【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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jī)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?yàn)?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(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)镽15+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。考慮到分流器存在寄生電感 ,較大時需要進(jìn)行補(bǔ)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。考慮抗電磁干擾 ,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(xiàn) [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(jī)原理與實(shí)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(diǎn)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(jìn)一步熟悉了單片機(jī)的原理和應(yīng)用，也對匯編語言編程有了更進(jìn)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(shí)際、學(xué)以致用的重要性，懂得了只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)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(shí)際動手能力和獨(dú)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(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗(yàn) 。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(shí)踐相整合， 理論知識 服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐， 以增強(qiáng)自己的動手 能力 。這是一次 知識轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練 ， 培養(yǎng) 了我 運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)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(qiáng)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。/