【正文】 設(shè)置、采集數(shù)據(jù)的存儲以及串行輸入輸出的控制。根據(jù)圖11編制的程序可以完成所設(shè)計的電能表的全部功能。將結(jié)果存放到擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，然后退出中斷服務(wù)程序進(jìn)入過程1。完成以上功能后程序隨時準(zhǔn)備接收外部中斷和，每循環(huán)一次程序就查詢一次按鍵開關(guān)的狀態(tài)，根據(jù)所按的開關(guān)執(zhí)行相應(yīng)的程序。當(dāng)VCC2大于VCC1+，VCC2給DS13O2供電；當(dāng)VCC1大于VCC2+，VCC1給DS13O2供電。VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)行方式下VCC1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。 VCC2\VCC1:電源引腳。I/O:數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。GND:接地引腳。 DS13O2的引腳分布見圖9。DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，,采用三線接口與單片機(jī)進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。MCU每隔一段時間通過通訊接口讀取當(dāng)前的時間，計算出該時刻所屬的時段，實現(xiàn)多費(fèi)率電能表的分時段計量電能 該時鐘電路帶自備用鋰電池，正常工作 時 有Vcc 主 電源供電，當(dāng)出現(xiàn)停電時，自動切換鋰電池為時鐘電路供電，即使停電，時鐘也走得很準(zhǔn)。利用單片機(jī)AT89C51與24C01進(jìn)行I2C通信，實現(xiàn)對某一地址內(nèi)數(shù)據(jù)的讀/寫校驗操作。Vss：接地。Vcc：電源。Wp：硬件寫保護(hù)。A0～A2:器件/頁面尋址。SDA：串行數(shù)據(jù)。各引腳功能如下：圖7 AT24C01的引腳圖SCL:串行時鐘。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達(dá)8字節(jié)的數(shù)據(jù)。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的操作。Ⅰ、AT24C01簡介 AT24C01是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它內(nèi)含2568位存儲空間，具有工作電壓寬（～）、擦寫次數(shù)多（大于10 000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。），可以大大減小互感器角差的影響。至+176。由于互感器角差的影響，可能造成輸入信號的相移，使功率測量的誤差增大。并加入RC濾波網(wǎng)絡(luò)對信號初步濾波，并加入放抖動電容保護(hù)芯片。并加入RC濾波網(wǎng)絡(luò)對信號初步濾波，并加入放抖動電容保護(hù)芯片。系統(tǒng)設(shè)計采用220V的市電電壓輸入，首先外接Rx=110k電阻得到2mA的電流，然后通過變比為2mA/2mA的互感器，然后在二次側(cè)連接1個125Ω的定值電阻得到所需的輸入電壓，可以為CS5460A提供電壓信號，不超出芯片的測量范圍。電源電路是整個系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵，系統(tǒng)中的各個單元電路都需要使用直流電源供電，本設(shè)計采用自制電源供電方式，將220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器的兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓，此直流電壓經(jīng)過W7805的穩(wěn)壓和電容的頻率補(bǔ)償，便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。在T1中斷服務(wù)程序中對主程序進(jìn)行監(jiān)視；T0中斷監(jiān)視T1中斷。為確保CPU中的程序正常運(yùn)行，常常采用如下抗干擾措施:軟件濾波(數(shù)字濾波技術(shù))可以剔除模擬輸入信號中的虛假信號，求取真值； 除了可以使用硬件看門狗電路強(qiáng)制單片機(jī)從死機(jī)狀態(tài)回復(fù)到正常運(yùn)行外，還可以采用軟件看門狗電路或軟硬結(jié)合的看門狗技術(shù)。竄入智能電能表的干擾，其頻譜往往很寬，且具有隨機(jī)性，采用硬件抗干擾方法，只能抑制某個頻率段的干擾，仍有一些干擾會侵入系統(tǒng)。微機(jī)測控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)在智能電能表的抗干擾技術(shù)中是同樣適用的，主要分為硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。 智能電能表的抗干擾方法智能電能表是以微處理器為核心的微機(jī)測量控制系統(tǒng)，因此智能電能表在許多場合都是與計算機(jī)控制系統(tǒng)或DCS(集散控制系統(tǒng))聯(lián)系在一起的。圖4 智能電能表的典型結(jié)構(gòu)圖如圖4所示智能電能表的軟件結(jié)構(gòu)按功能可分為準(zhǔn)備程序、鍵功能程序和系統(tǒng)控制程序。查錯和調(diào)試是智能電能表軟件設(shè)計中找出并改正邏輯錯誤或與硬件有關(guān)的程序錯誤的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上寫出軟件的功能流程圖，程序流程圖。智能電能表的軟件設(shè)計需要有一個細(xì)致全面的過程。 智能電能表的軟件設(shè)計方法智能電能表硬件電路確定之后，儀器的主要功能由軟件實現(xiàn)。纜線越長它所能夠處理的數(shù)據(jù)率就越低。4. IEEE1394高速串行總線IEEE1394是高速串行總線，其數(shù)據(jù)率為25400Mbits/s，它是作為通用外設(shè)串行總線而設(shè)計的。需要保證帶寬和有限執(zhí)行時間的應(yīng)用包括PC電話和其他語音及視頻通信應(yīng)用。它為所有的USB外設(shè)提供一種通用的連接，其數(shù)據(jù)率為12Mbits/S。價廉的PCI芯片組和廣泛應(yīng)用的PCI外設(shè)可以促使PCI總線成為嵌入式領(lǐng)域的事實上的總線標(biāo)準(zhǔn)。從理論上來說，可以有多達(dá)256個PCI功能器件同時掛到一個PCI總線上。它主要有這樣一些通信技術(shù):2. PCI總線PCI總線技術(shù)為CPU和板上外設(shè)之間提供方便的高速通信連接，工作頻率為33MHz()。還有MAXIM的MAXZOZ、MAX232等等。轉(zhuǎn)換芯片有MC1488，75188(從TTL到RS232C的電平轉(zhuǎn)換)。邏輯0電平規(guī)定為+5~+15V之間，邏輯1電平是5V~15v之間。目前國際上采用的智能電能表的標(biāo)準(zhǔn)接口有GPIB，RS232等,本設(shè)計采用RS232接口。在性能上必須滿足D/A轉(zhuǎn)換的技術(shù)要求:在結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性上應(yīng)滿足接口方便，外圍電路簡單，價格低廉等要求。在D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計中主要考慮的問題是D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇、數(shù)字量的碼輸入及模擬量的極性輸出、參考電壓電流源、模擬電量輸出的調(diào)整與分配等。不同A/D轉(zhuǎn)換器有不同的輸出狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)計算機(jī)的接口特性選擇輸出狀態(tài)。根據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定A/D轉(zhuǎn)換速度，以保證智能電能表的實時性要求，對快速信號必須考慮采樣/保持電路。但并不是所有的輸入通道都要加入A/D轉(zhuǎn)換器，而是只有模擬量輸入通道，而且輸入微處理器的信號不是頻率量而是數(shù)字碼時，才用到A/D轉(zhuǎn)換器。信號調(diào)理可以改善信號質(zhì)量，還可以補(bǔ)償傳感器的非線性，提高信噪比，增強(qiáng)信號的環(huán)境抗干擾能力等。 信號調(diào)理信號調(diào)理裝置是通過電子線路來實現(xiàn)模擬信號處理，一般包括放大、濾波、整形、檢波、信號轉(zhuǎn)換等功能環(huán)節(jié)。傳感器能轉(zhuǎn)換信息存在的能量形式，通常是將其他能量形式轉(zhuǎn)換成電量形式，以便進(jìn)一步加工處理，傳感器的輸出往往總是電信號。 傳感器傳感器是將外界輸入的被測量信號變換成電信號的元器件或裝置。微處理器也是一種通用器件，如果給予足夠的外部支持電路和處理時間，它幾乎可以完成任何任務(wù)，數(shù)據(jù)處理和控制是微處理器的兩個主要用途。智能電能表的控制部分一般分兩種情況，一是微處理器接受鍵盤輸入的命令后，不需經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器，直接由接口輸出控制信息和數(shù)據(jù)信息，去控制一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)。智能電能表的監(jiān)控程序固化在程序存貯器EPROM、ROM、EEPROM等中，被測參量通過傳感器將非電量變換成電量，然后經(jīng)過信號處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)槲⑻幚砥髂苤苯幼R別的數(shù)字信號。圖3 智能電能表硬件原理圖智能電能表實際上是一個微型計算機(jī)系統(tǒng)，它是具有微處理器或微控制器的，并有標(biāo)準(zhǔn)總線接口的新型儀器。作為一個完整的智能電能表還應(yīng)包括輸入通道和輸出通道。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在閑置模式下，CPU停止工作。在芯片擦除操作中，代碼陳列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。當(dāng)CPU不對P3口進(jìn)行SFR尋址訪問時，即用作第二功能輸出/輸入線時，由內(nèi)部硬件使鎖存器Q置1。P3口輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。當(dāng)P0口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器寫入全1，此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。（4）P0口（39～32腳）：P0口是一個漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。（2）XTAL2（18腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。Ⅱ、89C51單片機(jī)引腳及其功能如圖2所示為單片機(jī)AT89C51的引腳圖。（9）具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電方式。圖1 硬件系統(tǒng)框圖（7）一個全雙工UART的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信。（5）兩個16位的定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式。（3）片內(nèi)4KB程序存儲器Flash ROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。在一小塊芯片上，集成了一個微型計算機(jī)的各個組成部分，即89C51單片機(jī)芯片內(nèi)包括：（1）一個8位的微處理器（CPU）。Ⅰ、89C51單片機(jī)的基本組成本電能表的硬件設(shè)計原則是在低功耗的前提下，實現(xiàn)多功能目的，該芯片功耗低，特別適用于電能表控制線路多、功能全、功耗低的要求。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。單片機(jī)通過控制在其中的各種程序，控制著其它硬件模塊的工作狀態(tài)，由它智能化地形成并可靠地提供電能計算、時段判斷、費(fèi)率切換、IC卡讀寫、電能量控制及負(fù)荷控制等功能。其硬件系統(tǒng)框圖如下圖1所示。電能計量芯片根據(jù)其內(nèi)部的瞬時電壓和瞬時電流計算瞬時功率，再輸出脈沖驅(qū)動機(jī)械式計數(shù)器或者步進(jìn)電機(jī)計算用電電量。微控制器液晶顯示器按鍵組日歷/時鐘芯片電力線電力線電力線電力線電能計量芯片三態(tài)門供電線路電流互感器電壓互感器晶閘管保護(hù)回路圖3 電能表硬件整體框圖上圖3表明了電能表的硬件設(shè)計方案。此多功能復(fù)費(fèi)率電能表具有如下功能:(1)通過單片機(jī)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器可以存儲本月、上月、上上月的各月電量，能存儲各月峰時、平時、谷時各時段的用電量，并能通過液晶顯示器顯示各自的數(shù)值；(2)具有欠壓斷電保護(hù)、欠費(fèi)停電保護(hù)功能；(3)具有在過電壓、過電流和欠壓斷電保護(hù)后用戶自己送電的功能；本次設(shè)計中所設(shè)計的整個電能計量系統(tǒng)主要由電能表構(gòu)成。這也正好符合電力計費(fèi)系統(tǒng)提出的分時段計費(fèi)的要求。復(fù)費(fèi)率電能表是一種根據(jù)用電的峰時、平時、谷時各時段的設(shè)定值計算用戶總的用電量和峰時、平時、谷時的用電量的電能表，使供電局能實施峰時、平時、谷時各時段不同的計費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。電子式電能表，也稱為靜止式電能表，它也就是“電流和電壓在固態(tài)(電子)器件中作用而產(chǎn)生與瓦