【文章內(nèi)容簡介】 ，再配合跳閘斷電電路，使得系統(tǒng)有更高的可靠性。： EEPROM 單片機 AT89C52計量芯片電路（ADE7755) IC卡卡座（SLE4442） 顯示電路（LCD12864）跳閘斷電電路實時時鐘（DS12887）預(yù)付費電度表的硬件電路可分為單片機控制電路、電能計量電路、顯示電路、IC卡接口電路、電能存儲電路、掉電檢測電路和電源電路等組成，下面就簡單介紹各電路。 電源電路的設(shè)計 電源是整個系統(tǒng)能夠工作的基礎(chǔ)，在實際運用中比較容易獲得的電源是220V交流電。而在系統(tǒng)中主要是以集成芯片為硬件基礎(chǔ)，其需要+5V的直流電源。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路等四部分組成，： 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78 系列和負(fù)電壓輸出的79系列，而在設(shè)計中需要的是+5V電壓，所以在設(shè)計中采用的而是7805三端正穩(wěn)壓電路，： 7805實物及引腳：控制部分為整個電路的核心，實現(xiàn)電能脈沖、掉電信號、卡信號、串行EEPROM數(shù)據(jù)的采集和讀寫，完成顯示驅(qū)動模塊的控制等功能。單片機的選擇是決定電度表性能的關(guān)鍵因素，在設(shè)計中選用的是Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52。 AT89C52介紹AT89C52是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)檫寫的程序存儲器和12B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C52單片機屬于AT89C51單片機的增強型，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是： ①片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次；②片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含256字節(jié)的RAM； ③具有32根可編程I/O口線； ④具有3個可編程定時器；⑤中斷系是具有統(tǒng)8個中斷源、6個中斷矢量、2個級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；⑥串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口； ⑦具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR； ⑧低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；⑨具有可編程的3級程序鎖定位； ⑩AT89C52工作電源電壓為5（1+）V，且典型值為5V；最高工作頻率為24MHz。： AT89C52實物圖及引腳圖其中40只引腳按其功能來分，可分為如下三類：⑴電源及時鐘引腳：VCC、VSS；XTALXTAL2。⑵控制引腳：、ALE、RESET(即RST）。⑶I/O口引腳：P0、PPP3，為4個8位I/O口的外部引腳AT89S52主要引腳的主要功能： VCC：接+5V電源。 VSS：接地。P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。當(dāng)P0口作為輸出口使用時，由于輸出電路是漏極開路（因為此時上拉場效晶體管截止），必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P1口作為輸出口使用時，外電路不需外接上拉電阻；作為輸入口使用時，應(yīng)先向其鎖存器先寫入1，使輸出驅(qū)動電路的FET截止。P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。由于MCS51的引腳數(shù)目有限，因此在P3口電路中增加了引腳的第二功能。 P3口的第二功能定義端口引腳第二功能　RXD（串行輸入口）　TXD（串行輸出口）?。ㄍ獠恐袛?）　（外部中斷1）　T0（定時器0外部計數(shù)輸入）　T1（定時器1外部計數(shù)輸入）?。ㄍ獠繑?shù)據(jù)存儲器寫選通）　（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：RST（RESET)是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機運行時，在此引腳上持續(xù)時間大于2個機器周期（24個時鐘振蕩周期）的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。在單片機正常工作時，此引腳≦。ALE/ ：ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當(dāng)單片機訪問外部存儲器時，ALE輸出信號的負(fù)跳沿用于單片機發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。即使不訪問外部鎖存器，ALE端仍有正脈沖輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率的1/6。為本引腳的第二功能。在對片內(nèi)EPROM型單片機編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端。：程序存儲器輸出控制端。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。此引腳接外部程序存儲器的(輸出允許端)。端可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。 /VPP：功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當(dāng)引腳為高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH，即超出片內(nèi)程序存儲器的4KB地址范圍時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)引腳為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器，無論是否有內(nèi)部程序存儲器，對于8031來說，因其無內(nèi)部程序存儲器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲器。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。 控制回路的設(shè)計此次設(shè)計的主控回路是以AT89C52單片機為核心設(shè)計的復(fù)位、報警、晶振電路，主要完成IC卡讀寫電路的邏輯控制與一些相關(guān)信息的處理，而這些功能的實現(xiàn)比較主要是靠軟件設(shè)計來完成的，其硬件電路相對簡單。一般情況下單片機的最小系統(tǒng)就能完成其功能，： 控制電路圖（包括晶體振蕩器（Y1）、電容C1C13），上電復(fù)位電路（包括R1R1SC21）構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。其中，晶體振蕩器選用12MHz的高穩(wěn)定無源晶體振蕩器，它與AT89C52中的反向放大器構(gòu)成振蕩器，給CPU提供高穩(wěn)定的時鐘信號。電容C1C12可起頻率微調(diào)作用，電容值在5pF～30pF之間選擇，在本次設(shè)計中我選的是20pF。 ADE7755引腳排列及功能在電能計量電路中主要采用電子電能表專用集成芯片ADE7755,： ADE7755實物圖及引腳圖 ADE7755引腳功能引腳號符號說明 1 DVDD數(shù)字電源引腳。該引腳提供ADE7755數(shù)字電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng)保持在5V177。5%,該引腳應(yīng)使用10uF電容并聯(lián)100nF瓷介電容進行去耦。 2 AC/DC高通濾波器HPF選擇引腳。當(dāng)該引腳輸入高電平時，通道1（電流通道）內(nèi)的HPF被選通，該濾波器所涉及的相位相應(yīng)在45Hz至1KHz范圍內(nèi)在片內(nèi)已得到補償。在電能計量的應(yīng)用中，應(yīng)使HPF選通。 3 AVDD模擬電源引腳。該引腳提供ADE7755模擬電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng)保持在5 V177。5%，為使電源的紋波和噪聲減小到最低程度，該引腳應(yīng)使用10uF電容并聯(lián)100nF瓷介電容進行去耦。4，19 NC不連接5，6V1P,V1N通道1（電流通道）的正、負(fù)模擬輸入引腳。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為177。470mV，相對于AGND的最大信號電平為177。1V。7，8V2N,V2P通道2（電壓通道）的負(fù)、正模擬引腳。完全差動方式輸入方式，正常工作最大輸入電壓為177。660mV，相對于AGND的最大信號電平為177。1V。 9 RESFT復(fù)位引腳。當(dāng)為低電平時，ADC和數(shù)字電路保持復(fù)位狀態(tài)，在ˉRESEF的下降沿，清除ADE7755內(nèi)部寄存器。 10 REF基準(zhǔn)電壓的輸入、輸出引腳。177。8%，典型溫度系數(shù)為30ppm/℃。外部基準(zhǔn)源可以直接連接到該引腳上。無論用內(nèi)部還是外部基準(zhǔn)源，該引腳都應(yīng)使用10uF鉭電容和100nF瓷介電容對AGND進行去耦。 11AGND這是ADE7755模擬電路（即ADC和基準(zhǔn)源）的接地參考點，該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的模擬地面。 12 SCF校驗頻率選擇。該引腳的邏輯輸入電平確定CF引腳的輸出頻率。13，14 S1，S0這兩個引腳的邏輯輸入用來選擇數(shù)字/頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)，這為電度表的設(shè)計提供了很大靈活性。15，16G1，G0這兩個引腳的邏輯輸入用來選擇通道1的增益。 17 CLKIN外部時鐘可從該引腳接入，也可把一個石英晶體接在CLKIN和CLKOUT之間，為ADE7755提供時鐘源。作為石英晶體負(fù)載的33pF瓷介電容應(yīng)和振蕩器門電路連接。 18CLKOUT如上所述，可把一個石英晶體接在CLKIN和CLKOUT之間，為ADE7755提供時鐘源，當(dāng)CLKIN上接有外時鐘時CLKOUT引腳能驅(qū)動一個CMOS負(fù)載。 20 REVP當(dāng)檢測到負(fù)功率時，即電壓和電流信號的相位差大于90℃時，該引腳輸出邏輯高電平，該輸出沒有被鎖存。當(dāng)再次檢測到正功率時，該引腳的輸出復(fù)位。即該輸出的邏輯狀態(tài)隨CF輸出脈沖同時變化 ADE7755的特點（1）輸入信號范圍寬。電壓、電流通道里各有一個高阻抗的輸入放大器。它們帶有內(nèi)部保護電路，從而避免了芯片在持續(xù)過壓、欠壓或靜電放電（ESD）時損壞器件。電壓通道的最大差動輸入信號177。660mV（峰值），由于電流通道的增益可編程，不同增益時有不同的允許值。電流在500:1的動態(tài)范圍內(nèi)，%，所以可允許有高的過載倍數(shù)（6倍）注意：任何一個輸入端對AGND的電壓，不的超過177。1V。 最大差動輸入信號范圍G1G2增益輸入信號（峰值）001177。470mV012177。235mV108177。60mV1116177。30mV （2）乘法器前后帶有高通（HPF）和低通（LPF）濾波器。HPF可濾除通道里的漂移信號，以免漂移信號影響乘積（功率），LPF可濾除乘積里的高次諧波。（3）能輸出標(biāo)準(zhǔn)高、低頻脈沖CF和FF2，并且高、低頻脈沖的頻率及比值可以控制。這樣就可靈活設(shè)計電表常數(shù)。數(shù)字—頻率轉(zhuǎn)換電路可按照所測功率大小，在S1，S0和SCF控制下，將時鐘端CLK的頻率變?yōu)樗璧母?、低頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率。高、。其中F1（或F2）代表有功功率平均值（內(nèi)部積分常數(shù)大），供電能計量用。CF代表有功功率瞬時值（內(nèi)部積分常數(shù)?。?，供檢驗用。 高、低頻電能計量脈沖波形（4）單電源，+5V供電。ADE7755內(nèi)含電源監(jiān)控電路，當(dāng)模擬供電電源AVdd未升至4V或已降至4V時，它能自動復(fù)位，以保證芯片上的電能正常啟動，斷電時能可靠斷開。（5）片內(nèi)除ADC和基準(zhǔn)源為模擬電路外，其余均為數(shù)字電路，因此可保證在周期環(huán)境極端情況下，能長時間測量穩(wěn)定和計量準(zhǔn)確。（6）ADE7755內(nèi)含“空載門檻”和“啟動電流”判斷電路，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率低于一定值時，自動關(guān)閉CF和F1，F(xiàn)2的輸出，這樣可克服潛動現(xiàn)象。 本次設(shè)計是單相電子式電度表，所以在電能計量之前必須先將用戶的電壓和電流進行采樣，再通過ADE7758芯片來得到一個較為準(zhǔn)確的功率值并輸入單片機中，、： 電流采集電路 電壓采集電路： ADE7755構(gòu)成的電能計量電路設(shè)計中的參數(shù)計算：在設(shè)計中線電壓為220V，電流范圍Ib=10（60)A，計度器儀表常數(shù)F=F1/F2=100imp/kWh，脈沖常數(shù)CF=1600imp/kWh，當(dāng)Ib=10A時，其功耗=220V10A=；計度器常數(shù)下的頻率=100/3600=；當(dāng)Ib=60A時，計度器常數(shù)的頻率=6=；，與之對應(yīng)的F14=，此時的S0S1=10 半滿度交流輸入時F1和F2的輸出頻率S0S1F14/HzF1和F2的輸出頻率（Hz）00011011 由于電流通道1有一個可編程放大器，其增益可由用戶設(shè)計選擇為16,。在此次設(shè)計中選擇的是G0G1=11，其增益為16,最大差動信號為177。30mV。由于儀表的脈沖常數(shù)是計度器儀表常數(shù)的16倍，,即在電路圖中該引腳接地。 SCF 與F1，F(xiàn)2的輸出頻率關(guān)系SCFS0S1F14/HzCF的輸出頻率/Hz100128F1，F(xiàn)200064F1，F(xiàn)210164F1，F(xiàn)200132F1，F(xiàn)211032F1，F(xiàn)201016F1，F(xiàn)211116F1，F(xiàn)20112048F1，F(xiàn)2 ADE7755的電流通道1和電壓通道2的輸入分別經(jīng)過各自的ADC并經(jīng)過數(shù)字乘法器，并經(jīng)信號處理電路中的低通濾波器，從而獲得有功功率信息，并最終轉(zhuǎn)化為頻率信號。其輸出頻率與輸入電壓的關(guān)系由下式確定：F=（V1V2GF14)/VREF^2式中：F為引腳F1，F(xiàn)2輸出的脈沖頻率； V1為電流通道的差動輸入電壓有效值； V2為電壓通道的差動輸入電壓有效值； G為PGA的增益，在此設(shè)計中為16； VREF是片內(nèi)的基準(zhǔn)電壓（177。8%）； F14由主時鐘CLKIN分頻獲得。所以在Ib條件下，=（V23mV16）/^2可得：V2=,從而計算出分壓電路的衰減比220V：=1515:1。實際上，177。8%，因此，采用不同的芯片，各電能表的頻率輸出