【文章內容簡介】 功率測量通道由 既是專用電能計量芯片 。 (3) 顯示器 方案一：采用 LED 顯示器，即數碼管顯示。 傳統的數碼管具有：低功耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度要求比較高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數碼管是采 用 BCD 編碼顯示數字，程序編譯容易，資源占用較少。 方案二：使用液晶顯示屏顯示各種信息。液晶顯示屏（ LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等優(yōu)點。 LCD符合本設計系統的要求，利用其自帶的字符庫，進行編程還可以實現各信息的顯示，即節(jié)省資源又省去了大量編程任務，且在強光照射下的戶外進行檢測時， LCD 可清晰地顯示數值。 根據上述分析，本設計系統采用方案二。 總體方案 根據上述方案論證，系統總體方案方框圖 如圖 。 電 流 互 感 器電 壓 互 感 器電 能 計 量芯 片M C UL C D顯 示 器鍵 盤光 電采 樣 器 圖 總體方案方框圖 被測電能表通過光電采樣器進行檢測。光電采樣器是由光發(fā)射管、光敏接受管及整形電路組成。低壓電能表的轉盤均有一小部分為涂黑的區(qū)域，這部分區(qū)域對光的反射能力較弱，而未被涂黑的區(qū)域則對光的反射能力很強。當光發(fā)射管發(fā)射的光經聚焦后照射 到轉盤上，在未被涂黑的區(qū)域，反射到光敏接受管，經整形后輸出低電平；在涂黑的區(qū)域沒有反射光，光電采樣器輸出高電平。這樣電能表的轉盤每轉一轉就輸出一個正脈沖，從第一個脈沖開始到第 N+1 個脈沖止，電能表的 轉盤共轉過了 N 轉，已知電能表的轉盤數 B及配用電流互感器的互感比 H，則電能表在轉盤轉過 N轉后所計量的電能如公式（ 21）所示。 W1 = N H/B （ 21） 實時檢測部分的主要作用是利用圖 中設計的單元電路對電參數進行實時檢測，從而得到實際的有功功率。其過程如下：首先對電壓和電流進行測量，然后把測量值送入 CS5460 芯片，每次采樣后，利用單片機較強的運算功能，計算出本次采樣周期內消耗的電能 △W2i ，則被測電能表的轉盤轉過 N轉后的實際電流，如公式（ 22）。 W2 = ∑△W2i （ 22） 顯示部分主要用于顯示電能表的相對誤差，從誤差的精度判斷電能表是否正常工作。顯示部分的選擇有一定的要求，要考慮其顯示的位數是否滿足要求，是否便于攜帶，在強光照射下是否可以清楚讀數。 鍵盤部分具有手動測量功能和自動測量功能。手動測量在被測表的轉盤不光潔或涂黑區(qū)域脫漆時使用。當手動鍵按下時，清零定時器 T1 及 △ti 計時單元，開始 W2 的累加，當轉盤轉過 N 轉時再次按下該鍵，則通過單片機計算出的 r 值送到 LCD 顯示。自動測量鍵在任何 時刻按下后，當第一個脈沖到來時，清除定時器 T1 及 △ti 計時單元，開始 W2的累加，當第 N+1 個脈沖到來時，計算 r值并顯示。 3 硬件電路設計 單片機的選擇及外圍電路設計 (1) 單片機的選擇 PIC 系列單片機是 Microchip 公司生產的 16 位單片機，集成了 CCP 捕捉， PWM 脈寬調制等功能，但是它單價較貴，又是精簡指令集，給編程帶來不便。 ATEML 公司的 AT89C51單片機算術運算功能強大，變成靈活、自由度大，可用軟件編程實現各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術成熟和成本低等優(yōu)點，使其 在各個領域應用廣泛?；谝陨戏治霰驹O計系統采用 ATEML 公司的 AT89C51 實現設計要求。 1） AT89C51 的簡介 AT89C51 是低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8K字節(jié)的可反復擦寫的制度程 序存儲器（ PEROM）和 256 字節(jié)的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51指令系統，片內置通用 8位中央處理（ CPU）和 Flash 存儲單元， 3個 16位定時 /計數器。 2）主要性能參數： ａ . 與 MCS51系列產品指令系統完全兼容 ｂ . 4K 字節(jié)可重復擦寫 Flash 閃速存儲器 ｃ . 1000 次擦寫周期 ｄ . 全靜態(tài)操作： 0Hz24Hz ｅ . 三級加密程序存儲器 ｆ . 128 X 8 字節(jié)內部 RAM ｇ . 32 個可編程 I/O 口線 ｈ . 2 個 16 位定時 /計數器 ｉ . 6 個中斷源 ｊ . 可編程串行 UART 通道 ｋ . 低功耗空閑和掉電模式 3）功能特性概述： AT89C51 提供以下標準功能： 4 K字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內部 RAM， 32 根I/O 口線，兩三個 16 位定時 /計數器，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可 降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許定時 /計數器、串行通信口及中斷系統繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。 (2) 單片機外圍電路設計 AT89C51 系列單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，但要形成時鐘，外部還需要附加電路。本設計選擇 AT89C51 的內部時鐘方式。其內部時鐘方式利用芯片內部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就夠了穩(wěn)定的自激振蕩器， 其發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘電路， 見圖 311。外接晶振時， C1 和 C2值通常選擇為 30pF 左右；外接陶瓷諧振器時 C1 和 C2 約為 47pF。 C C2 對頻率有微調作用，晶體或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 0MHz～ 24MHz/33MHz 之間選擇。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機靠近。 復位是單片機的初始化操作，單片機在啟動運行時，都需要先復位，它的作用是 使 CPU 和系統中其他部分都處在一個相同的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的整個復位電路包括芯片內、外部分， 外部電路產生的復位信號通過復位引腳 RST進入片內斯密特觸發(fā)器在與片內復位電路相連。 單片機的外部復位電路由上電自動復位和按鍵手動復位兩種。上電復位利用電容器充電來實現；在按鍵手動復位中本設計采用按鍵電平復位。 (3) AT89C51 硬件電路設計的電路圖如圖 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 3 J u n 2 0 0 9 S h e e t o f F i l e : C : \ P r o g r a m F i l e s \ D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E \ E x a m p l e s \ M y D e s i g n 4 . d d bD r a w n B y :P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T9P 3 .0 ( R X D )10P 3 .1 ( T X D )11P 3 .2 ( I N T 0 )12P 3 .3 ( I N T 1 )13P 3 .4 ( T 0 )14P 3 .5 ( T 1 )15P 3 .616P 3 .717X T