基于單片機的電表電量采集系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-16 02:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 1 相當于一個單 8 通道數(shù)字的控制模擬電子開關(guān)，有 A、 B 和 C 三個二進制控制輸入端的以及 INH 共 4 個輸入。由輸入 3 位地址碼 ABC 來決定開關(guān)要接通哪個的通道。其中要注意的是引腳中 INH 是禁止輸入端，當“ INH” =1 時，各通道均不會被接通。 CD4051 的真值表如 22 所示。 表 22 CD4051真值表 數(shù)據(jù)輸入 通道選擇 INH C B A 輸出 0 0 0 0 “0” 0 0 0 1 “1” 0 0 1 0 “2” 0 0 1 1 “3” 0 1 0 0 “4” 0 1 0 1 “5” 0 1 1 1 “7” 0 1 1 0 “6” 1 x x x 均不接通 存儲芯片 CAT24WC16 是一個 16K 位串行 CMOS E2PROM 內(nèi)部含有 2048 個 8 位字節(jié)。該存儲芯片有一個 16 字節(jié)頁寫緩沖器該器件，并由 I2C 總線接口進行操作。 它 與 400KHz I2C 總線兼容 ； 到 伏工作電壓范圍 ； 低功耗 CMOS 技術(shù) ；具有 寫保護功能 ： 當 WP 變 為高電平時進入寫保護狀態(tài) ；有 頁寫緩沖器 ；可以 自定時擦寫周期 ； 1,000,000編程 /擦除周 期； 可保存數(shù)據(jù) 100年 ；是 8 腳 DIPSOIC 或 TSSOP金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計 9 封裝 。 CAT24WC16 的 管腳配置和管腳描述如圖 216 所示。 圖 216 CAT24WC16管腳配置和管腳描述 在實際 連接中，如圖 217所示。 SCK 與 SDA 引腳需要接高電平， WP 引腳則接地。SCK 與 SDA 引腳和單片機的 ， 。符合 I2C 協(xié)議，通過 I2C 與單片機相連 圖 217 24C16 與單片機連接圖 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 硬件電路的設(shè)計 10 3 硬件電路的設(shè)計 本章主要包括單片機的外圍電路的設(shè)計 —— 復(fù)位電路、時鐘電路； A/D 積分電路的設(shè)計 —— 與單片 機如何相連、時鐘信號如何產(chǎn)生；數(shù)碼管如何顯示 ——MAX7221 的連接，數(shù)碼管的連接。 單片機的外圍電路 復(fù)位電路 單片機與其他微處理器一樣， 當給單片機上電那一瞬間，電壓有在幾微秒內(nèi)（有的是幾毫秒內(nèi)）不是直接跳變到 5V 的而是一個直線上升的階段， 所以 啟動時都要復(fù)位，使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。 89 系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后， 當振蕩器工作時， 只要在 RST 引腳 上 出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平 ， 那么 單片機 就可以進行 復(fù)位。 復(fù)位操作 有 兩種方式：有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。 單片機的 高電平復(fù)位電路圖如 31（ b）所示。 本次復(fù)位電路中，加電瞬間電容通過充電。在通電瞬間，電容 C 通過電阻 R 充電，復(fù)位有按鍵復(fù)位和高電平復(fù)位，高電平復(fù)位是通過復(fù)位端經(jīng)電容（ 1022uF）與 +5V 電源連接，電容 C 的電壓比較小，RST 就為高電平。在電容 C 充電期間， RST 引腳電位會逐漸減小，當 RST 的電位小于一定值時， CPU 就會脫離復(fù)位。 按鍵復(fù)位是通過一按鈕開關(guān)使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)上電后，一般是通過手動復(fù)位來實現(xiàn)的。 按鍵復(fù) 位電路如圖 31（ a）所示。 RS T +5 (a) 按鍵復(fù)位電路 （ b） 高電平復(fù)位電路 圖 31復(fù)位電路 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 硬件電路的設(shè)計 11 時鐘電路 89C51 內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激放大器。 單片機的 振蕩器的工作頻率一般在 之間，一般 情況下我們采用的 石英晶振作定時外部時鐘源， 在特殊情況下如 在不需要高精度參考時鐘時也可以考慮用電感代替晶振，有時也可以用 引入外部時鐘的脈沖信號。 電容常取 30PF左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。 時鐘信號頻率常用 fosc 表示。 AT89C51的時鐘頻率為 12MHz，即 fosc=12MHz，則時鐘周期為 1/12μ S。 單片機的外部振蕩電路圖 如圖 32 所示 。 圖 32外部振蕩電路 單片機整體電路圖如 圖 33 表示。 圖 33單片機電路圖 恒 壓 源電路 本設(shè)計恒 壓 源是 。 輸入的電壓是 0 到 。 使用 TL431 與電阻組成 的恒 壓 源，如圖 34 所示。 TL431 可以是從 到 36V。只要 R3 滿足如下公式 31 所示。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 硬件電路的設(shè)計 12 mARVVmA outcc 500/)(1 3 ??? （ 31） 恒 壓 源電壓輸出 為 Vout， R1 和 R2 的電阻 大小 決定 Vout。如下公式 32 所示。 221 /*)( RRRV out ?? （ 32） 321U1T L 4 3 1R1R2R3 圖 34 恒壓源 圖 35 ICL7135時序圖 A/D 積分電路 ICL7135 參考電壓聯(lián)線 ICL7135是 美國 MAXIN 公司生產(chǎn)的一種常用的 ， 4位半的雙積分 A/D轉(zhuǎn)換芯片，它可以轉(zhuǎn)換輸出177。 20200 個數(shù)字量 ，而且 芯片抗干擾能力強、分辨率高、價格低廉。芯片采用了自動校零技術(shù)，可保證零點 在常溫下的長期穩(wěn)定性，模擬輸入可以是差動信號，輸入主抗極高。 圖 36 所示是 ICL7135 的 VREF 引腳的外圍電路圖。 VREF 是 基準電壓，其值為Vin /2。 VREF 的穩(wěn)定性對 A/D 轉(zhuǎn)換精度有很大影響，應(yīng)采用高精度穩(wěn)壓源。 這里的基準電壓是 1V。即參考電壓 V 如下公式 33 所示。 refin VVV /*1000? （ 33） Vin 即是輸入的電壓。 ICL7135 的 BUF 腳是緩沖放大器輸出端， INTO 是 模擬電壓差分輸入。 AZIN 是自校零 外接校零電容 。如圖 37 所示是積分電路。積分電阻Rint 的數(shù)值由積分放大器的輸出電流和輸入電壓 Vin 決定。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 硬件電路的設(shè)計 13 RE FA CO M( M S D )( L S D )M S B( L S B )RE F2A CO M3INLO9INH I10V+11V1INT4AZ5B U F6CR E F +8CR E F 7CLK IN22UN R28O V R27S T RO B E26G ND24P O L23D120D219D318D417D512B113B214B415B816RU N/HO L D25B US Y21U1ICL7 1 3 5CR V 11 0 KR11 0 k321U2T L 4 3 1 INTAZB U FC32 n 2R41 2 5 kC22 n 2D11 N41 4 8R31 0 k 圖 36 REF的外圍電路 圖 37積分電路 ICL7135 與單片機連線 一般采
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