【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(shí) ,線路的功耗為 P=2205= kw。選擇 f14=,SCF=0,S1=0,=S0=1,此時(shí) CF 頻率為 f1 的 32 倍，所要求的頻率恰為 f1， f2 段的脈沖計(jì)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=PC=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。fF1=U1U2Gf14U2REF山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)8U1=5350=1750μV=并以最大電流產(chǎn)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?yàn)?AD7755 以 900kHz 過(guò)采樣速率采樣,故大大簡(jiǎn)化了抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)。不過(guò),兩個(gè)通道之間的相位匹配非常重要。例如,當(dāng) cosφ= 時(shí),176。的外部相位誤差將產(chǎn)生 %的測(cè)量誤差。為使兩個(gè)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(zhǔn)源都存在允差,原理圖中設(shè)置了校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)短接或斷開(kāi) 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(kāi),50Hz 處產(chǎn)生的相移僅為 176?？紤]到分流器存在寄生電感,較大時(shí)需要進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)分濾器阻值很小時(shí),如,小于 200μΩ,特別要注意此問(wèn)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(10μF)和 C12(100nF)退耦,接 AD7755 的DVDD。VDD 再經(jīng) 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(wǎng)絡(luò)等。 C8051F360 單片機(jī)部分管腳及參數(shù)由原理圖知：~ 分配給八個(gè)用戶，作為脈沖輸入端口。 和 分配給 LED 顯示部分作為時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)輸入。 和 分配給 24C16 作為 SCL 和 SDA 信號(hào)腳。此外，C8051F360 功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其余端口與本設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，故其分配情況不再詳述。晶振采用 11..0592MHz，電源使用 。 電源參數(shù)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(zhuǎn)換電路中，相關(guān)參數(shù)如下：C1=330uf，為濾波電容；C2= ，用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)9以防止電路產(chǎn)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(cè)試電路 器件選擇：AD7755 電能脈沖發(fā)生器的選擇：AD7755 是美國(guó) AD 公司生產(chǎn)的專用于功率/電能測(cè)量的低成本集成電路。它的技術(shù)指標(biāo)滿足 GB/T172151998 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)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(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 ；PP19 NC,未接；P5P6 V1PV1N,通道 1(電流通道)模擬輸入,最大差動(dòng)輸入電壓為177。470mV；P7P8 V2NV2P,通道 2(電壓通道)模擬輸入,最大差動(dòng)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； P1P14 SS0, 數(shù)頻轉(zhuǎn)換頻率選擇腳；P1P16 GG0,通道 1 增益選擇腳；P17 P18 CLKIN CLKOUT,外接時(shí)鐘,鐘頻 ；P20 REVP,負(fù)功率指示腳 ,電壓信號(hào)和電流信號(hào)之間的相位差90 176。時(shí)變?yōu)檫壿嫺?。P21DGND,數(shù)字電路參考地；P22 CF,校準(zhǔn)頻率輸出；P2P24 F2 、F1,低頻輸出。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(cè)電路)和數(shù)字信號(hào)處理電路兩部分組成。被測(cè)電壓、電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后,接下來(lái)的信號(hào)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(gè)以 900kHz 過(guò)采樣速率采樣的 16 位 2 階 ΣΔ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。被測(cè)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(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。再經(jīng)相位校正山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)10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(lái)的、與被測(cè)電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。相乘后產(chǎn)生瞬時(shí)功率信號(hào)。此信號(hào)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(shí)有功功率。AD7755 對(duì)這個(gè)瞬時(shí)有功功率信號(hào)進(jìn)行一段時(shí)間的累計(jì)、平均,求得平均有功功率,以較短時(shí)間對(duì)瞬時(shí)有功功率進(jìn)行累計(jì),求得與瞬時(shí)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(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的計(jì)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(lái)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(kāi)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(guān)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(dòng)電壓(V),G 為電流通道的增益,選擇方法見(jiàn)表 1；UREF 為基準(zhǔn)電壓值 (V)；f14 為以 SS0 邏輯輸入選擇的頻率(Hz),選擇方法見(jiàn)表 2。表 　f14 等選擇表　　表 第 7 列是與兩個(gè)通道都輸入最大電壓所對(duì)應(yīng)的最高輸出頻率(Hz)?？紤]到實(shí)際電網(wǎng)電壓存在波動(dòng)和負(fù)載電流可能超載,設(shè)計(jì)電能表時(shí),兩個(gè)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(xué)課程設(shè)計(jì)11表 2 第 5 列是用管腳 SCF、SS0 邏輯輸入選擇的轉(zhuǎn)換系數(shù),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(dá) fF1 的 2048 倍。設(shè)計(jì)參數(shù)如下基準(zhǔn)電壓： 220V177。20%基準(zhǔn)電流：Ib=A最大電流：Imax=4Ib=20A計(jì)量精度：最小電流：Imin=脈沖數(shù)：1000/圖 AD7755 電能脈沖發(fā)生器 鍵盤(pán)設(shè)計(jì)電路圖 鍵盤(pán)設(shè)計(jì)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(xué)課程設(shè)計(jì)12鍵碼 FBH BFH 7FH FEH表 鍵值鍵碼對(duì)應(yīng)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?hào)，采樣電壓信號(hào)的大小由分流器的阻值和流過(guò)其上的電流決定。4 軟件電路設(shè)計(jì) 主程序流程圖設(shè)計(jì)山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)13單片機(jī)初始化讀取 E2PROM 24C16 存儲(chǔ)值利用定時(shí)器 T0 設(shè)置中斷讀取 P2 口狀態(tài)開(kāi)始調(diào)用顯示用戶及相應(yīng)電能子程序向 E2PROM 中寫(xiě)脈沖數(shù)循環(huán)結(jié)束圖 主程序流程圖設(shè)計(jì) 顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)14開(kāi)始結(jié)束調(diào)用查詢鍵盤(pán)程序處理脈沖數(shù)據(jù)調(diào)用顯示程序顯示，并延時(shí)一秒八戶是否顯示完否是圖 顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖 讀 24C16 子程序框圖山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)15開(kāi)始發(fā)送起始地址送寫(xiě)控制字向 24C16 送入一個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù)發(fā)送字節(jié)地址結(jié)束寫(xiě)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(shù)據(jù)讀出發(fā)控制字應(yīng)答則傳送讀最后一個(gè)數(shù)據(jù)前發(fā)非應(yīng)答信號(hào)發(fā)終止條件圖 讀 24C16 子程序框圖山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)16 寫(xiě) 24C16 子程序流程圖開(kāi)始發(fā)送起始地址送寫(xiě)控制字向 24C16 送入一個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù)發(fā)送字節(jié)地址結(jié)束寫(xiě)失敗否是將字節(jié)地址送到 24C16寫(xiě)數(shù)據(jù)到 24C16 并發(fā)應(yīng)答信號(hào)發(fā)數(shù)據(jù)否是8 個(gè)字節(jié)發(fā)送完否數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤 是 寫(xiě) 24C16 子程序流程圖 查詢鍵盤(pán)流程圖山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)17將鍵盤(pán)狀態(tài)存入 74HC165讀出一個(gè)鍵盤(pán)狀態(tài)鍵盤(pán)是否按下對(duì)相應(yīng)用戶進(jìn)行清零鍵盤(pán)狀態(tài)是否已全部移出結(jié)束是是否開(kāi)始圖 查詢鍵盤(pán)流程圖 中斷子程序流程圖山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)18開(kāi)始將新的脈沖狀態(tài)存入 20H 單元新舊脈沖狀態(tài)進(jìn)行比較是否有脈沖來(lái)相應(yīng)用戶的脈沖個(gè)數(shù)加一是否結(jié)束 中斷子程序流程圖5 結(jié)束語(yǔ)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，從中我學(xué)到了很多東西且感悟良多體會(huì)到了山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)19課本聯(lián)系實(shí)際、設(shè)計(jì)思想、實(shí)際動(dòng)手能力都有所提高。初學(xué)單片機(jī)時(shí)覺(jué)得它深?yuàn)W難懂枯燥無(wú)味，通過(guò)課程設(shè)計(jì)我體會(huì)到了編程的靈活性。鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。課程設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)電路到調(diào)試結(jié)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(jiān)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(dòng)興奮一番了。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正弄明白，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)不懂一些元器件的使用方法，對(duì)單片機(jī)匯編語(yǔ)言掌握得不好……在老師和學(xué)長(zhǎng)的辛勤的指導(dǎo)下，最后我們順利地完成了這次的課程設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)讓我的實(shí)際動(dòng)手能力得到了大大的鍛煉讓我解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到了大大的提高并對(duì)本專業(yè)的課程布滿了濃厚的興趣及對(duì)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)。同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示衷心的感謝！在設(shè)計(jì)中借鑒了往屆同學(xué)以及網(wǎng)上的一些資料，才知道自己還有很多的不足之處，在編寫(xiě)程序上以及實(shí)際運(yùn)用知識(shí)上還很欠缺，所以以后要更多的理論聯(lián)系實(shí)際，這樣才會(huì)對(duì)知識(shí)有更深的了解。致謝：通過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)，我深刻認(rèn)識(shí)到自己在理論與實(shí)際動(dòng)手方面結(jié)合的不足之處，對(duì)單片機(jī)了解和認(rèn)識(shí)的程度不高。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)聽(tīng)取學(xué)長(zhǎng)們的講解和同學(xué)的互相探討，終于對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)程序和結(jié)果。最后，感謝公老師和學(xué)長(zhǎng)對(duì)我們的悉心教導(dǎo)，讓我們?cè)鲩L(zhǎng)了知