【文章內(nèi)容簡介】 SOP形式封裝。 AD7755在電子電能表中的連接如圖 1所示。管腳功能如下 : P1 DVDD,數(shù)字電路電源 ,5(177。 5%)V； P2AC/DC,高通濾波選擇腳 ,邏輯高 ,高通濾濾器使能； P3 AVDD,模擬電路電源 ,5(177。 5%)V； P P19 NC,未接； P5P6 V1PV1N,通道 1(電流通道 )模擬輸入 ,最大差動輸入電壓為177。 470mV； P7P8 V2NV2P,通道2(電壓通道 )模擬輸入 ,最大差動輸入電壓為177。 660mV； P9 RESET,復(fù)位引腳 ,邏輯低使 ADC和數(shù)字電路保持復(fù)位狀態(tài) ,清內(nèi)部寄存器； P10 REFIN/OUT,電壓基準(zhǔn)腳 ,片上基準(zhǔn)為 5(177。 8%)V,可接外部基準(zhǔn)源； P11 AGND,模擬電路參考地 。P12 SCF,校準(zhǔn)頻率選擇腳； P1 P14 S S0,數(shù) 頻轉(zhuǎn)換頻率選擇腳； P1 P16 G G0,通道 1增益選擇腳； P17 P18 CLKIN CLKOUT,外接時鐘 ,鐘頻 ； P20 REVP,負(fù)功率指示腳 ,電壓信號和電流信號之間的相位差 90176。時變?yōu)檫壿嫺?。P21DGND,數(shù)字電路 參考地； P22 CF,校準(zhǔn)頻率輸出； P2 P24 F F1,低頻輸出。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 9 圖 AD7755的內(nèi)部功能框圖 圖 AD7755電路原理圖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 10 它由模擬電路 (模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電路與電源電壓監(jiān)測電路 )和數(shù)字信號處理電路兩部分組成。被測電壓、電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后 ,接下來的信號處理都在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn) 。AD7755內(nèi)部的相位校正電路、高通濾波器、乘法器、低通濾波器、數(shù)字 頻率轉(zhuǎn)換器等都為數(shù)字電路。 AD7755 內(nèi)有兩個以 900kHz 過采樣速率采樣的16位 2階Σ Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。被測電流經(jīng)可編程增益放大器 (PGA)放大后接電流通道的 ADC,并由此 ADC轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號。再經(jīng)相位校正和高通濾波 ,進入乘法器。乘法器的另一路輸入是由電壓通道 ADC轉(zhuǎn)換而來的、與被測電壓對應(yīng)的數(shù)字信號。相乘后產(chǎn)生瞬時功率信號。此信號經(jīng)低通濾波器濾除其中的交流分量 ,提取出負(fù)載消耗的瞬時有功功率。 AD7755 對這個瞬時有功功 率信號進行一段時間的累計、平均 ,求得平均有功功率 ,以較短時間對瞬時有功功率進行累計 ,求得與瞬時有功功率成正比的高頻頻率并經(jīng) CF 輸出 ,用于校準(zhǔn)或送微控制器累加計數(shù) ,實現(xiàn)對電能的計量。電流通道的 PGA 的增益受管腳 G G0控制。 參數(shù)計算： ①以 AD7755設(shè)計的電能表的相關(guān)參數(shù)計算 配合 C8051F360 芯片的 16 進制算法與課程設(shè)計的參數(shù)要求，參考基本電流與脈沖的建議數(shù)，選定基準(zhǔn)電流 Ib=5A，每 計度需要的脈沖數(shù)為 3200，即CF的輸出為 3200imp/ 。 線路電壓 220V,基本電流 Ib 為 5A,動態(tài)范圍 400(規(guī)定準(zhǔn)確度的電流范圍為2%Ib~Imax,即 100mA~40A)。計度器的電表常數(shù) C 為 3200imp/ ,即 AD7755 發(fā)3200 個脈沖 ,單片機記錄 1 電。為滿足電流通道的動態(tài)范圍且留有充分的余量 ,選用 350μΩ的分流器 。以其將負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓 ,接 V1P和 V1N。線路電壓經(jīng)電壓分壓器分壓 ,也降到允許的最大電壓范圍之內(nèi) ,接 V2P和 V2N。負(fù)載電流為基本電流 (5A)時 ,線路的功耗為 P=220 5= kw。 選擇 f14=,SCF=0,S1=0,=S0=1,此 時 CF頻率為 f1的 32倍，所要求的頻率恰為 f1， f2段的脈沖計數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為 100imp/ 。 乘以此常數(shù)得 Ib情況下的輸出頻率 : fF1=P C= 3200/3600= 查 AD7755 數(shù)據(jù)表 ,所選擇 f14=，滿足最大電流為 40A 和再留有足夠余量的要求。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 11 fF1= U1 U2 G f14U2REF U1=5 350=1750μ V= 并以最大電流產(chǎn)生的壓降和表 1,選擇 G=16 U2=fF1 U1 G f14= 16= 原理圖中 R C1,R C2,R C3,R4∥ (R5~R16)、 C4為抗混疊濾波器。因為 AD7755以 900kHz 過采樣速率采樣 ,故大大簡化了抗混疊濾波器的設(shè)計。不過 ,兩個通道之間的相位匹配非常重要。例如 ,當(dāng) cosφ = 時 ,176。的外部相位誤差將產(chǎn)生%的測量誤差。為使兩個通道的相位匹配 ,電阻、電容的取值分別為R1=R2=R3=R4=1kΩ (精度為 1%)。C1=C2=C3=C4=33nF。R5= 300kΩ ,R6= 150kΩ ,R7= 75kΩ ,R8=39kΩ ,R9=18kΩ ,R10= ,R11= ,R12= ,R13=Ω ,R14=560Ω ,R15=R16=330kΩ?？紤]到選用的分流器和基準(zhǔn)源都存在允差 ,原理圖中設(shè)置了校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) ,通過短接或斷開 J1~J10,可在177。 30%范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。因為R15+R16=660kΩ ,大于大于 R4(1kΩ ),因此 ,即使 R5~R14 全部短接 ,這條支路的3dB頻率仍由 R4和 C4的值決定。據(jù)廠家介紹 ,從 J1~J10全部接通變化到 J1~J10全部斷開 ,50Hz 處產(chǎn)生的相移僅為 176?？紤]到分流器存在寄生電感 ,較大時需要進行補償。當(dāng)分濾器阻值很小時 ,如 ,小于 200μΩ ,特別要注意此問題。AD7755 的供電電壓由電容分壓器分壓、二極管整流、 RC 濾波和 7805 IC 穩(wěn)壓產(chǎn)生。 7805的輸出以 C13(10μ F)和 C12(100nF)退耦 ,接 AD7755的 DVDD。 VDD再經(jīng)R22(10Ω )、 C10(100nF)和 C11 (220μ F)濾波 ,接 AD7755 的模擬電路電源管腳AVDD。 AD7755 的 CLKIN 和 CLKOUT 管腳接 晶體和 2 只 22pF 陶瓷電容?？紤]抗電磁干擾 ,除原有的濾波電路外 ,原理圖電流輸入通道中增加了 ZZ4 鐵氧體 ,電源電路部分增加了由 Z1 鐵氧體、 C16 電容和 MOV1 金屬氧化物壓敏電阻組成的濾波網(wǎng)絡(luò)等 。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 12 5 軟件電路設(shè)計 各模塊流程圖設(shè)計 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 13 開 始程 序 初 始 化 ， 啟 動定 時 器調(diào) 用 A T 2 4 C 1 6 讀 入函 數(shù)調(diào) 用 用 戶 掃 描 函 數(shù)調(diào) 用 數(shù) 碼 管 顯 示 函數(shù)調(diào) 用 A T 2 4 C 1 6 寫 函數(shù)結(jié) 束有 按 鍵 ？該 用 戶 數(shù) 據(jù) 清 零是否 圖 主函數(shù)流程圖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 14 寫 函 數(shù)調(diào) 用 發(fā) 送 多 字 節(jié) 函數(shù)寫 函 數(shù)啟 動 總 線 到 發(fā) 送 地址結(jié) 束 總 線判 斷 是 否 返 回 1 讀完 ?延 時 3 m s返 回 寫 函 數(shù)讀 取 結(jié) 束是否 圖 AT24C16 讀寫函數(shù)流程圖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 15 掃 描 函 數(shù)檢 測 電 脈 沖 信 號 是 否出 現(xiàn) 下 降 沿該 用 戶 脈 沖 計 數(shù) 加一數(shù) 碼 管 顯 示繼 續(xù) 執(zhí) 行 下 一 步是否 圖 用戶掃描函數(shù) 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 16 6 參考文獻 [1]邱關(guān)源 ， 電路第四版 ,高等教育出版社 ,2022. [2] 公茂法 ， 黃鶴松 .單片機原理與實踐 .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 2022 [3]羅旭 ， 張彥斌 等 .單相電子式電能表的特點及其原理，第 1 期 :1017, 2022. 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 17 7 致謝 本次課程設(shè)計的完成，首先要感謝公老師 和研究生學(xué)長 的耐心講解和 悉心指導(dǎo)，使我受益匪淺。 兩個星期來，我學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識 , 我不僅進一步熟悉了單片機的原理和應(yīng)用，也對匯編語言編程有了更進一步的了解，并在調(diào)試程序的同時鍛煉了動手能力和分析問題的能力，體會到了課本聯(lián)系實際、學(xué)以致用的重要性，懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是正確的理論，才能真正提高自己實際動手能力和獨立思索的能力。我在設(shè)計的過程中碰到 問題 ，但是我并沒有放棄，經(jīng)過老師的講解和自己的查找資料，并發(fā)揮對所學(xué)知識的理解思考 ， 自己耐心的親手設(shè)計調(diào)試程序，一步步克服難關(guān)最終完成了目標(biāo)。 這次課程設(shè)計 為自己今后進一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗 。通過這次課程設(shè)計我深刻的認(rèn)識到 ， 只有理論 水平提高了 ，才能夠 將 課本知識 與 實踐相整合， 理論知識 服務(wù)于教學(xué)實踐， 以增強自己的動手 能力 。這是一次 知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓(xùn)練 ， 培養(yǎng) 了我 運用所學(xué)知識解決實際問題的能力 。并對本 專業(yè) 的課程充滿了濃厚的興趣及對以后的學(xué)習(xí)充滿了信心，決定在以后的學(xué)習(xí)生活中加強練習(xí)，端正心態(tài)迎接新的挑戰(zhàn)。 最后，再次向公老師和研究生學(xué)長表示誠摯的感謝！ 8 附錄 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 18 程序清單 include include include define AT24C16 0xa0 //AT24C16 地址 sbit DIN=P1^0。 /*定義 P1 口 */ sbit CLK=P1^1。 sbit YH1=P2^0。 /*定義 P2 口 */ sbit YH2=P2^1。 sbit YH3=P2^2。 sbit YH4=P2^3。 sbit YH5=P2^4。 sbit YH6=P2^5。 sbit YH7=P2^6。 sbit YH8=P2^7。 sbit HC165_nPL=P1^2。/