【文章內容簡介】 竊電功能。 FLTON=0 時選擇關閉自動防竊電功能，用戶可以根據當前有效電流通道狀態(tài)CHNSEL()進行通道選擇； FLTON=1 時開啟自動防竊電功能，防竊電單元根據竊電閾值的 設置，自動選擇相應的通道進行計量 [8]。 時鐘管理 系統(tǒng)時鐘管理模塊包含系統(tǒng)時鐘生成和系統(tǒng)時鐘控制兩部分。系統(tǒng)時鐘 fsys 有兩種生成形式：一是低頻晶振輸出 fosc 頻率為 32KHz，二是 PLL 輸出高頻 fpri 頻率。由時鐘配置寄存器 CLKCFG 的 SYSCK 位決定。上電復位后，片上低頻振蕩電路開始工作， OSC 產生 的時鐘，系統(tǒng)時鐘來自片上低頻晶振電路 fosc,此時鐘電路一值保持開啟；高頻時鐘頻率由 PLL 電路產生；芯片外圍單元 RTC、 LCD、 WDT、 PMU、 TBS 部分的時鐘直接來自低頻晶體振蕩電路的輸出 fosc，外圍單元 SPI、 I2C、 PWM 和處理器 R8051XC 的時鐘都來自系統(tǒng)時鐘 fsys，即可選擇低頻時鐘 fosc，也可選擇高頻時鐘 fpri 。電能計量單元 EMU 的時鐘來自于 fpll 分頻后的固定頻率 。紅外 38K 模塊時鐘由 fpll 分頻提供[9]。 外部低頻晶體振蕩電路是為外部 的晶體而設計的， OSCI 是晶體振蕩電路的輸入引腳， OSCO 是晶體振蕩電路的輸出引腳。上電復位后，外部低頻晶體振蕩電路開始工作，輸出 時鐘， 振蕩電路的工作不受復位的影響，也不受系統(tǒng)運行模式福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 6 的影響，外部低頻晶體振蕩電路提供 RTC 的時鐘，也可作為系統(tǒng)節(jié)電模式的系統(tǒng)時鐘源 [6]。 WDT Watchdog Timer 是一個特殊的定時器，計時計滿預定時間則發(fā)出溢出脈沖，產生 WDTR 復位信號；在溢出脈沖發(fā)生前將 Watchdog Timer 清零，則不會發(fā)出 WDTR 復位。特點如下：采用硬件狗設計 ； SLEEP模式下 WDT開啟 /關閉可選 ； 可以通過外部引腳 JTAG_WDTEN進行控制 。 Altium Designer 原理圖設計基礎 電路設計的一般步驟 一般情況下，一個產品的的電路設計目的就是獲得印制電路板。這個過程的電路設計有 5 個主要步驟如下： ，主要依靠 Altium Designer 的原理圖設計系統(tǒng)來實現。 ，通過網絡表連接原理圖設計和印制電路板設計，網絡表可以從原理圖和印制電路板中的任何一個中獲得。 ，印制電路板的設計是基于 Altium Designer 另外一個部分 pcb來實現的，在這個過程中完成電路板的板面設計，并完成 想對復雜的布線工作。 ，其有關報表和打印印制電路板圖也是重要的步驟。 ，在 pcb制造之前，生成鉆孔文件和光繪文件也是必不可少的 [10]。 原理圖設計的一般步驟 原理圖的設計是電路設計的基礎，原理圖設計的質量關系到后續(xù)設計的進展。一般來說原理圖的設計包括： ，應該根據實際電路的大小來設置圖紙的尺寸。 ，根據電路的具體情況，從元件庫中選取電路中需要的元件逐 一放在工作平面上。再根據實際情況調整元件在工作平面上的位置，并定義、設置元件的封裝。 ,利用 Altium Designer 的工具和指令進行走線，用具有電氣意義的導線和符號將各個元件按電路需要連接起來，構成一個正確的原理圖。 ,為了保證原理圖的正確和美觀，需要對 所繪制的原理圖做進一步的調整，包括導線位置的調整，圖形大小、屬性、以及排列的調整。 pdf文件， 這個過程是管理設計的圖形文件輸出 [10]。 基于 ATT7037的電參量表的設計 7 第 3 章 硬件電路的設計 在整體方案的指導下，本次設計主要做硬件電路的設計運用模塊化的設計方法去進行硬件電路的設計。 本次設計硬件電路主要包括以下幾個部分 :單片機最小系統(tǒng)、電源模塊、交流電量采集模塊、 RS232 串行通信、 LCD 顯示電路、按鍵電路、報警電路等。下面對各個模塊的硬件電路設計進行一一介紹。 ATT7037 最小系統(tǒng) ATT7037 最小系統(tǒng)由 ATT7037 芯片、模擬電源電路、 JTAG 接口電路、時鐘電路、復位電路組成。將這些電路連接在一起就構成了 ATT7037 最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)原理圖如下： 圖 31 ATT7037最小系統(tǒng)原理圖 ATT7037芯片 ATT7037是一款單相多功能計量 SOC（ System on Chip）芯片，高性能，低功耗。芯片內部有三路 ADC，可同時提供兩路計量功率及兩路校驗參數，支持單相兩線制、單相三線制。支持防竊電功能，竊電閾值可靈活設置； 提供三路 ADC 的原始采樣數據和同步波形采樣數據；電流和電壓采樣通道具有 4級模擬 /數字增益可調，支持分流器和互感器直接接福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 8 入 ；片內基準電壓： 177。 2%（溫度系數177。 25ppm/℃）； 提供有功、無功、視在電能脈沖輸出，并開放 快速脈沖計數寄存器，可保存掉電電能 ；提供多種電能累加方式 [6]。 ATT7037引腳定義如表 表 表 所示： 表（ 1） ATT7037芯片引腳功能介紹 表（ 2） ATT7037芯片引腳功能介紹 基于 ATT7037的電參量表的設計 9 表（ 3） ATT7037芯片引腳功能介紹 福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 10 模擬電源電路 模擬電源電路主要功能是將 + 的電源信號轉換成單片機內部 A/D 轉換器使用的電源信號。電路圖如下 : 圖 32 模擬電源電路 其中的普通電容 c40， c33主要是去耦合，正常來說取 。極性電容 c37， c39主要是穩(wěn)壓的功能，正常取 10uF。 JTAG 接口電路 JTAG 是一種國際標準測試協(xié)議，主要用于芯片內部測試，跟其他高級芯片一樣，ATT7037同樣也適合用 JTAG 來測試。 JTAG 引腳功能如下： TCK 可以用來測試時鐘輸入，數據從 TDI 引腳輸入，數據從 TD0輸出， TMS 提供多種測試模式選擇。每種型號的單片機都有相應的仿真器用來支持在線調試，如果單純想把編譯好的目標文件下載到芯片內部，可以自己制作下載編譯器。下載程序的引腳是 、 、 ，外加一根驅動線即可。在電路設計時特別要注意的是 JTAG 口與 PC 并口的連接線要盡可能短，原則上不大于 15cm。還有 6和 8引腳要接地才能把程序燒寫進去 [11]。 JTAG 接口電路圖如下所示： 圖 33 JTAG接口電路 基于 ATT7037的電參量表的設計 11 在實際應用中正常需要上拉電阻或者下拉電阻。其電阻值也需要根據接口電路器件的數目進行調整，一般情況下取 10k。 時鐘電路 單片機內部有產生振蕩信號的放大電路，可以產生單片機的時鐘。該振蕩電路即時鐘電路由單片機內部放大電路，外接晶振等器件構成。 XTAL1 與 XTAL2 是芯片內部振蕩電路的輸入端，它們可以被配置為使用石英晶振的片內振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅動。在 XTAL XTAL2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產生自激振蕩。一般來說晶振可以在 ~12MHz之間任選，但是頻率越高功耗就越大。本設計由于采用了串口通信，常用波特率通常按規(guī)范取 1200,2400,4800,9600...若采用 晶振 12MHz 或 6MHz，計算出來的 T1 定時器初值將不是一個整數，這樣通信時便會產生誤差，進而產生波特率誤差，影響串行通信的同步性能。而使用 的晶振可以得到非常準確的數值，誤差為 0。因此本設計采用 的晶振。 ATT7037 芯片內部有一個高增益的反向放大器，兩端接晶振及兩個電容，就構成自激振蕩器。兩個電容通常取 15pF 或者 30pF，這里取 c4=c5=30pF。電路如圖 34所示： 圖 34 時鐘電路 復位電路 復位電路分成兩部分，第一部分是系統(tǒng) 上電時，單片機自動復位一次： 由電容串聯(lián)電阻構成 ,由圖并結合 電容電壓不能突變 的性質 ,可以知道 ,當系統(tǒng)一上電 ,RST 腳將會出現高電平 ,并且 ,這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC 值來決定 .典型的 51 單片機當 RST 腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位 ,所以 ,適當組合 RC 的取值就可以保證可靠的復位 。 福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 12 第二個功能就是當系統(tǒng)運行出現故障， 當按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復位 ， 可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復位。 ATT7037芯片有一個復位引腳 RST，低電平有效。在時鐘電路工作以后 在外部電路的影響下，如果 RST 端出現 24個振蕩周期以上的低電平，系統(tǒng)復位。正常來說只有 RST 引腳上保持 10ms 以上的低電平才能保證有效復位。 本次采用的是手動復位即使用按鍵使電路復位，按鍵按下后，電容可以為 RST 引腳提供低電平實現復位。 RST 引腳低電平持續(xù)時間取決于復位電路的時間常數 RC 之積，大約是 正常上拉電阻比較大取 10k，因此外接電容 c 可以減少到 到 ,本次取[8]。 復位電路如圖 35所示 : 圖 35 復位電路 電源模塊 電源模塊的主要作用是將生活中 的 220V 交流電壓變成 直流電壓供單片機使用。電源模塊電路原理圖如圖 36所示 : 圖 36 電源電路 基于 ATT7037的電參量表的設計 13 220V 交流電經變壓器降壓以后，經全橋整流電路整流后變?yōu)橹绷麟妷?，經電容濾波，輸入到穩(wěn)壓器 W1，這時候就可以在輸出端得到穩(wěn)定的 5V 直流電壓。再經過另一個穩(wěn)壓器W2就可以在輸出端得到穩(wěn)定的 直流電壓，正好供單片機使用。 兩個穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端的普通電容主要是起到去耦合的作用，故全部取值為。而極性電容主要起到穩(wěn)壓的作用，數值較大，全部取 10uF。這些電容使得輸入電壓信號和輸出電 壓信號的性能達到很大的改善。 交流電量采集模塊 交流電量采集模塊中， 0~5A 的交流電流輸入經電流互感器，電流互感器接精密電阻，變換成電壓信號，經過電容濾波，濾除干擾信號，然后進行電壓平移，進行采樣。 0~250V交流電壓輸入經電壓互感器，變換電壓，經濾波處理，濾除干擾信號，然后進行電壓平移，行采樣。采樣好的信號存入單片機的 RAM中供軟件處理 [12] 。交流采集電路如圖 37所示： 圖 37 交流電量采集原理圖 在交流電量采集電路中，電阻的取值主要取決于電流互感器和電壓互感器的變比，本次設計采用的 電壓互感器是 HPT205A，原邊電流為 2mA，副邊電流為 2mA，電壓互感器原邊輸入電壓是 220V，故電阻 R10=220/=110k。因為副邊電流為 2mA，采樣電壓通道的電福州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 14 壓約為 ，故 R11 與 R12 大約取 3k 歐姆。采用的電流互感器是 HCT204B，原邊電流 2A，副邊電流 ，采樣電壓同樣是 ，由（ R7+R8+R9） //R6=，大概可得 R6=2k，R7=2k， R8=1k， R9=1k，去耦合電容全部取 [13]。 RS232串行通信 以 51 為內核的 ATT7037 芯片輸入和輸出電平都是 TTL 電平，跟 PC 機的 RS232C 標準串行接口的電氣規(guī)范差別很大。在 TTL 電平中，用 +5V 表示高電平 1，用 0V表示低電平 0：RS232C 標準電平用 3V~15 表示高電平 1，用 +3V~+15V 表示低電平 和 pc 機之間的通訊，必須進行電平轉換。本次采用 MAX232 單芯片實現他們之間的通信。 采用 MAX232 接口的單片機與 pc機的串行通信電路如圖 38所示： 圖 38 采用 MAX232接口的串行通信電路 在實際應用中，因為期間 對電源噪聲很敏感，所以 C1+、 C C2+、 C C1 C1C20 必須要去耦合，所以取值為 的電解電容，提高抗干擾能，在實際應用中可以選用 的非極性瓷片電容代替 電解電容。可用 T1I 接單片機的串行發(fā)送端 TXD：R1o 接單片機的串行接收端 RXD： T1o 接 pc 機的 RS232 串口接收端 RXD： R1I 接 pc 機的RS232串口發(fā)送端 TXD。 MAX232 芯片中的兩路接受、發(fā)送可以任選一路作為接口。 顯示電路 顯示電路采用的是液晶顯示，液晶體積小，功耗低，顯示操作簡單，被廣泛應 用。本次設計顯示電路采用的是 1602LCD，它是 5V 電壓驅動，帶背光，可顯示兩行，每行 16 個字符，內置含 128 個字符的 ASCII 字符集字庫，為并行接口。 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 基于 ATT7037的電參量表的設計 15 第 3 腳： V0 為 液晶顯示器 對比