【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應用于測量系統(tǒng)中。 DS 1302 引腳腳圖如圖 ： 圖 DS12887管腳圖 LCD1602 液晶顯示屏介紹 LCD1602是一款工業(yè)字符型液晶顯示屏，能夠同時顯示 32個字符，內(nèi)部帶有 80*8為的內(nèi)部 RAM緩沖區(qū)，可顯示阿拉伯數(shù)字，引文字母大小寫，常用符號和日文片假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，在本次設計中，可以通過LCD顯示萬年歷，分時 電價，剩余金額等數(shù)據(jù)信息，可以通過鍵盤來切換顯示。部分主要指令說明如下： 表 LCD1602指令碼 指令碼 功能 00111000 設置 16*2顯示， 5*7點陣， 8位數(shù)據(jù)接口 00001DCB D=1 開顯示； D=0關顯示 C=1顯示光標； C=0不顯示光標 B=1光標閃爍； B=0光標不閃爍 000000NS N=1當讀或寫一個字符后地址加一，光標加一 N=0當讀或寫一個字符后地址減一，光標減一 S=1時 寫一個字符，整屏顯示左移（ N=1）或右移（ N=0），以得到屏幕移動光標不移動的效果 S=0時 寫 一個字符，整屏顯示不移動 80H+地址碼 設置地址數(shù)據(jù)指針 01H 顯示清屏：所有指針清零，所有顯示清零 02H 顯示回車：數(shù)據(jù)指針清零 LCD1602 讀寫時序圖如圖 3. 所示： 12 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 圖 LCD1602 寫時序圖 圖 LCD1602 讀時序圖 13 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 4 軟件設計 本設計中，以 STC89C52 作為微處理器，采用 C 語言進行編程，配合硬件電 路，共同構成了本次設計的核心部分 。 本次設計采用 C 語言， C 語言 具有簡潔明了的特點，在本次設計中，按照各芯片的讀寫操作時序，以 SPI 總線操作方式，分別對 DS1302 時鐘芯片，AD7755 電能計量芯片進行讀寫操作，即可基本完成本次設計的主要功能。 DS1302 控制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取RAM 數(shù)據(jù) 。位 5 至 位 1 指示操作單元的地址 。最低有效位 (位 0)如為 0 表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘 的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位 7。 DS1302 有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā) 寄存器及與 RAM 相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫 (除充電寄存器外 )所有寄存器內(nèi)容。 DS1302 與 RAM 相關的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM單元，共 31 個，每個單元 組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、FFH(讀 )。而 AD7755 本身就是一款處理器，不要編寫代碼，內(nèi)部已經(jīng)一體化了。 本次設計的另一個重點就是 顯示 程序， 1602 的顯示程序同樣按照其讀寫時序圖完成，不同的是， 1602 的顯示，需要在主程序的開始寫一個初始化函數(shù)用以設定 1602 的顯示方式，光標等等，在本次設計中，只涉及到 1602 的寫程序，寫數(shù)據(jù)時，同樣需要先寫入 地址，寫地址時，先將 RS,EN 置低，延遲后再將EN 拉高，賦予地址，最后將 EN 拉低，寫數(shù)據(jù)與讀不同之處在于要將 RS 拉高其余同寫地址時一樣 。 14 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 設計軟件介紹 本次設計采用 KeiluVision2 作為編程工具，用 Proteus進行實物制作前的仿真， Keil作為現(xiàn)在主流的單片機編程工作具有操作簡單，快捷的優(yōu)點，同時可以與 Proteus聯(lián)動方便調節(jié)和仿真，另用 STCISP15XX 將程序下載至單片機上運行。 下面對涉及到的軟件作進一步的介紹。 Proteus 軟件介紹 Proteus 軟件是來 自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件。 Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源 代 碼的實時調試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等。 Proteus 組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,PCB 設計以及自動布線來實 現(xiàn)一個完整的電子設計系統(tǒng)。 KEIL 8051 開發(fā)工具 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 軟件設計的主要功能是完成分時計費，程序流程圖如圖 所示： 15 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 圖 主程序流程圖 電壓電流采集子程序 電壓電流采集子程序主要實現(xiàn)對電壓電流信號的同步采樣，其程序流程圖如圖 所示： 結束 開始 報警 程序初始化 是 讀 取 AD7755 讀取完成？ 否 計算余額 余額是否為 0？ 否 檢測標志位 鍵盤掃描 LCD 顯示 檢測中斷？ 是 否 是 16 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 圖 電壓電流子程序圖 AD 轉換子程序 AD 轉換子程序主要是實現(xiàn)將采集的電壓電流信號進行 AD 轉換， 得到單片機能處理的數(shù)據(jù)，并計算出直流功率大小，然后鎖存功率，電流，電壓數(shù)據(jù)，以供顯示。其程序流程圖如圖 所示： 圖 AD轉換子程序圖 打開 AD 電源 初始化 AD 轉換 停止轉換保存 轉換是否完成 否 是 是 打開電源 程序初始化 檢測信號 傳輸給 AD 轉換端口 關閉電源 否 是 17 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 5 系統(tǒng)調試 隨著各種智能電表的應用與普及，這一技術在科學研究，生產(chǎn)過程等領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。在科技社會的今天，人們對電表的計精度、穩(wěn)定性以及綜合利用等要求愈來愈高。因此，對電路的精確調試是必不可少的一步，為保證設計的質量，我們小組對本次設計中的軟硬件進行了分塊調試。 單片機及 LCD1602 顯示部分 在按照原理圖將單片機的最小系統(tǒng)焊接完成后，我們用 STCISP 軟件對其進行下載程序的調試，如圖 ： 圖 程序燒寫 LCD1602 顯示部分，在 Proteus 軟件中進行了仿真，運行結果如圖 所示，在確認仿真可行后，我們調用單獨的顯示程序，能正常顯示。 圖 1602仿真圖 由于焊接的問題，首先需要檢測電路是否導通，連接是否通暢。萬用板電 路主要分成三塊：電流互感器 TA32BM、電壓互感器 TV31 作為信號轉換，將 18 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 220V轉換為電能處理芯 片需要的信號，時鐘芯片 DS1302 進行計時，電能處理芯片 AD7755 對轉換后的電流電壓信號進行處理，計算出負載消耗的有功、無功、視在功率，并將所得信號進行存儲。 調試過程中，首先應對電流、電壓互感器的輸出端信號進行檢測，包括信號的大?。ㄊ欠穹?AD7755 所需信號）、波形是否符合要求，另外則應注意檢查電流電壓互感器與 AD7755 的連接是否正確。在確定電流、電壓互感器能正常工作后，就要開始調試芯片 AD7755，首先，應用萬用表對各個引腳進行測試。其次，應該注意檢查連線過程中的接觸問題，開始時沒有注意，結果發(fā)生了干擾，對于這一問題，就是將各個引腳的連線接牢。對于時鐘芯片 DS1302，這款芯片的管腳需要特別加以注意，認真閱讀芯片資料，否則容易將控制信號線和數(shù)據(jù)線的位置連接錯誤，硬件電路的調試主要使用萬用表、示波器完成，主要需要注意防止短路，保證各元件在正常上電時的安全。 在本次設計中，硬件部分的調試比較順利，軟件部分就相對較難。分時計費功能在軟件部分的程序中實現(xiàn)較為容易，主要是分清各個時間段的收費標準，在按鍵的設計上，采用了復用的思想，在程序中運用了矩陣鍵盤掃描，但按鍵數(shù)量有點多，對于程序編寫感到十分困難。在軟件的 調試過程中，出現(xiàn)了一些問題，由于程序較長，有好幾個全局變量比較混亂，我們對于程序的理解和把握還不是很熟悉。以后還需要多加練習。 6 系統(tǒng)功能、指標參數(shù) 由于時間 、 條件 和我們自身知識上 的 限制 ， 我們設計的智 能電表只是簡略 19 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 的實現(xiàn)其功能，在實物的構架中，利用一塊單片機開發(fā)板，并自己利用萬用板搭建了其他的外圍電路，因此該硬件總共分為三大部分：電源部分，采集部分，核心處理部分。 本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是分時段計費。主要實現(xiàn)以下功能： （ 1）用戶在 220V 電壓下所用功率的計算 。 （ 2）顯示用戶各時段所耗功率。 （ 3）具有應用 LED 實時顯示各時段費用及總費用功能。 電源部分使用 220V交流電，通過變壓器變壓為 9V之后，利用一塊 L7805穩(wěn)壓芯片，很好的得到了一個較為穩(wěn)定，且接近 5V 的電壓，誤差在 + 左右，可以利用其很好為單片機與核心芯片進行供電， 但在此次設計中由于經(jīng)費、時間有限，并未采用原定供電方案，而是直接采用了 USB 接口供電。 采集電路部分，也是自己利用萬用板搭建，運用電壓互感器，電流互感器為核心，進行變壓采樣，變壓后的電壓理想值為 ，由于 實際環(huán)境等影響，其電壓真實值為 ，但不會對功率計算造成太大的影響，電壓電流信號進 AD7755之后，即可由單片機進行讀取，獲得有功功率，用于計算電價，在制作過程中， 可以測量電腦的負載功率，可以 用 15W 的燈泡作為用戶的負載 。 7 結論 本次系統(tǒng)以單片機為控制核心，實現(xiàn)了電路電壓電流的采樣，并最終分時計費。 LCD 能隨著按鍵控制顯示被測功率，并能通過按鍵切換顯示各時段的功率、費用。 20 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 本系統(tǒng)設計可推廣到各種電子測量系統(tǒng)中，實現(xiàn)直流電路各參數(shù)的測量。在生產(chǎn)生活中，本系統(tǒng)簡單明了為生活帶來 便利；在工業(yè)生產(chǎn)中，可以加以各種適當變化，進行電路參數(shù)的自動測量，如對電路負載的直流電壓、電流和功率自動測量顯示。進而可以隨時的觀察到電路的變化，進行電路的檢測，維護。如在電路系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負荷得到不同的電壓信號，再由電壓信號得到各種參數(shù)了解電路負荷的變化，以便實時檢測。實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化調度。綜上所述，該系統(tǒng)的設計和研究具在社會生產(chǎn)和生活中具有重要地位。 本系統(tǒng)設計實現(xiàn)了電路的直流輸入功率的測量，并能通過鍵盤切換控制負載電壓和被測電流。當被測電壓高于 25V或電流高于 2A 時，數(shù)碼管將閃爍，作為超過量程的 報警功能。但是由于以前做的實踐性工作不是很多，設計的器件不夠精確和環(huán)境不夠專業(yè)，該系統(tǒng)設計并不能實現(xiàn)精確的功率測量，但是由于時間的限制，以沒有在進一步的改進，這和工業(yè)生產(chǎn)生活中的要求還有差距。該系統(tǒng)的進一步研究應該從提高采樣精度和系統(tǒng)工作電壓的穩(wěn)定性出發(fā)，取得更精確的測量結果。 8 總結與體會 此次課程設計作品是基于單片機的分時計費智能電表的設計，通過對電路負載電壓和電流的采樣，對采樣進行 AD轉換，再根據(jù)功率計算公式 UIP? ，由單片機計算并 控制 LCD 動態(tài)顯示。 21 智能化測控應用系統(tǒng)設計報告 總的來說