【文章內(nèi)容簡介】 源電路中設(shè)計由兩個一階無源RC濾波網(wǎng)絡(luò)組成的二階濾波電路濾掉直流電壓中的噪聲信號。電源失效監(jiān)控引腳(PFMON)監(jiān)控模擬電源。當達不到閥值電壓時，在電源監(jiān)控單元就會使CS5460A復(fù)位。 電壓電流采樣模塊在能量測量中使用電壓互感器和電流互感器與電力線隔離，減小電力線上交流信號中竄入CS5460A電壓、電流輸入通道的各種干擾信號。電壓互感器具有高精度、低阻抗特性，并且即使在高次諧波情況下具有很小的相延遲。在采用互感器隔離措施后，CS5460A的數(shù)字接口不必再采用隔離技術(shù)。在照明電力干線中，相電壓有效值為22Ov，線電流可以選擇10A的有效值，在這種條件下，假定電力線上的最大額定電壓為30OV，最大額定電流為30A。對于正弦曲線的交流信號，電壓/。但是在實際使用中，交流信號的波形通常不是以準確的正弦曲線形式出現(xiàn)，為了在兩個輸入通道允許有一些超范圍的信號進入。25OmV=150mV，其在規(guī)定的25OmV范圍內(nèi)。由此計算電壓Kv=15OmV/300V=，此時電壓互感器T2的變比為2000/1。計算電流增益Ki=15OmV/30A=。Rs=50歐時，電流互感器T3的變比為1/1000。，在電流輸入通道中，電阻有兩個作用:一是和配合與C1構(gòu)成一階低通濾波器，這個濾波器除了濾除遠遠超過有用頻率的寬帶噪聲還作為抗混疊濾波器以阻止A/D轉(zhuǎn)換器接收高于其采樣頻率一半的輸入信號。二是為IIN+輸入引腳提供限流保護。和的典型值取47O歐。在電壓通道中的電阻、電容所起的作用與電流通道中的電阻、電容所起的作用相同，其典型取值也是相同的。 液晶顯示芯片與AT89C51的接口液晶顯示器選用SMSO6O1，該液晶顯示器可直接與AT89C51單片機采用兩個總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳送而不需要單獨的顯示器驅(qū)動芯片，從而減少了整個電能表的空間。SMSO601一體化顯示器具有6位數(shù)字顯示功能，并提供兩個時間分隔符()。 SMS0601的接口信號說明，它們分別是:1 DI:串行數(shù)據(jù)輸入引腳。顯示數(shù)據(jù)和命令字從此引腳串行輸入。2 CLK:串行移位脈沖輸入引腳。此引腳輸入脈沖為在D1引腳上的數(shù)據(jù)和命令輸入提供時序。另：VDD:電源正極。 VSS:電源地。 SMS0601與AT89C51的接口 SMS0601與AT89C51的接口電路利用AT89C51的P2P24分別與SMS06O1的串行數(shù)據(jù)輸入引腳(DI)、串行移位脈沖輸入引腳(CLK)連接。 按鍵組功能及與AT89C51總線口的連接電能表上的所有按鍵可提供用戶按鍵查詢本月的峰時、平時、谷時各時段的用電量以及本月用電總量，上月的峰時、平時、谷時各時段的用電量以及上月用電總量，上上月的峰時、平時、谷時各時段的用電量以及上上月用電總量?？梢圆樵兯矔r電流值，瞬時電壓值，電壓有效值，電流有效值，各時段值的設(shè)置值。因此鍵盤組中包括峰時鍵(7EH)，平時鍵(OB7H)，谷時鍵(OBBH)，本月鍵(77H)，上月鍵(7BH)，上上月鍵(7DH)，總電量鍵(OBDH)，瞬時電流鍵(OBEH)，瞬時電壓鍵(OD7H)，電壓有效鍵(ODBH)，電流有效鍵(ODDH)，起始時刻鍵(OEBH)，終止時刻鍵(OEDH)，送電鍵(ODEH)、時段查詢鍵(OE7H)，取消鍵(OEEH)。 按鍵組與AT89C51的接口電路、P0P0P03口四根數(shù)據(jù)線提供行線，P0P0P0P07提供列線組成的行列式鍵盤。按鍵設(shè)置在行、列線交點，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。當行線通過上拉電阻接+5V時，被鉗位在高電平狀態(tài)。鍵盤有無鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入列線狀態(tài)來判斷的。其方法是:給P0P0P0P07列線均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器中。如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為零。鍵盤中哪一個鍵被按下是列線逐行置低電平后，檢查行線輸入狀態(tài)。如果全為l，則所按下的鍵不在此行，如果不全為1，則所按下的鍵必在此行。 SPI接口型EEPROM與AT89C51的接口 X5045管腳分布。/WDI:片選引腳/看門狗輸入引腳。SO、SI:串行數(shù)據(jù)輸出引腳和輸入引腳。:寫保護輸入引腳。當其為低電平時，寫操作被禁止。在寫操作過程中，除必須保持低電平外，必須保持高電平。 X5045管腳分布圖RESET:復(fù)位輸出引腳。只要Vcc低于Vcc檢測電平，RESET即變?yōu)楦唠娖?，并保持高電平直至Vcc高于Vcc最小檢測電平200ms為止?？撮T狗定時器超過時也會引起RESET變?yōu)楦唠娖健CK:串行時鐘輸入引腳。輸入數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿被鎖存，輸出數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿被同步輸出。Vcc、Vss:電源正極和電源負極。 X5045功能描述X5045把上電復(fù)位控制、看門狗定時器、電源監(jiān)控和塊鎖存保護的串行的EEPROM四種功能集成在單個封裝內(nèi)，從而提高了自身可靠性，降低了系統(tǒng)成本，并減少了對電路板空間的要求。上電復(fù)位控制的功能是在電源穩(wěn)定和振蕩器可靠振蕩條件下允許處理器執(zhí)行代碼?？撮T狗定時器對CPU(或MCU)提供了獨立的保護機制。當在可選的超時周期之內(nèi)控制器不能重啟定時器時，X5045看門狗激活RESET信號，使系統(tǒng)重新復(fù)位，退出故障?？蛇x的三個超時周期有三個預(yù)置值(、600ms、200ms)，其預(yù)置方法是給狀態(tài)寄存器的看門狗位賦值的方式完成，賦值為01則看門狗定時周期為600ms，賦值為10則看門狗定時周期為2OOms，賦值為11則禁止看門狗功能。一旦通過編程預(yù)置，這個超時值將保持不變。X5045的電源監(jiān)控電路提供在VCC低于限值時，響應(yīng)RESET信號的功能，可使系統(tǒng)在開機、關(guān)機過程中穩(wěn)定可靠，不出意外。X5045的存貯器部分是CMOS的4K位串行EEPROM，結(jié)構(gòu)為512*8的十六字節(jié)頁寫方式，串口協(xié)議為SPI，簡單易行，數(shù)據(jù)可保存100年。 X5045硬件連接 X5045的硬件連接電路圖X5045的復(fù)位引腳RESET與AT89C51的復(fù)位引腳相連為AT89C51提供復(fù)位信號，從而起AT89C51單片機的看門狗電路的作用。AT89C51的PlPIPIP17引腳分別與X5045的、SO、SI、SCLK引腳交換數(shù)據(jù)。寫保護引腳()與電源相連。 時鐘模塊對電能表來說，它需要根據(jù)時間段的劃分來計量各時段的電能值，因此在電能表中需要一個時鐘芯片計時。DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，,采用三線接口與單片機進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。 。X1 X2:。GND:接地引腳。SCLK:串行時鐘輸入引腳。I/O:數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 :復(fù)位引腳。 \:電源引腳。 DS1302與AT89C51的硬件連接 DS13O2的管腳分布圖DS1302與AT89C51的連接只需三條線，SCLK I/O、分別與AT89C51的TO、P2P26連接。在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運行方式下連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由\兩者中的較大者供電。當大于+，給DS13O2供電；當大于+，給DS13O2供電。 DS1302與AT89C51的硬件連接 通斷電控制電路 通斷控制電路對由過電壓、過電流和欠電壓造成的斷電保護可以由用戶自己通過電能表上的送電鍵恢復(fù)自家的通電狀態(tài)；對由于用戶欠交電費而停電的情況，用戶不能給自家送電，而需要由電力管理部門的管理人員控制。為了實現(xiàn)這個功能，在電路設(shè)計過程中使用了三態(tài)門74LS125再經(jīng)一個反相器74LS04進行控制()。如果是由于過電壓、過電流和欠電壓造成的停電，AT89C51的P20置低電平，P21置高電平，因此在用戶按下電能表上的送電鍵后只需改變P20的狀態(tài)并且只能改變P20的電平狀態(tài)；如果是由于欠費造成的停電，AT89C51的P20置低電平，P21同時也被置成低電平，因此在電力管理員通過手持抄錄器發(fā)送響應(yīng)命令時才能改變P20的電平狀態(tài)和P21的電平狀態(tài)。通過這樣的措施達到催繳電費的目的。在電路中，用以減少干擾，并可改善器件的臨界斷態(tài)電壓上升率。但，的接入會降低觸發(fā)靈敏度，通?？扇?0K歐。Rs，Cs為阻容保護電路，對光控晶閘管起保護作用。第4章 電能表的軟件設(shè)計根據(jù)電能表的硬件電路設(shè)計，電能表運行的過程可以表述為:（1）當CS5460A未輸出電能脈沖和方向脈沖以及中斷脈沖時，單片機AT89C51循環(huán)執(zhí)行清看門狗程序、執(zhí)行顯示本月累計電量值的顯示程序、判斷是否更新時段值、判斷是否有紅外線通信發(fā)生、讀CS5460A的電流瞬時寄存器和電壓瞬時寄存器的值以判斷是否該過電流或過電壓或欠壓斷電保護。完成以上功能后程序隨時準備接收外部中斷和，每循環(huán)一次程序就查詢一次按鍵開關(guān)的狀態(tài)，根據(jù)所按的開關(guān)執(zhí)行相應(yīng)的程序。（2）當CS5460A的電能輸出引腳（）和電能方向指示器引腳（）輸出脈沖時，中斷服務(wù)程序根據(jù)記憶在時鐘芯片DS1302中的時段參數(shù)以及實時時鐘的值來判斷當前的時段類型，單片機響應(yīng)外部中斷進行電量的累加。將結(jié)果存放到擴展的數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，然后退出中斷服務(wù)程序進入過程（1）。每一個功能單元的程序?qū)崿F(xiàn)方法可以分以下幾部分說明: CS5460A與單片機的數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)方法CS5460A芯片內(nèi)部包括16個24位寄存器：配置寄存器、直流電流偏移寄存器、交流電壓寄存器、AC/DC電流增益寄存器、AC/DC電壓增益寄存器、周期計數(shù)寄存器、脈沖速率寄存器、有符號寄存器、無符號寄存器、時基校準寄存器、功率偏移寄存器、交流電流偏移寄存器、交流電壓偏移寄存器、狀態(tài)寄存器、屏蔽寄存器、控制寄存器。這些寄存器用來完成對CS5460A的設(shè)置、采集數(shù)據(jù)的存儲以及串行輸入輸出的控制。CS5460A的串行口有一個包括接收緩沖區(qū)、發(fā)送緩沖區(qū)的命令解釋狀態(tài)機。狀態(tài)機在串行時鐘的上升沿解釋8位的命令字，狀態(tài)機在解釋完命令字之后立即執(zhí)行外部微控制器請求的命令，或者為寄存器的數(shù)據(jù)傳輸做準備。當一個寫操作到執(zhí)行一個發(fā)送之前的24個串行時鐘完成時，需要一個內(nèi)部寄存器把讀數(shù)據(jù)請求傳送到發(fā)送緩沖區(qū)。NNNN復(fù)位清看門狗送數(shù)顯示是否停電？讀DS1302時鐘整數(shù)分鐘？讀瞬時電流寄存器判斷是否過流？讀瞬時電壓寄存器判斷電壓是否過欠壓？有鍵按下嗎？是否有電能脈沖？上電低功耗待命需要更新時段？更新時段值送停電命令是否有上電命令？處理按鍵命令執(zhí)行電能累加程序YYYYYYYN系統(tǒng)一旦上電，CS5460A就被初始化并處于有效操作狀態(tài)。系統(tǒng)上電之后，設(shè)備就等待接收有效的命令。狀態(tài)機接收并解碼一個有效命令字之后就立即命令轉(zhuǎn)換器執(zhí)行一個系統(tǒng)操作或與內(nèi)部寄存器之間傳送數(shù)據(jù)。CS5460A的所有命令字都是一個字節(jié)。寫到寄存器的命令必須緊跟2或3字節(jié)的數(shù)據(jù)。其主要包括起動轉(zhuǎn)換命令，SYNC0命令，SYNC1命令，上電命令、掉電命令、校準命令，寄存器讀/寫命令。對CS5460A的寄存器的訪問都是通過SPI串行口進行的?？梢钥闯?，數(shù)據(jù)傳送的初始化是通過在數(shù)據(jù)傳輸之間向串行口（SDI引腳）按高位在先的方式發(fā)送一個8位的命令字實現(xiàn)的。當命令字包括了一個寫操作時，串行口將在SDI引腳繼續(xù)為緊接的24個串行時鐘周期記錄數(shù)據(jù)位，其順序也是高位在先。通知一個寄存器寫操作的命令字必須緊跟24位數(shù)據(jù)。當以讀命令字初始化數(shù)據(jù)傳輸時，串行口將在SD0引腳為緊接的16或24個串行時鐘周期按高位在先的原則傳送寄存器的各位數(shù)字。通知寄存器寫的命令字必須緊跟16或24位數(shù)據(jù)。在讀寄存器的數(shù)據(jù)時AT89C51可以發(fā)送一個新