【導(dǎo)讀】智能電表給高效率管理電能帶來(lái)了極大的方便，因此逐漸普及到人們的家居生活。要求和功能特點(diǎn)確定了總體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。硬件設(shè)計(jì)部分重點(diǎn)研究了如何簡(jiǎn)化電路、論文的軟件設(shè)計(jì)部分對(duì)電能計(jì)量芯片結(jié)合單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多功能測(cè)量的。原理進(jìn)行了闡述，詳細(xì)介紹了多種電參數(shù)的測(cè)量方法。上同時(shí)降低了儀器體積。在可靠性加強(qiáng)之后會(huì)得到很好的應(yīng)用。導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢。獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的。法律后果由本人承擔(dān)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 4）有功功率，無(wú)功功率，視在功率的測(cè)量。 由于 ADE7754 中沒(méi)有單獨(dú)的功率寄存器，求功率時(shí)則無(wú)法像電壓等其它參數(shù)那樣通過(guò) 訪問(wèn)對(duì)應(yīng)寄存器直接得到。因此，通常的求功率方式是采用記脈沖的方法，由單片機(jī)處理 ADE7754 的脈沖輸出引腳如 CF 的值進(jìn)行計(jì)算，但是所有電子式計(jì)量芯片在進(jìn)行停電實(shí)驗(yàn)時(shí)都會(huì)發(fā)生丟失 n 個(gè)脈沖的情況，這是采用電子技術(shù)不可避免的原理性缺陷，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，丟脈沖的現(xiàn)象長(zhǎng)期積累會(huì)造成可觀的電能浪費(fèi)，這對(duì)于追求成本控制的用戶來(lái)說(shuō)是不可忍受的。因此，本設(shè)計(jì)中采用了軟件方法，提高測(cè)量精度。 由于功率就是單位時(shí)間內(nèi)的能量，如果己知對(duì)應(yīng)時(shí)間內(nèi)的能量值，便能夠求出功率。而 ADE7754 提供了電能寄存器，因此使這種方式通過(guò)軟件方法 實(shí)現(xiàn)成為可能。軟件測(cè)量的一種方法是主控單片機(jī)定時(shí)在 t1 和 t2讀取 ADE7754的能量寄存器，將兩次能量值相減再除以時(shí)間差，如公式 (31)。 P=（ E1E2） /（ t1t2） (31) 理論分析如此，但實(shí)際操作時(shí)，這種方式既要考慮 ADE7754能量寄存器的溢出問(wèn)題和單片機(jī)定時(shí)器的溢出問(wèn)題，還要考慮 tlt2 的時(shí)間長(zhǎng)度，過(guò)長(zhǎng)則使瞬時(shí)功率平均化，過(guò)短則增加單片機(jī)軟件的復(fù)雜程度，降低了可靠性。除了上述問(wèn)題，關(guān)鍵是難以做到t1， t2 和能量 El， EZ同步的問(wèn)題?？紤] ADE7754 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程，能量寄存器的值并非實(shí)時(shí)值，而是以一定的時(shí)間間隔更新，那么在公式 (31)中 t1， t2 無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于ADE7754 實(shí)際采樣 El， E2的時(shí)刻，這樣就存在著不同步現(xiàn)象，必然會(huì)影響功率精度。 第 16 頁(yè) 共 40 頁(yè) 因此在本設(shè)計(jì)中采用了另一種方法， ADE7754 提供了兩個(gè)周期累加電能寄存器 LAENERGY( 3h) 和 LVAENERGY ( 6h) , 在 LINCYC 減到 0 之后就更新寄存器的值 ,如圖38 所示。 圖 38 累加功率寄存器 當(dāng) WAVMODE 的第 5 位為 0 時(shí) , LAENERGY 累加有功電能 , 而 LVAENERGY 累加視在電能 ,這時(shí)它們累加的值都是非常準(zhǔn)確的 。 當(dāng) WAVMODE 的第 5 位為 1 時(shí) , LAENERGY 累加無(wú)功電能 ,但這個(gè)值是不太準(zhǔn)確 ,只供判斷無(wú)功的方向即感容性。因此無(wú)功不能夠直接從 ADE7754 中讀出 ,必須通過(guò)計(jì)算才能夠得到。這兩個(gè)寄存器需要分時(shí)復(fù)用才能夠依次測(cè)得各相的功率 , 因此只要通過(guò)控制 WATMODE( 0Dh)和 VAMODE( 0Eh)就可以分別 由公式 （ 32） 準(zhǔn)確得出每一相的有功功率 P和視在功率 S。 P=E/T （ 32） 這樣就不必考慮采樣起始時(shí)刻 fl和結(jié)束時(shí)刻 t2，做到了采樣時(shí)間和能量同步， 每隔周期 T 刷新一次 ， 還減輕了軟件編寫(xiě)的難度 。 外圍電路設(shè)計(jì) 根據(jù) ADE7754 芯片引腳的功能與輸入值，設(shè)計(jì)了 ADE7754 的外圍電路。此時(shí) VN 和REF 引腳輸入為 0V，時(shí)鐘頻率為 10MHz。 圖 39 ADE7754 外圍電路 第 17 頁(yè) 共 40 頁(yè) STC89C52 單片機(jī) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 ，其芯片引腳圖如圖 310 所示。 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門(mén)狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù) 工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。 圖 310 STC89C52 芯片 和 atmel 對(duì) 比 的 STC89C52RC 單片機(jī) : （ 1） 8K 字節(jié)程序存儲(chǔ)空間； （ 2） 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間； （ 3） 內(nèi)帶 4K字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間 。 （ 4） 可直接使用串口下載 。 （ 1）電源引腳 Vcc（ 40 腳） ： 電源端，接 +5V 電源；地腳 GND（ 20 腳） :接地端 。 （ 2）時(shí)鐘引腳 ： XTAL1（ 19 腳）：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。接外部晶振和微調(diào)電容的 一 端。 第 18 頁(yè) 共 40 頁(yè) XTAL2（ 18 腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。 （ 3）可編程通用 I/O 腳 P0 口 ： 是一組 8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 P1口：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ） 。 P2口：是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口，也可作為片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址總線，與 P0 口配合，組成 16位片外存儲(chǔ)器單元地址。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。 如表 31 所示： 表 31 P3 口引腳第二功能 引腳 第二功能 功能說(shuō)明 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 WR 片外 RAM 寫(xiě)選通信號(hào)（輸出） RD 片外 RAM 讀選通信號(hào)（輸出） （ 4）控制引腳 RST（ 9 腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 PSEN （ 29 腳）： 外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào) 端 。 ALE/PROG （ 30 腳） ： 地址鎖存允 許信號(hào)，輸出 /編程脈沖輸入引腳。 EA /Vpp（ 31 腳）：外部程序存儲(chǔ)地址允許輸入端 /編程電壓輸入端。若 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H— FFFFH） EA 端必須保持低電平（接地） 。 外圍電路設(shè)計(jì) 根據(jù) STC89C52各個(gè)引腳的功能以及輸入值，設(shè)計(jì)了如下 圖 311所示 ,此時(shí) VCC由 USB 接口提供 +5V 電壓 。 第 19 頁(yè) 共 40 頁(yè) 圖 311 STC89C52 外圍電路 LCD1602 型液晶 現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最 常用的信息顯示器件了。 1602型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。 1602 型 LCD 可以顯示 2行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0～ D7 和 RS， R/W， EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。 介紹 (1)外型尺寸： 80X36X13(LXWXH） (2)接口信號(hào)說(shuō)明 1602 型 LCD 的接口信號(hào)說(shuō)明 ， 如表 32所示 ： 表 32 LCD1602 接口說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫(xiě)選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號(hào) 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 第 20 頁(yè) 共 40 頁(yè) (3)主要技術(shù)參數(shù) 1602 型 LCD 的主要技術(shù)參數(shù)如 表 33 所示 : 表 33 LCD1602 主要技 術(shù)參數(shù) 顯示容量 16X2 個(gè)字符 芯片工作電壓 ～ 工作電流 （ ） 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 (WXH)mm (4)基本操作程序 讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出： D0～ D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=H， E=H 輸出：無(wú) 寫(xiě)指令：輸入： RS=L， RW=L， D0～ D7=指令碼， E=高脈 輸出： D0～ D7=數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=L， D0～ D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無(wú) (5)RAM 地 址映射圖 控制器內(nèi)部帶有 80 字節(jié)的 RAM 緩沖區(qū)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖 34所示 ： LCD 16 字 X2 行 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F ? 27 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F ? 67 圖 34 RAM 緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系 (6)狀態(tài)字說(shuō)明 狀態(tài)字說(shuō)明如表 35所示： 表 35 LCD1602 狀態(tài)字說(shuō)明 STA7 D7 STA6 D6 STA5 D5 STA4 D4 STA3 D3 STA2 D2 STA1 D1 STA0 D0 STA0～ STA6 當(dāng)前地址指針的數(shù)值 STA7 讀寫(xiě)操作使能 1：禁止； 0：允許 ☆ 注意 在 每次對(duì)控制器進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前，都必須進(jìn)行讀寫(xiě)檢測(cè)，確保 STA7 為 0。 (7)數(shù)據(jù)指針設(shè)置 控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶可以通過(guò)它們?cè)L問(wèn)內(nèi)部的全部 80 字的RAM，如表 36所示： 表 36 LCD1602 指令碼功能 指令碼 功能 80H+地址碼（ 0～ 27H， 40～ 67H） 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 (8)其它設(shè)置 第 21 頁(yè) 共 40 頁(yè) 其他設(shè)置如表 37所示： 表 37 其他設(shè)置 指 令碼 功能 01H 顯示清屏： 0 0 02H 顯示回車(chē) :數(shù)據(jù)指針清 0 (9)初始化設(shè)置 顯示模式設(shè)置 如表 38所示： 表 38 顯示模式 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16X2 顯示 ,5X7 點(diǎn)陣 ,8位數(shù)據(jù)接口 顯示開(kāi) /關(guān)及光標(biāo)設(shè)置 電路設(shè)計(jì) 根據(jù) LCD1602 各個(gè)引腳的功能以及輸入值，設(shè)計(jì)了如下電路： 圖 312 LCD1602電路 硬件抗干 擾設(shè)計(jì) 在用電負(fù)荷很小時(shí)， 220V 的電壓與幾個(gè) μ V 的小信號(hào)會(huì)共集于一塊電路板上，如果電源布局不當(dāng)，有用信號(hào)會(huì)被噪聲所淹沒(méi)。本設(shè)計(jì)在布線布局及電路設(shè)計(jì)上的抗干擾措施有 : （ 1） 印刷電路板應(yīng)有良好的絕緣性，絕緣電阻大于 1011Ω 。在電路設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格保證強(qiáng)電與弱電的隔離，除了電路有直接連接外， 100V 以上的強(qiáng)電印刷布線與弱電印刷布線間距離設(shè)計(jì)大于 45mm。數(shù)字地與模擬地通過(guò)單點(diǎn)方式連接來(lái)提高抗 第 22 頁(yè) 共 40 頁(yè) 干擾性能。 （ 2）