相連，應(yīng)用于各類儀器儀表 及電子設(shè)備。 圖 42 主程序流程圖 初始化子程序的設(shè)計 初始化程序主要用來確定程序的初始堆棧，程序狀態(tài)字，對相應(yīng)的存儲單元進行清零，設(shè)定定時器工作方式等等，初始化程序的具體步驟如下： 1) 由于單片機在復(fù)位后堆棧為 07H，所以在系統(tǒng)開始后應(yīng)該重新設(shè)置 堆棧； 2) 清 24C16 寫保護，讀取標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，比較標(biāo)志寄存器中的內(nèi)容是否等于0AAH，如果相等則保持系統(tǒng)上次運行的狀態(tài)，否則清除以前狀態(tài)； 3) 設(shè)置定時器工作方式和波特率。 0300V 輸入電壓對應(yīng) 05V的輸出電壓， 05A 的輸入電流對應(yīng) 05V 的電壓。 鍵盤使用 P0口，由于 51單片機 P0 具有漏電保護的作用，所以在使用的時 候要加入上拉電阻。 Proteus 軟件應(yīng)用 Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的一種可以對電路進行分析、對實物進行仿真的軟件。功率測試流程圖如圖 49 所示。 21 開 始確 定 堆 棧 ， 清 寫 保 護讀 取 標(biāo) 志 寄 存 器 的 內(nèi) 容標(biāo) 志 寄 存 器 送 0 A A HYN設(shè) 定 時 器 的 工 作 方 式系 統(tǒng) 是 否 是 第 一 次 上 電清 計 數(shù) 內(nèi) 容清 數(shù) 據(jù) 處 理 區(qū)設(shè) 置 波 特 率 ， 串 口 工 作 方 式初 始 化 液 晶 顯 示 器顯 示 初 始 畫 面結(jié) 束 圖 43 初始化流程圖 測量子程序 測量程序是整個系統(tǒng)的主要程序，是整個循環(huán)程序的主體內(nèi)容。本章主要針對數(shù)字功率表的測量詳細(xì)的介紹了軟件實現(xiàn)的過程。 TLC1543 硬件電路圖為 312 所示， TLC1543 的輸入寄存器格式如表 32 所示，根據(jù)硬件原理圖和表格 32 可以確定出各個量程的的通道地址以及 TLC1543 的控制格式如表 33 所示。本次設(shè)計選用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片作為處理器，在此選擇有 11 路模擬量輸入的 TLC1543 轉(zhuǎn)換器，因為 TLC1543 不僅轉(zhuǎn)換時間很快、采樣的精度高而且使用單片機 I/O 接口少，完全可以滿足系統(tǒng)的測量要求。 9 T 2T V A 1 4 2 1 0 2I P 2I P 1電 流 采 集R 53 0 0G N DI D0 5 A3 . 3 3 m A1 V 圖 36 電流采樣電路 三、信號處理分析 該模塊主要是將電壓電流采樣模塊采樣到的交流電壓信號進行整流和平波處理，使其能被 A/D轉(zhuǎn)換模塊可接收的 05V直流電壓信號?！?1”表示對控制字進行讀 的 操作，“ 0”表示對控制字進行寫 的 操作。 單片機最小系統(tǒng)簡介 本系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機， 它 是一種低功耗、高性能的芯片。同時互感器 能夠 隔開高壓 電力 系統(tǒng)， 從而 人身和設(shè)備的安全 得到保證 。 2 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng)基本思想 本 設(shè)計是針對二端網(wǎng)絡(luò)（如圖 21）電路中參數(shù)的測量，假設(shè)端電流 i 及端電壓 u是在關(guān)聯(lián)的參考下，分別為 wtIi sin2? ， )sin(2 ??? wtUu ，其中 ? 是電壓超前于電流的相位角，則瞬時功率 )2c o s (c o ss i n2)s i n (2 ??? ??????? wtUIUIwtIwtUuip ，其中 U、 I 分別是電路的電壓有效值和 電流有效值，通過濾除高頻交流分量，就可以得到功率的有效值。 關(guān)鍵詞 ：單片機 數(shù)據(jù)采集 過零比較 液晶顯示 II Abstract This paper describes the design of singlephase digital electric power meter based on single phase digital power meter using AT89C52 microcontroller as the central processor, which by detecting the voltage and current value, the zero crossing parison method the use of singlechip timer to calculate the phase angle ? , finally based on ?UICOSP? the results of the power, the measurement of the detected value displayed on the LCD paper also introduces the related hardware circuit and software program flow chart, the design mainly includes the following aspects: sampling and processing, analogtodigital conversion, application and programming, MCU LCD AC signal the development of society, electronic products gradually towards digitization, informatization, automation development direction, the design of the digital power meter has gradually replaced the traditional analog pointer type power meter, it has advantages of strong antiinterference ability, high precision, strong expansibility, easy to be integrated, with good research significance. Keywords:microcontroller data acquisition more than zero liquid crystal display IV 目 錄 摘要 ..................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................... II 第 1 章 概 述 ....................................................................................................................................... 1 設(shè)計背景與意義 ..................................................................................................................... 1 研究內(nèi)容 ................................................................................................................................ 1 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 ........................................................................................................................... 2 系統(tǒng)基本思想 ......................................................................................................................... 2 系統(tǒng)功能要求 ......................................................................................................................... 2 系統(tǒng)框圖 ................................................................................................................................ 3 設(shè)計方案及技術(shù)分析 .............................................................................................................. 3 電壓電流采集模塊 ....................................................................................................... 3 信號處理模塊 ..............................................................................