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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于stc89c52單片機(jī)的分時(shí)計(jì)費(fèi)智能電表設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-06 19:38 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄,因此廣泛應(yīng)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(shí)顯示 32個(gè)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?dāng)?shù)字,引文字母大小寫,常用符號(hào)和日文片假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,在本次設(shè)計(jì)中,可以通過LCD顯示萬年歷,分時(shí) 電價(jià),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(shè)置 16*2顯示, 5*7點(diǎn)陣, 8位數(shù)據(jù)接口 00001DCB D=1 開顯示; D=0關(guān)顯示 C=1顯示光標(biāo); C=0不顯示光標(biāo) B=1光標(biāo)閃爍; B=0光標(biāo)不閃爍 000000NS N=1當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址加一,光標(biāo)加一 N=0當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址減一,光標(biāo)減一 S=1時(shí) 寫一個(gè)字符,整屏顯示左移( N=1)或右移( N=0),以得到屏幕移動(dòng)光標(biāo)不移動(dòng)的效果 S=0時(shí) 寫 一個(gè)字符,整屏顯示不移動(dòng) 80H+地址碼 設(shè)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(shí)序圖如圖 3. 所示: 12 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 圖 LCD1602 寫時(shí)序圖 圖 LCD1602 讀時(shí)序圖 13 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 4 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中,以 STC89C52 作為微處理器,采用 C 語言進(jìn)行編程,配合硬件電 路,共同構(gòu)成了本次設(shè)計(jì)的核心部分 。 本次設(shè)計(jì)采用 C 語言, C 語言 具有簡潔明了的特點(diǎn),在本次設(shè)計(jì)中,按照各芯片的讀寫操作時(shí)序,以 SPI 總線操作方式,分別對(duì) DS1302 時(shí)鐘芯片,AD7755 電能計(jì)量芯片進(jìn)行讀寫操作,即可基本完成本次設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)行寫操作,為 1 表示進(jìn)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(gè) SCLK 時(shí)鐘 的上升沿時(shí),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(gè) SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù),讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位 0 位到高位 7。 DS1302 有 12 個(gè)寄存器,其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān),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(shí)鐘突發(fā) 寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。時(shí)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(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個(gè) RAM單元,共 31 個(gè),每個(gè)單元 組態(tài)為一個(gè) 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(gè)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(shè)計(jì)的另一個(gè)重點(diǎn)就是 顯示 程序, 1602 的顯示程序同樣按照其讀寫時(shí)序圖完成,不同的是, 1602 的顯示,需要在主程序的開始寫一個(gè)初始化函數(shù)用以設(shè)定 1602 的顯示方式,光標(biāo)等等,在本次設(shè)計(jì)中,只涉及到 1602 的寫程序,寫數(shù)據(jù)時(shí),同樣需要先寫入 地址,寫地址時(shí),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(shí)一樣 。 14 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)軟件介紹 本次設(shè)計(jì)采用 KeiluVision2 作為編程工具,用 Proteus進(jìn)行實(shí)物制作前的仿真, Keil作為現(xiàn)在主流的單片機(jī)編程工作具有操作簡單,快捷的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)可以與 Proteus聯(lián)動(dòng)方便調(diào)節(jié)和仿真,另用 STCISP15XX 將程序下載至單片機(jī)上運(yùn)行。 下面對(duì)涉及到的軟件作進(jìn)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(dòng)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(dòng)的,針對(duì)微處理器的應(yīng)用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實(shí)現(xiàn)軟件源 代 碼的實(shí)時(shí)調(diào)試,如有顯示及輸出,還能看到運(yùn)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(jí)原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí) 現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)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(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比, C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā),體會(huì)更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具,全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn),只要看一下編譯后生成的匯編代碼,就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)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(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。 軟件設(shè)計(jì)的主要功能是完成分時(shí)計(jì)費(fèi),程序流程圖如圖 所示: 15 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)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(shí)現(xiàn)對(duì)電壓電流信號(hào)的同步采樣,其程序流程圖如圖 所示: 結(jié)束 開始 報(bào)警 程序初始化 是 讀 取 AD7755 讀取完成? 否 計(jì)算余額 余額是否為 0? 否 檢測標(biāo)志位 鍵盤掃描 LCD 顯示 檢測中斷? 是 否 是 16 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 圖 電壓電流子程序圖 AD 轉(zhuǎn)換子程序 AD 轉(zhuǎn)換子程序主要是實(shí)現(xiàn)將采集的電壓電流信號(hào)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換, 得到單片機(jī)能處理的數(shù)據(jù),并計(jì)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(zhuǎn)換子程序圖 打開 AD 電源 初始化 AD 轉(zhuǎn)換 停止轉(zhuǎn)換保存 轉(zhuǎn)換是否完成 否 是 是 打開電源 程序初始化 檢測信號(hào) 傳輸給 AD 轉(zhuǎn)換端口 關(guān)閉電源 否 是 17 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 5 系統(tǒng)調(diào)試 隨著各種智能電表的應(yīng)用與普及,這一技術(shù)在科學(xué)研究,生產(chǎn)過程等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。在科技社會(huì)的今天,人們對(duì)電表的計(jì)精度、穩(wěn)定性以及綜合利用等要求愈來愈高。因此,對(duì)電路的精確調(diào)試是必不可少的一步,為保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量,我們小組對(duì)本次設(shè)計(jì)中的軟硬件進(jìn)行了分塊調(diào)試。 單片機(jī)及 LCD1602 顯示部分 在按照原理圖將單片機(jī)的最小系統(tǒng)焊接完成后,我們用 STCISP 軟件對(duì)其進(jìn)行下載程序的調(diào)試,如圖 : 圖 程序燒寫 LCD1602 顯示部分,在 Proteus 軟件中進(jìn)行了仿真,運(yùn)行結(jié)果如圖 所示,在確認(rèn)仿真可行后,我們調(diào)用單獨(dú)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(dǎo)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(hào)轉(zhuǎn)換,將 18 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 220V轉(zhuǎn)換為電能處理芯 片需要的信號(hào),時(shí)鐘芯片 DS1302 進(jìn)行計(jì)時(shí),電能處理芯片 AD7755 對(duì)轉(zhuǎn)換后的電流電壓信號(hào)進(jìn)行處理,計(jì)算出負(fù)載消耗的有功、無功、視在功率,并將所得信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。 調(diào)試過程中,首先應(yīng)對(duì)電流、電壓互感器的輸出端信號(hào)進(jìn)行檢測,包括信號(hào)的大?。ㄊ欠穹?AD7755 所需信號(hào))、波形是否符合要求,另外則應(yīng)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(diào)試芯片 AD7755,首先,應(yīng)用萬用表對(duì)各個(gè)引腳進(jìn)行測試。其次,應(yīng)該注意檢查連線過程中的接觸問題,開始時(shí)沒有注意,結(jié)果發(fā)生了干擾,對(duì)于這一問題,就是將各個(gè)引腳的連線接牢。對(duì)于時(shí)鐘芯片 DS1302,這款芯片的管腳需要特別加以注意,認(rèn)真閱讀芯片資料,否則容易將控制信號(hào)線和數(shù)據(jù)線的位置連接錯(cuò)誤,硬件電路的調(diào)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(shí)的安全。 在本次設(shè)計(jì)中,硬件部分的調(diào)試比較順利,軟件部分就相對(duì)較難。分時(shí)計(jì)費(fèi)功能在軟件部分的程序中實(shí)現(xiàn)較為容易,主要是分清各個(gè)時(shí)間段的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),在按鍵的設(shè)計(jì)上,采用了復(fù)用的思想,在程序中運(yùn)用了矩陣鍵盤掃描,但按鍵數(shù)量有點(diǎn)多,對(duì)于程序編寫感到十分困難。在軟件的 調(diào)試過程中,出現(xiàn)了一些問題,由于程序較長,有好幾個(gè)全局變量比較混亂,我們對(duì)于程序的理解和把握還不是很熟悉。以后還需要多加練習(xí)。 6 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) 由于時(shí)間 、 條件 和我們自身知識(shí)上 的 限制 , 我們設(shè)計(jì)的智 能電表只是簡略 19 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 的實(shí)現(xiàn)其功能,在實(shí)物的構(gòu)架中,利用一塊單片機(jī)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(shí)現(xiàn)的功能是分時(shí)段計(jì)費(fèi)。主要實(shí)現(xiàn)以下功能: ( 1)用戶在 220V 電壓下所用功率的計(jì)算 。 ( 2)顯示用戶各時(shí)段所耗功率。 ( 3)具有應(yīng)用 LED 實(shí)時(shí)顯示各時(shí)段費(fèi)用及總費(fèi)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(gè)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(jī)與核心芯片進(jìn)行供電, 但在此次設(shè)計(jì)中由于經(jīng)費(fèi)、時(shí)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(yùn)用電壓互感器,電流互感器為核心,進(jìn)行變壓采樣,變壓后的電壓理想值為 ,由于 實(shí)際環(huán)境等影響,其電壓真實(shí)值為 ,但不會(huì)對(duì)功率計(jì)算造成太大的影響,電壓電流信號(hào)進(jìn) AD7755之后,即可由單片機(jī)進(jìn)行讀取,獲得有功功率,用于計(jì)算電價(jià),在制作過程中, 可以測量電腦的負(fù)載功率,可以 用 15W 的燈泡作為用戶的負(fù)載 。 7 結(jié)論 本次系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心,實(shí)現(xiàn)了電路電壓電流的采樣,并最終分時(shí)計(jì)費(fèi)。 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(shí)段的功率、費(fèi)用。 20 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)可推廣到各種電子測量系統(tǒng)中,實(shí)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(dāng)變化,進(jìn)行電路參數(shù)的自動(dòng)測量,如對(duì)電路負(fù)載的直流電壓、電流和功率自動(dòng)測量顯示。進(jìn)而可以隨時(shí)的觀察到電路的變化,進(jìn)行電路的檢測,維護(hù)。如在電路系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負(fù)荷得到不同的電壓信號(hào),再由電壓信號(hào)得到各種參數(shù)了解電路負(fù)荷的變化,以便實(shí)時(shí)檢測。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)度。綜上所述,該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究具在社會(huì)生產(chǎn)和生活中具有重要地位。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)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(fù)載電壓和被測電流。當(dāng)被測電壓高于 25V或電流高于 2A 時(shí),數(shù)碼管將閃爍,作為超過量程的 報(bào)警功能。但是由于以前做的實(shí)踐性工作不是很多,設(shè)計(jì)的器件不夠精確和環(huán)境不夠?qū)I(yè),該系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不能實(shí)現(xiàn)精確的功率測量,但是由于時(shí)間的限制,以沒有在進(jìn)一步的改進(jìn),這和工業(yè)生產(chǎn)生活中的要求還有差距。該系統(tǒng)的進(jìn)一步研究應(yīng)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(jié)果。 8 總結(jié)與體會(huì) 此次課程設(shè)計(jì)作品是基于單片機(jī)的分時(shí)計(jì)費(fèi)智能電表的設(shè)計(jì),通過對(duì)電路負(fù)載電壓和電流的采樣,對(duì)采樣進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換,再根據(jù)功率計(jì)算公式 UIP? ,由單片機(jī)計(jì)算并 控制 LCD 動(dòng)態(tài)顯示。 21 智能化測控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 總的來說
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