【正文】 1602型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。 第 18 頁 共 40 頁 XTAL2（ 18 腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。 P=E/T （ 32） 這樣就不必考慮采樣起始時(shí)刻 fl和結(jié)束時(shí)刻 t2，做到了采樣時(shí)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 。 PEIROD( 07h)記錄了 MMODE 所選定的電壓周期 ,當(dāng) CLKIN= 10MHz時(shí) , 周期等于 PERIOD** 秒。缺省值為 70h,即 A、 B、 C 三相都被選擇。 （ 7） SCLK：同步串行接口的串行時(shí)鐘信號(hào)輸入端。這些通道與電壓轉(zhuǎn)換器一起使用，為電壓通道。 圖 35 ADE7754 芯片 的引腳功能 ADE7754 有 24 個(gè)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(gè) 10MHz 石英晶 體為 ADE7754 提供時(shí)鐘信號(hào) ， 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。 中央控制部分主要通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各個(gè)部件協(xié)調(diào)控制，數(shù)據(jù)的基本處理等等重要的功能。 3℃）；用戶片內(nèi)可編程線電壓跌落（ SAG）檢測(cè)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(shí)間使用條件下， ADC 和 DSP 仍能保證高精度 。由于晶振頻率的精度很高，所以計(jì)數(shù)法在合理的測(cè)量時(shí)間或參考頻率情況下容易獲得滿意的測(cè)量精度，考慮到本文所要測(cè)的是交流電的工頻為 50Hz，因此選用周期計(jì)數(shù)測(cè)量法，以提高系統(tǒng)效率。交流采樣法是按照一定規(guī)律對(duì)被測(cè)信號(hào)瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，再用一定的數(shù)值算法求得被測(cè)量。 （ 4） 用計(jì)算機(jī)繪制相關(guān)硬件的原理圖、制版圖、電氣安裝接線圖各一份。 （ 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(jìn)行處理，得到所需參數(shù)，由 DSP 完成數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)算，交給后端的 MCU，由 MCU 完成控制、通信和人機(jī)交互的功能。電力工業(yè)生產(chǎn)、電能計(jì)量、電力通訊以及自動(dòng)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(cè)各電參量的儀表來完成和保證。 節(jié)能降耗是現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)步的主要標(biāo)志之一，提高電能有效利用率，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)與治理， 已 成為迫切需要解決的問題。 highperformance energy measurement chips 第 3 頁 共 40 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 經(jīng)調(diào)試本文設(shè)計(jì)的 智能電表 實(shí)現(xiàn) 了多種電參數(shù)的測(cè)量，在達(dá)到高測(cè)量精度的基礎(chǔ)上同時(shí)降低了儀器體積。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(duì)工業(yè)電力準(zhǔn)確計(jì)量不斷提出新的要求 。 電網(wǎng)電壓、電流的波動(dòng)，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(dòng)，不僅使過多的電能轉(zhuǎn)換為熱能而白白浪費(fèi)掉，而且嚴(yán)重時(shí)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(duì)電網(wǎng)中的電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并做出相應(yīng)的措施，保證電力系統(tǒng)與設(shè)備運(yùn)行良好。從對(duì)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(cè)系統(tǒng)中對(duì)參數(shù)的測(cè)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(jì)算出各參數(shù)，完成顯示、控制和通信功能。 硬件電路采用ADE7754 系列 高精度 單 三相電能測(cè)量芯片與 ARM/51 微處理器、電壓互感器和電流互感器的測(cè)量接口 、 顯示接口 ， 采擴(kuò)展以太網(wǎng)接口及嵌入式 TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信 。由于無法測(cè)出諧波含量，它們之間的關(guān)系也就 無法確定。來測(cè)得信號(hào)周期的，從而求得信 號(hào)的頻率 f： f=fs/n (27) 這兩種方法，前者宜于測(cè)量較高頻率的信號(hào)，時(shí)基越準(zhǔn)、越一長，測(cè)量精度越高 。 （ 2） PL3223 提供若干間接參數(shù)。 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(yùn)行的要求，而且還要考慮為以后技術(shù)的發(fā)展留有余地。 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(cè)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(jì)量 有功和視在功率 ,并且還可以測(cè)量電壓 、電流、頻率等電參數(shù) ,具有非常高的測(cè)量精度。外部參考端也可以與該腳相連。此低電平有效邏輯輸入控制，允許 ADE7754 與其它幾個(gè)裝置分享串行總線。缺省值為 0h。這些單電壓輸入端的最大輸入電壓變化范圍為士 ，信號(hào)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(jìn)行補(bǔ)償，在此不再贅述。 當(dāng) WAVMODE 的第 5 位為 1 時(shí) , LAENERGY 累加無功電能 ,但這個(gè)值是不太準(zhǔn)確 ,只供判斷無功的方向即感容性。 （ 1）電源引腳 Vcc（ 40 腳） ： 電源端，接 +5V 電源；地腳 GND（ 20 腳） :接地端 。若 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H— FFFFH） EA 端必須保持低電平（接地） 。 (7)數(shù)據(jù)指針設(shè)置 控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶可以通過它們?cè)L問內(nèi)部的全部 80 字的RAM，如表 36所示： 表 36 LCD1602 指令碼功能 指令碼 功能 80H+地址碼（ 0～ 27H， 40～ 67H） 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 (8)其它設(shè)置 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(diǎn)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(jì) 根據(jù) LCD1602 各個(gè)引腳的功能以及輸入值，設(shè)計(jì)了如下電路： 圖 312 LCD1602電路 硬件抗干 擾設(shè)計(jì) 在用電負(fù)荷很小時(shí)， 220V 的電壓與幾個(gè) μ V 的小信號(hào)會(huì)共集于一塊電路板上，如果電源布局不當(dāng)，有用信號(hào)會(huì)被噪聲所淹沒。 P1口：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 圖 39 ADE7754 外圍電路 第 17 頁 共 40 頁 STC89C52 單片機(jī) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。因此，通常的求功率方式是采用記脈沖的方法，由單片機(jī)處理 ADE7754 的脈沖輸出引腳如 CF 的值進(jìn)行計(jì)算，但是所有電子式計(jì)量芯片在進(jìn)行停電實(shí)驗(yàn)時(shí)都會(huì)發(fā)生丟失 n 個(gè)脈沖的情況，這是采用電子技術(shù)不可避免的原理性缺陷，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來說，丟脈沖的現(xiàn)象長期積累會(huì)造成可觀的電能浪費(fèi)，這對(duì)于追求成本控制的用戶來說是不可忍受的。 （ 1）電流的測(cè)量。 （ 8） DOUT：串行口的數(shù)據(jù)輸出端?？梢酝ㄟ^內(nèi)部寄存器 PGA 選擇輸入信號(hào)的最大值為177。，177。 電參數(shù)處理部分的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分，它是電參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，是電能計(jì)量功能的體現(xiàn)，它包括前端采樣部分完成原始參數(shù)的精確采樣及初步的整流濾波處理，以及電參數(shù)計(jì)量部分對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算來獲得更多有用數(shù) 據(jù)，直接得到各相電壓、電流有效值及有功、無功、視在電能值 。而且由于系統(tǒng)需考慮功耗，低電壓供電的單片機(jī)除了能減小單片機(jī)本身功耗外，還可使外部邏輯 電路功耗降低，這對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗有著重要的作用。I—— 電流有效值 。故在芯片的選型中考慮芯片的功能而在實(shí)際的應(yīng)用電路中以采集單相的交流電為準(zhǔn)。進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)的選型工作。 隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，測(cè)量電路的集成化、模塊化成為未來發(fā)展的趨勢(shì)，各大型的器件公司也紛紛推出自己計(jì)量芯片，這種集成芯片不僅精確度高，而且硬件軟件設(shè)計(jì)簡單、性價(jià)比高。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在過去的一個(gè)世紀(jì)里，源于科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)甚至戰(zhàn)爭的需求，電測(cè)量理論以及儀表技術(shù)不斷發(fā)展，電力儀表和普通儀表一樣，發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段 : 第一代是指針式儀表，如模擬萬用表、電壓表、電流表，這些儀表的基本結(jié)構(gòu)是電磁式、電動(dòng)式、感應(yīng)式、靜電式等，它的原理簡單、堅(jiān)固耐用、容易生產(chǎn)、成本低，但由于這類儀表本身機(jī)械結(jié)構(gòu)和電磁結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和復(fù)雜性，一般精度較低，穩(wěn)定性較差，應(yīng)用場合有一定的局限性。作為電力管理系統(tǒng)組成部分 —— 電力監(jiān)控儀表也起著越 來越重要的作用，針對(duì)不同領(lǐng)域的電力系統(tǒng)，研制一種 精密 的電力監(jiān)測(cè)裝置就具有非常重大的意義，它不但要能對(duì)如電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能和頻率等重要的電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，也需要具有完備的通信功能。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。硬件設(shè)計(jì)部分重點(diǎn)研究了如何簡化電路、降低設(shè)備成本并能夠?qū)崿F(xiàn)多功能及高精度計(jì)量，采用高性能電 能計(jì)量芯片取代了傳統(tǒng)的采樣電路進(jìn)行電能的測(cè)量，并在設(shè)計(jì)時(shí)采用集成化元件簡化外圍電路，選用低功耗單片機(jī) 管理參數(shù) 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 在社會(huì)生產(chǎn)、人民生活中，電能是不可缺少的。這類儀表不僅精度高，功能強(qiáng)大，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。目前的電能計(jì)量芯片的另一特點(diǎn)是把電測(cè)量理論關(guān)于電功率 (電能 )的一些基本理論融入了芯片制造技術(shù)中。電氣量采集和計(jì)算的方法主要有兩種，一種是直流采樣算法，另一種是交流采樣算法。 計(jì)數(shù)法是最常用的測(cè)量頻率的方法，分為頻率計(jì)數(shù)與周期計(jì)數(shù)兩種。由于本次測(cè)量所帶負(fù)載為燈泡，有功功率約等于視在功率，故也不顯示功率因數(shù)。 （ 3） 12864 是 128*64 點(diǎn)陣 液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡稱 ，具體屏幕大，易于編寫程序以及數(shù)據(jù)的顯示，但是價(jià)格相對(duì)比較貴。由 1路電阻網(wǎng)絡(luò)分壓得到各相的電量信號(hào)，將電流信號(hào)和電壓信號(hào)接人電能計(jì)量芯片 ADE7754。 （ 2） REFIN/OUT ： 該引腳提供對(duì)對(duì)片上基準(zhǔn)電壓的訪問。低電平有效的開漏極邏輯輸出端。在本系統(tǒng)中電壓通道放大器增益設(shè)為 X1,而電流通道放大器增益設(shè)為 X2, 因此將 GAIN 設(shè)為 2h。由于輸入時(shí)可能有噪聲干擾會(huì)造成電流相位偏移，可通過寫入 AIRMsos， BIRMsos， CIRMsos 寄存器進(jìn)行補(bǔ)償?？紤] ADE7754 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換過程，能量寄存器的值并非實(shí)時(shí)值，而是以一定的時(shí)間間隔更新，那么在公式 (31)中 t1， t2 無法準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于ADE7754 實(shí)際采樣 El， E2的時(shí)刻，這樣就存在著不同步現(xiàn)象，必然會(huì)影響功率精度。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。 PSEN （ 29 腳）： 外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào) 端 。數(shù)字地與模擬地通過單點(diǎn)方式連接來提高抗 第 22 頁 共 40 頁 干擾性能。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字