【正文】 計(jì)雖然沒有儀表與被測(cè)電路的隔離，但是可以大大降低儀表的成本。 5)量程選擇(Range Select) 定義模擬量的輸入范圍如表 38 所示。 為此，本設(shè)計(jì)對(duì)中斷和定時(shí)器資源的應(yīng)用有如下的設(shè)想： 1)看門狗設(shè)置每秒種動(dòng)作一次并導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位并執(zhí)行主程序，在完成一次電29能計(jì)量和實(shí)時(shí)時(shí)鐘更新后進(jìn)入 LPM3 方式，等待下一秒種的看門狗復(fù)位： 2)基本定時(shí)器的 BTCNTI 提供 LCD 的驅(qū)動(dòng)脈沖，BTCNT2 產(chǎn)生高速定時(shí)中斷，對(duì)電壓和電流進(jìn)行采樣： 3)八位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和 與 協(xié)同用于采用紅外的異步串行通信。由于在 MSP430C323 單片機(jī)中沒有硬件串口通信功能，利用 8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)軟件串口通信功能。此時(shí)，在看門狗控26制寄存器 WDTCTL 中各位和看門狗計(jì)數(shù)器 WDTCNT 中各位復(fù)位。MSP430X32X 中的各個(gè)模塊，這些模塊包括 ADC、EPROM、晶振緩沖器、系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器/口、八位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、基本定時(shí)器、LCD 驅(qū)動(dòng)器、PO 口和特殊功能寄存器等，這些模塊統(tǒng)稱為外圍(Peripheral)，創(chuàng)門的編程和應(yīng)用要用到一些特定的存儲(chǔ)單元(寄存器) ，這些單元占有相應(yīng)的地址。 MSP430C3XX 系列單片機(jī)單片機(jī)是電能表的數(shù)據(jù)處理部分的核心器件，系統(tǒng)要求在短時(shí)間內(nèi)處理大量的數(shù)據(jù)，因此要求單片機(jī)有較高的運(yùn)算速度。 多費(fèi)率電能表開發(fā)過程本選題以美國德州儀表(Texas Instruments)公司生產(chǎn)的以超低功耗 16 位單片機(jī) MSP430X32X 系列為核心開發(fā)多費(fèi)率電能表，其開發(fā)過程遵循以下步驟： 1. 根據(jù)任務(wù)需求及單片機(jī)所能提供的資源(外圍 I/O 接口、定時(shí)器、中斷和計(jì)算時(shí)間等)在 MSP430系列中選擇最適當(dāng)?shù)男吞?hào)： 2. 對(duì)硬件電路進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)，并按工作條件選擇單片機(jī)外部器件： 3. 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)單片機(jī)的 RAM 單元進(jìn)行分配和定義： 4. 設(shè)計(jì)完整軟件的流程圖： 5. 軟件模塊化匯編語言編程，匯編與糾錯(cuò)： 6. 仿真調(diào)試與修改完善： 7. 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和測(cè)試。1?n tt 時(shí)刻 則電流為tn?si? （式 2)sin(?tI12）時(shí)刻電壓采樣值t?? （式 2)si(1????tUn13）時(shí)刻電壓采樣值t? （式 2—)si(1???tn14）為被測(cè)電壓和被測(cè)電流之間的相位差?測(cè)量方法引入測(cè)量誤差 為：e1??正 確 值采 樣 值e17 （式 21)2cos(1s 1)in(i)]si([in5. ????????tftIUtUtI???????15） 有功電能計(jì)算設(shè)在 t 時(shí)刻負(fù)載兩端的交流電壓和流過負(fù)載的交流電流的表達(dá)式為： （式 2tUtutm?sin2sin)(?16） （式 2)i()i ????tItIti17）其中 u 時(shí)刻電壓瞬時(shí)值： 時(shí)刻電流瞬時(shí)值： —電壓峰值： 電tr?)( ti mUmI流峰值：U—電壓有效值：I—電流有效值： —電壓與電流相位差： 一角頻率。所以，儲(chǔ)能元件能量的轉(zhuǎn)換是雙向的、可逆的，在一個(gè)周期內(nèi)的平均功率等于 O。在研制過程中，精度、可靠性、功耗是側(cè)重點(diǎn)，并充分考慮產(chǎn)品化的需要，采取了一些有利于推廣的措施。時(shí)分割乘法器型電能表因其成本低，精度好而得到廣泛運(yùn)用，但一般適用于生產(chǎn)普通電能表，它的主要障礙在于功能擴(kuò)展比較困難。虛擬儀表由需要部分專用硬件和軟件，目前比較貴，但是由于虛擬儀表主要采用量大面廣的普通計(jì)算機(jī)硬件和強(qiáng)大而成熟的軟件環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)靈活的儀表功能而具有重用性，所以具有優(yōu)異的性能價(jià)格比和良好的應(yīng)用前景。2. 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展對(duì)儀表智能化的影響 自從迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)滲透到儀表技術(shù)領(lǐng)域，便使該領(lǐng)域的面貌不斷更新。包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障與狀態(tài)檢測(cè)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。2它內(nèi)含微處理器，以微處理器為核心，具有信息、處理、數(shù)據(jù)處理、顯示記錄、傳輸與測(cè)量過程自動(dòng)控制等一系列功能，甚至還具有輔助專家推斷分析與決策，人們習(xí)慣上把這種儀表稱為智能儀表。s circuit and improve the system39。I畢業(yè)設(shè)計(jì)基于 mps430 電能表的原理設(shè)計(jì)摘 要 電能是現(xiàn)代社會(huì)中國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的重要保障，隨著社會(huì)的快速發(fā)展往往導(dǎo)致電能的供應(yīng)與使用之間產(chǎn)生矛盾。s handling ability： Data acquisition partuses electrical energy measurement specialpurpose chip ADE7758 to improve the work energy meter39。智能儀表的出現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)充了儀表的應(yīng)用范圍。3. 具有數(shù)據(jù)處理功能。5通過計(jì)算機(jī)，人機(jī)交互的信息傳送可以分為三個(gè)階段： 單純文字、字符、數(shù)據(jù)交互：多媒體信息、交互：虛擬現(xiàn)實(shí)的信息交互。虛擬儀表的出現(xiàn)是儀表發(fā)展史上的一次革命，代表儀表發(fā)展的最新方向和潮流，將對(duì)儀表技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生不可估量的影響。模擬/數(shù)字變換型電能表將電壓、電流瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由微處理器對(duì)它們進(jìn)行分析處理，ADC 檢測(cè)到的是反映電量的最基本的量，微處理器對(duì)它進(jìn)行各種數(shù)字處理，計(jì)算出瞬時(shí)功率、無功功率、視在功率、電能累計(jì)值、功率因素，電壓電流的大小等。參照電能表的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本電能表實(shí)現(xiàn)以下功能： 電壓回路電流回路脈沖M S P 4 3 0存儲(chǔ)器L C D時(shí)鐘通信電源圖 12 多功能電能表結(jié)構(gòu)：對(duì)市電的電壓，電流采樣處理，得到電壓有效值，電流有效值，有功功率和無功功率等電能參數(shù)；：每天有 3 種費(fèi)率可供選擇；：具有日歷、計(jì)量和閏年自動(dòng)切換功能；：利用紅外通信方式，與電能表手持抄錄器交換數(shù)據(jù)；：可顯示上月、本月總電量及各費(fèi)率時(shí)段的電量。有功功率定義為一周期內(nèi)瞬時(shí)功率的平均值，由于儲(chǔ)能元件一周期內(nèi)瞬時(shí)功率的平均值為 0，所以實(shí)際元件的有功功率也就是電路中電阻上耗能的規(guī)模。?則在一個(gè)周期內(nèi)平均有功功率 P 為 （式 2??rdtiuTp0)(118） ?ti0)(??r dtUIT0)2cos([1????s一個(gè)周期內(nèi)的電能 W 為 （式 2—??rTIdtiu0cos)(?19）18電子式電能表中起主要作用的是電能測(cè)量單元，其作用是將輸入電壓與電流變換成與功率成一定比例關(guān)系的脈沖信號(hào)，送至分頻和計(jì)數(shù)。 本章小結(jié) 本章主要式闡述了電能測(cè)量的原理及其感念，以及電能的一些常用參數(shù)的計(jì)算。本選題在對(duì)多種單片機(jī)進(jìn)行了解后，決定采用 MSP430 系列單片機(jī)MSP430X32X作為電能表的核心。MSP434X32X 的存儲(chǔ)空間分配 中斷與部分資源的應(yīng)用設(shè)計(jì) MSP430 的中斷系統(tǒng) MSP430C32X 的各中斷矢量和加電時(shí)起始地址位于 OFFFFhOFFEOh 的 ROM 中，中斷矢量包含一個(gè)相應(yīng)的中斷處理指令序列的 16 位地址。WDTCTL 寄存器中的初始狀態(tài)的定時(shí)時(shí)間是 32ms(在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 時(shí))。在這種應(yīng)用中將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用作波特率發(fā)生器，將 和 分別用作異步串行通信的 RXD 和 TXD 引腳。4) 與 用于模擬 I2C 接口。整個(gè)模塊可以設(shè)置為兩種工作模式：12 位模式和 14（12+2)位模式。電壓、電流采集通道實(shí)現(xiàn)將交流高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的低電平信號(hào)。無論電能表采用電網(wǎng)供電還是電池供電，以電源電壓 Vcc 作 A/D 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)都是不理想的，因?yàn)檫@個(gè)電壓值會(huì)隨時(shí)間而變化，導(dǎo)致同樣的電壓電流在不同的時(shí)刻得到不同的數(shù)值。 液晶的驅(qū)動(dòng)方式有四種：1. 靜態(tài)：2. MUX 或 1I2 占空比、1/2 偏壓：3. MUX 或 113 占空比、1/3 偏壓：4. MUX。因此必須采取必要的修正措施。交流被測(cè)電流經(jīng)與中線連接并與負(fù)載串聯(lián)的采樣電阻 Rs（其大小取決于電表的最大負(fù)載電流)轉(zhuǎn)換為電壓，然后接入 MSP430C323 的 A0、A5。在 14 位模式下，輸入信號(hào)將被采樣兩次：一次是確定電壓范圍的高 2 位，后一次是 12 位精度轉(zhuǎn)換，這樣轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是 14 (12+2)位結(jié)果。而正確選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵是合理選擇 A/D 的字長(位數(shù))和轉(zhuǎn)換速率。 通用定時(shí)器/口通用定時(shí)器/口模塊具有 2 個(gè)八位計(jì)數(shù)器 TPCNT 1 和 TPCNT2，一個(gè)用于觸發(fā)TPCNT1 的輸入引腳 CIN和 6 個(gè) 3 態(tài)數(shù)字輸出 ?？梢圆捎猛Ｖ鼓Ｊ絹碇С制骷某凸奶匦浴? 為中斷系統(tǒng)服務(wù)的 4 個(gè)寄存器：中斷允許寄存器 IE1 和 IE2，中斷標(biāo)志寄存器 IFG1 和 IFG2 屬于特殊功能寄存器模塊。圖 33由此可見它特別適合用于智能儀表、智能化家用電器、電池供電便攜式設(shè)備23等產(chǎn)品之中。 20第三章 電能表的硬件設(shè)計(jì)3. 1 硬件總體方案圖 31 給出了電能表的硬件框圖。電子式電能表的電能測(cè)量單元種類繁多，其中乘法器是該單元的核心組成部分。一般周期信號(hào)電路的有功功率為： （式 2??rdtiuTP0)(15）13其中 T 為周期信號(hào)的周期。 測(cè)量的概念及原理 人們借助于專門的設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)方法對(duì)客觀事物取得數(shù)量信息的過程稱為測(cè)量。電子式電能表與感應(yīng)式電能表相比，有了質(zhì)的飛躍，它具有測(cè)量精度高、功能擴(kuò)展容易、可測(cè)頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。1888 年，隨著交流電的應(yīng)用，人們開始研究交流電表。這是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)信息交互方式。由于采用單片機(jī)或微處理器，使得原來許多硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題可以通過軟件靈活地解決。 智能儀表的概念 智能儀表是以微處理器或微控制器芯片(如單片機(jī))為核心的可以存儲(chǔ)大量測(cè)量信啟、并具有對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、綜合和做出判斷能力的儀表。s work construction and the embedded turning on plan， munication module realizes the electrical energy quantity parameter longdistance transmission through the wireless GPRS MC39i and embedded TCP/IP protocol stack： The calibration of energy meter ensure the accuracy of energy meter.The paper introduced in detail the process of GPRS munication realization. According to system39。但是傳統(tǒng)的機(jī)電式電能表無法執(zhí)行分時(shí)計(jì)量和分時(shí)計(jì)費(fèi)的功能，因此基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的新型數(shù)字電表是實(shí)現(xiàn)新型電能管理方式的前提。s MCU and design energy meter39。進(jìn)入七十年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步滲入，使儀表在傳統(tǒng)的時(shí)域與頻域之外，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)域測(cè)試，被測(cè)系統(tǒng)的信息載體為二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，儀表前面板向鍵盤化方向發(fā)展。儀表的整個(gè)測(cè)量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關(guān)啟動(dòng)閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以及顯示和打印都用單片機(jī)來控制操作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的自動(dòng)化。專用集成電路 ASIC 的出現(xiàn)，為這一要求的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。虛擬儀表既有儀表硬件的功能，又有計(jì)算機(jī)硬件的功能，更有計(jì)算機(jī)軟件的功能，現(xiàn)有硬件發(fā)展迅速，軟件技術(shù)也在不斷發(fā)展，所以虛擬儀表比傳統(tǒng)儀表功能大為增強(qiáng)：3. 使用方便，易于維護(hù)。熱電變換型利用電能的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量，再利用熱電元件把熱能轉(zhuǎn)換成一個(gè)正比于電功率的電信號(hào)，熱電變換型電能檢測(cè)方式成本較高，適用于制造高精度儀表，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。本單相多功能電表由輸入轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)部分、通信部分和輸出部分組成。在含有儲(chǔ)能元件電感 L 或電容 C 的正弦交流電路里，電阻元件(以及反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載)的端電壓與端電流方向總是相同的，其瞬時(shí)功率都為正，它把電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能量。多功能電能表的費(fèi)率結(jié)構(gòu)按照電能表的技術(shù)要求，主要規(guī)定了不同的費(fèi)率結(jié)構(gòu)，采用不同的費(fèi)用結(jié)算方式，對(duì)電能表來說，需要存儲(chǔ)費(fèi)率結(jié)構(gòu)的各種數(shù)據(jù)表格，包括日費(fèi)率表、周費(fèi)率表、季節(jié)費(fèi)率表和節(jié)假日費(fèi)率表等，這些表格不是孤立存在，而是一個(gè)有機(jī)的整體，通過軟件判斷，選擇合適的費(fèi)率，實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)的功能。12t、在一段時(shí)間 ，內(nèi)，記錄下 的最大值和發(fā)生的時(shí)刻。但是對(duì)于某些過程儀表(如遠(yuǎn)程壓力、溫度流量儀表等)，采用電池供電的低功耗設(shè)計(jì)就具有更大的優(yōu)勢(shì)。 在 LPM3 方式下，RAM ，32768Hz 晶振、ACLK， 8 位定時(shí)器、基本定時(shí)器、復(fù)位邏輯和部分選定的外設(shè)保持工作，本設(shè)計(jì)利用這種方式來降低電池的消耗。這一模