【正文】 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(mén)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(mén)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(méi)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(mén)狗控制寄存器 WDTCTL 中各位和看門(mén)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(mén)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(kāi)發(fā)過(guò)程本選題以美國(guó)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(kāi)發(fā)多費(fèi)率電能表，其開(kāi)發(fā)過(guò)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(yǔ)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e （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(guò)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(guò)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(zhuān)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。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(guò)程自動(dòng)控制等一系列功能，甚至還具有輔助專(zhuān)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。摘 要 電能是現(xiàn)代社會(huì)中國(guó)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。通過(guò)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(wú)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(wú)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）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(wú)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 或 114 占空比、1/4 偏壓： MS0430X3XX 單片機(jī)的液晶驅(qū)動(dòng)模塊段極有 21 個(gè)段極(SoSza)、4 個(gè)公共極(COMOCOM3)輸出，在 4 路復(fù)用(MUX)的情況下夠驅(qū)動(dòng) 84 個(gè) LCD 顯示段。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(zhǎng)(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?lái)支持器件的超低功耗特性。 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(jiàn)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)備等產(chǎn)品之中。 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(lèi)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）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(zhuān)門(mén)的設(shè)備，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)客觀事物取得數(shù)量信息的過(guò)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(kāi)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(lái)許多硬件邏輯難以解決或根本無(wú)法解決的問(wèn)題可以通過(guò)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(wú)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(pán)化方向發(fā)展。儀表的整個(gè)測(cè)量過(guò)程如鍵盤(pán)掃描、量程選擇、開(kāi)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(lái)控制操作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化。專(zhuān)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)程儀表(如遠(yuǎn)程壓力、溫度流量?jī)x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