【文章內容簡介】 且留有充分的余量,選用 350μΩ 的分流器。以其將負載電流轉換為電壓 ,接 V1P 和 V1N。線路電壓經電壓分壓器分壓,也降到允許的最大電壓范圍之內,接 V2P 和 V2N。負載電流為基本電流(5A) 時 ,線路的功耗為 P=2205= 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 段的脈沖計數標準為 100imp/ 。 乘以此常數得 Ib 情況下的輸出頻率:fF1=PC=3200/3600=查 AD7755 數據表,所選擇 f14=，滿足最大電流為 40A 和再留有足夠余量的要求。fF1=U1U2Gf14U2REF山東科技大學課程設計8U1=5350=1750μV=并以最大電流產生的壓降和表 1,選擇 G=16U2=fF1U1Gf14=16=原理圖中 RC1,R2 、C2,RC3,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計。不過,兩個通道之間的相位匹配非常重要。例如,當 cosφ= 時,176。的外部相位誤差將產生 %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=39k Ω,R9=18k Ω ,R10=,R11= ,R12=,R13=,R14=560Ω ,R15=R16=330kΩ ?？紤]到選用的分流器和基準源都存在允差,原理圖中設置了校準網絡,通過短接或斷開 J1~J10,可在177。30%范圍內進行調節(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。據廠家介紹,從 J1~J10 全部接通變化到J1~J10 全部斷開,50Hz 處產生的相移僅為 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)壓產生。7805 的輸出以 C13(10μF)和 C12(100nF)退耦,接 AD7755 的DVDD。VDD 再經 R22(10Ω)、C10(100nF)和 C11 (220μF) 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絡等。 C8051F360 單片機部分管腳及參數由原理圖知：~ 分配給八個用戶，作為脈沖輸入端口。 和 分配給 LED 顯示部分作為時鐘信號和數據輸入。 和 分配給 24C16 作為 SCL 和 SDA 信號腳。此外，C8051F360 功能強大，結構復雜，其余端口與本設計無關，故其分配情況不再詳述。晶振采用 11..0592MHz，電源使用 。 電源參數220V~5V 的共兩套，一套給 AD7755，另一套給顯示模塊和 5V~ 電源。5V~ 電源供給 C8051F360 和 24C16。220V~5V 轉換電路中，相關參數如下：C1=330uf，為濾波電容；C2= ，用于抵消輸入線較長時的電感效應，山東科技大學課程設計9以防止電路產生自激震蕩；C3=1uf，用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。圖 AD7755 性能測試電路 器件選擇：AD7755 電能脈沖發(fā)生器的選擇：AD7755 是美國 AD 公司生產的專用于功率/電能測量的低成本集成電路。它的技術指標滿足 GB/T172151998 標準規(guī)定的準確度等要求。AD7755 有 24 條引腳,以 DIP 和 SSOP 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 ；PP19 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,復位引腳,邏輯低使 ADC 和數字電路保持復位狀態(tài),清內部寄存器；P10 REFIN/OUT,電壓基準腳,片上基準為 5(177。8%)V,可接外部基準源；P11 AGND,模擬電路參考地。P12 SCF,校準頻率選擇腳； P1P14 SS0, 數頻轉換頻率選擇腳；P1P16 GG0,通道 1 增益選擇腳；P17 P18 CLKIN CLKOUT,外接時鐘,鐘頻 ；P20 REVP,負功率指示腳 ,電壓信號和電流信號之間的相位差90 176。時變?yōu)檫壿嫺?。P21DGND,數字電路參考地；P22 CF,校準頻率輸出；P2P24 F2 、F1,低頻輸出。它由模擬電路(模數轉換電路、基準電路與電源電壓監(jiān)測電路)和數字信號處理電路兩部分組成。被測電壓、電流轉換為數字量后,接下來的信號處理都在數字域實現。AD7755 內部的相位校正電路、高通濾波器、乘法器、低通濾波器、數字 頻率轉換器等都為數字電路。AD7755 內有兩個以 900kHz 過采樣速率采樣的 16 位 2 階 ΣΔ 模數轉換器(ADC)。被測電流經可編程增益放大器(PGA)放大后接電流通道的 ADC,并由此 ADC 轉換為對應的數字信號。再經相位校正山東科技大學課程設計10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 轉換而來的、與被測電壓對應的數字信號。相乘后產生瞬時功率信號。此信號經低通濾波器濾除其中的交流分量,提取出負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 CF 輸出,用于校準或送微控制器累加計數,實現對電能的計量。電流通道的 PGA 的增益受管腳GG0 控制?！　?高通濾波器是否接入受管腳 AC/DC 控制。邏輯高,HPF 使能。用來去除電流通道的直流偏移和由此引起的誤差。高通濾波器接入或斷開造成的相移,由相位校正電路校正,使電壓通道和電流通道的相位匹配。如前所述,管腳 FF2 輸出與平均有功功率成正上的電壓有效值具有下列關系:fF1=fF2=U1U2Gf14U2REF(1)式中,UU2 分別為電流通道和電壓通道輸入端的 rms 差動電壓(V),G 為電流通道的增益,選擇方法見表 1；UREF 為基準電壓值 (V)；f14 為以 SS0 邏輯輸入選擇的頻率(Hz),選擇方法見表 2。表 　f14 等選擇表　　表 第 7 列是與兩個通道都輸入最大電壓所對應的最高輸出頻率(Hz)?？紤]到實際電網電壓存在波動和負載電流可能超載,設計電能表時,兩個模擬通道的輸入電壓一般都留有足夠的超量程余地。比如,取允許的最大值的一半。山東科技大學課程設計11表 2 第 5 列是用管腳 SCF、SS0 邏輯輸入選擇的轉換系數,CF 腳輸出的頻率為 fCF=KfF1(2)由表 2 知,CF 端輸出的頻率能高達 fF1 的 2048 倍。設計參數如下基準電壓： 220V177。20%基準電流：Ib=A最大電流：Imax=4Ib=20A計量精度：最小電流：Imin=脈沖數：1000/圖 AD7755 電能脈沖發(fā)生器 鍵盤設計電路圖 鍵盤設計電路鍵值 1 2 3 4鍵碼 F7H EFH DFH FDH鍵值 5 6 7 8山東科技大學課程設計12鍵碼 FBH BFH 7FH FEH表 鍵值鍵碼對應表3．8 采樣電路R 2C 1C 2A G N DV 1 PV 1 NF 1R 1I123F 1A G N D圖 電流采樣電路使用分流器的電流采樣電路如圖 所示，其中 F1 為分流器，RR2 為采樣電阻，CC2 為采樣電容，他們?yōu)殡娏鞑蓸油ǖ捞峁┎蓸与妷盒盘?，采樣電壓信號的大小由分流器的阻值和流過其上的電流決定。4 軟件電路設計 主程序流程圖設計山東科技大學課程設計13單片機初始化讀取 E2PROM 24C16 存儲值利用定時器 T0 設置中斷讀取 P2 口狀態(tài)開始調用顯示用戶及相應電能子程序向 E2PROM 中寫脈沖數循環(huán)結束圖 主程序流程圖設計 顯示用戶及相應電能子程序框圖山東科技大學課程設計14開始結束調用查詢鍵盤程序處理脈沖數據調用顯示程序顯示，并延時一秒八戶是否顯示完否是圖 顯示用戶及相應電能子程序框圖 讀 24C16 子程序框圖山東科技大學課程設計15開始發(fā)送起始地址送寫控制字向 24C16 送入一個字節(jié)串行數據發(fā)送字節(jié)地址結束寫失敗否是將字節(jié)地址送入 24C16重新發(fā)起始條件將 24C16 里的數據讀出發(fā)控制字應答則傳送讀最后一個數據前發(fā)非應答信號發(fā)終止條件圖 讀 24C16 子程序框圖山東科技大學課程設計16 寫 24C16 子程序流程圖開始發(fā)送起始地址送寫控制字向 24C16 送入一個字節(jié)串行數據發(fā)送字節(jié)地址結束寫失敗否是將字節(jié)地址送到 24C16寫數據到 24C16 并發(fā)應答信號發(fā)數據否是8 個字節(jié)發(fā)送完否數據接收錯誤 是 寫 24C16 子程序流程圖 查詢鍵盤流程圖山東科技大學課程設計17將鍵盤狀態(tài)存入 74HC165讀出一個鍵盤狀態(tài)鍵盤是否按下對相應用戶進行清零鍵盤狀態(tài)是否已全部移出結束是是否開始圖 查詢鍵盤流程圖 中斷子程序流程圖山東科技大學課程設計18開始將新的脈沖狀態(tài)存入 20H 單元新舊脈沖狀態(tài)進行比較是否有脈沖來相應用戶的脈沖個數加一是否結束 中斷子程序流程圖5 結束語兩個星期的課程設計結束了，從中我學到了很多東西且感悟良多體會到了山東科技大學課程設計19課本聯系實際、設計思想、實際動手能力都有所提高。初學單片機時覺得它深奧難懂枯燥無味，通過課程設計我體會到了編程的靈活性。鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。課程設計從設計電路到調試結束失敗很多次也修改很多次可謂是屢敗屢戰(zhàn)，可我們并未氣餒我們堅持到了最后雖然最后做出的電路不太讓人滿足但總算完成了總算看到我們的成果了總算可以激動興奮一番了。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正弄明白，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對單片機匯編語言掌握得不好……在老師和學長的辛勤的指導下，最后我們順利地完成了這次的課程設計。這次課程設計讓我的實際動手能力得到了大大的鍛煉讓我解決實際問題的能力得到了大大的提高并對本專業(yè)的課程布滿了濃厚的興趣及對以后的學習充滿了信心；決定在以后的學習生活中加強練習端正心態(tài)迎接新的挑戰(zhàn)。同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示衷心的感謝！在設計中借鑒了往屆同學以及網上的一些資料，才知道自己還有很多的不足之處，在編寫程序上以及實際運用知識上還很欠缺，所以以后要更多的理論聯系實際，這樣才會對知識有更深的了解。致謝：通過這次的實驗，我深刻認識到自己在理論與實際動手方面結合的不足之處，對單片機了解和認識的程度不高。在實驗中，通過聽取學長們的講解和同學的互相探討，終于對實驗的基本原理和方法有了一定程度的了解。最后終于得出了實驗程序和結果。最后，感謝公老師和學長對我們的悉心教導，讓我們增長了知