【正文】 CR1810K圖 LCD1602 接線圖通過(guò)該 LCD 液晶顯示器，顯示我們需要的一些信息。 時(shí)鐘及 LCD 顯示模塊本次設(shè)計(jì)中，該電表要實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)，既必須引入時(shí)鐘系統(tǒng)，該時(shí)鐘系統(tǒng)必須準(zhǔn)確，且在電表短時(shí)間斷電之內(nèi)，不會(huì)停止工作，因此，該模塊采用了一塊時(shí)鐘芯片DS12887，該芯片為一款使用很廣泛的時(shí)鐘芯片，具體電路圖如下圖所示：第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)16MOT1NC2NC3AD 04AD 15AD 26AD 37AD 48AD 59AD 610AD 711GN D12VCC 13SQW 14NC 15NC 16NC 17IRQ 18RESET 19DS 20NC 21R/W 22AS 23CS 24DS12887U3DS12887DSCSDSDSDSASDSRWD0D1D2D3D4D5D6D7VCC圖 DS12887 接線圖圖 為時(shí)鐘芯片 DS12887 的連線圖，其中 DS 與單片機(jī)的 口連接，R/W 與單片機(jī)的 口連接， AS 與單片機(jī)的 口連接， CS 與單片機(jī)的 口連接。ADE7758 集成了二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 數(shù)字積分器，基準(zhǔn)電路，溫度傳感器，以及所有進(jìn)行有功，無(wú)功和視在電能計(jì)量以及有效值計(jì)量所需的信號(hào)處理元件。如果二次側(cè)開(kāi)路，二次電流的去磁作用消失，其一次電流完全變?yōu)閯?lì)磁電流，會(huì)引起鐵芯內(nèi)磁通劇增，鐵芯處于高度飽和狀態(tài)，加之二次繞組的匝數(shù)很多，就會(huì)在二次繞組兩端產(chǎn)生很高甚至可達(dá)數(shù)千伏的電壓，不但可能損壞二次繞組的絕緣，再者，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，使鐵芯損耗增大，嚴(yán)重發(fā)熱，甚至可能燒壞絕緣。因此，電壓互感器二次側(cè)嚴(yán)禁短路。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)13 信號(hào)采集電路本次設(shè)計(jì)為智能電表，所以要對(duì)用戶的電壓和電流都進(jìn)行采樣，再通過(guò) ADE7758 芯片來(lái)得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的功率值并輸入單片機(jī)中，因此電流和電壓的采集電路分別如下圖所示：圖 采集電路圖 為電流和電壓的采集電路，在電流采集電路中，通過(guò)將電流互感器 TA32BM串聯(lián)到用戶電路中，以采集用戶的電流信息，TA32BM 額定輸入輸出為 5A/,通過(guò)電流互感器將大電流轉(zhuǎn)換到 ADE7758 可以接受的小電流范圍內(nèi)，然后通過(guò)濾波降低信號(hào)的干擾，最終輸入芯片，在電壓采集電路中，通過(guò)將電壓互感器 TV31B02 并聯(lián)到用戶的負(fù)載上，采集用戶的電壓信息，TV31B02 是一款電流型電壓互感器，額定電流是2mA/2mA,所以要在電壓互感器的緣邊串聯(lián)一個(gè) 51K 的電阻來(lái)降低互感器原邊的電流值到可承受的范圍，最后通過(guò) RC 電路濾波后，得到一個(gè)近似 的電壓以輸入到 ADE7758第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)14芯片，和前面的電流值一起，計(jì)算出用戶的功率。對(duì) IC 卡操作的命令分為控制，地址，數(shù)據(jù)三個(gè)部分，傳送從控制字節(jié) LSB 開(kāi)始，其具體命令如下面所示：表 IC 卡命令格式及功能字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3控制 地址 數(shù)據(jù) 操作00110000 輸入地址 無(wú)效 讀主存儲(chǔ)器00111000 輸入地址 輸入數(shù)據(jù) 升級(jí)主存儲(chǔ)器00110100 無(wú)效 無(wú)效 讀保護(hù)存儲(chǔ)器00111100 輸入地址 輸入數(shù)據(jù) 寫保護(hù)存儲(chǔ)器00110001 無(wú)效 無(wú)效 讀加密存儲(chǔ)器00111001 輸入地址 輸入數(shù)據(jù) 升級(jí)加密存儲(chǔ)器00110011 輸入地址 輸入數(shù)據(jù) 比較數(shù)據(jù)校驗(yàn) 單元模塊設(shè)計(jì) 電源模塊電路電源模塊電路從電網(wǎng) 220V 電壓作為輸入，通過(guò)該電路后，輸出端輸出大小為 5V 的電壓，作為單片機(jī)及其他芯片的 VCC 電源，具體的電路圖如下圖所示：第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)12T3TRANS11234D1BRIDGE1 C10100ufC11Vin1GND2Vout 3U278L05C12R61kVCC12J3CON2圖 電源接線圖如圖 所示為電壓模塊的電路圖，該模塊以電網(wǎng) 220 交流電作為輸入，通過(guò)整流橋整流后，再經(jīng)過(guò)濾波，最后通過(guò)一塊 78L05 穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，得到一個(gè)穩(wěn)定的 5V 電源，78L05 的輸出電流可達(dá)到 100mA，無(wú)需外接元件，內(nèi)部本身帶有熱過(guò)載保護(hù)，自帶內(nèi)部短路電流限制。ADE7758 的管腳圖如下圖所示：圖 ADE7758 管腳圖ADE7758 通過(guò) SPI 串口讀寫時(shí)序圖：圖 ADE7758 寫時(shí)序第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)8圖 ADE7758 讀時(shí)序 DS12887DS12887 為一款時(shí)鐘芯片，該器件可以提供 RTC/日歷，鬧鐘，三個(gè)可屏蔽中斷和一個(gè)可編程方波以及一個(gè) 114 字節(jié)的 RAM，此 RAM 有電池備份，不會(huì)導(dǎo)致斷電后時(shí)鐘停止的現(xiàn)象，該器件把石英晶體和電池集成在了一起，少于 31 天的月份月末日期可自動(dòng)調(diào)整，其中包括閏年補(bǔ)償，該芯片還有一個(gè)精密的溫度補(bǔ)償電路用來(lái)監(jiān)視 VCC 的狀態(tài)，如果檢測(cè)到主電源故障可自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用供電，該芯片接口支持 Intel 和 Motorola 兩種模式，在本次設(shè)計(jì)中，采用的是 Intel 模式，具體讀寫時(shí)序圖如下：圖 DS12887 寫時(shí)序南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9圖 DS12887 讀時(shí)序 LCD1602LCD1602 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位的內(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)和日文的片假名等，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(guò) LCD 顯示萬(wàn)年歷，分時(shí)電價(jià)，剩余金額等數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)鍵盤來(lái)切換顯示。C 至+85176。圖 AT89C51 和 AT89C2051 管腳圖 ADE7758ADE7758 是一款高精度的電能計(jì)量芯片，具有高準(zhǔn)確度，適用于三相/三線，三相/ 四線和其他各種三相系統(tǒng)，該芯片通過(guò) SPI 數(shù)據(jù)串行接口和單片機(jī)進(jìn)行連接，模擬電源端南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)7（AVDD）=數(shù)字電源（DVDD ）=5V177。非常適用于電池供電或其他要求低功耗的場(chǎng)合。芯片上的 EEPROM 允許在線（＋5V ）電才擦除，點(diǎn)寫入或采用通用的非易失存儲(chǔ)器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。 器件介紹 AT89C51 單片機(jī)本設(shè)計(jì)采用低功耗，高性能的 AT89C51 單片機(jī), AT89 系列單片機(jī)（簡(jiǎn)稱 89 系列單片機(jī)）是 ATMEL 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)。第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)6第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)只有各個(gè)系統(tǒng)單元模塊的有機(jī)結(jié)合，才可以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。 方案選擇通過(guò)對(duì)以上兩種方案的具體描述和對(duì)比，對(duì)他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)有了一定的了解。當(dāng)有功功率為正，且達(dá)到最大值時(shí)，有功功率的數(shù)值將反轉(zhuǎn)到達(dá)滿刻度的負(fù)值0X800，并繼續(xù)增加，當(dāng)有功功率為負(fù)值，且持續(xù)減小到達(dá)最小時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為正的對(duì)大刻度 0X7FFF，并繼續(xù)降低。另外 ADE7758 的各相有擁有一個(gè)空載閥值，如果有功公功率的測(cè)量值低于滿刻度的%，則該值不會(huì)被累加，有效的避免了電表的淺動(dòng)。LSB＝1/100% = 測(cè)量值的 % 。在滿刻度輸出時(shí)，如果乘法器的輸出為 XCCCCS（838861d） ，LPF2 輸出端的 1 個(gè) LSB 相當(dāng)于在電流通道滿刻度－60dB 計(jì)量誤差的 ％。同時(shí)，由于該智能電表采用分時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，方案二中特別采用一塊時(shí)鐘芯片以提高對(duì)于時(shí)間的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確程度，以確保該電表可以準(zhǔn)確計(jì)費(fèi)，同時(shí)，由于時(shí)鐘芯片本身集成有微型電池，可以在斷電的情況下繼續(xù)運(yùn)行，保證了在智能電表斷電的同時(shí)，計(jì)時(shí)系統(tǒng)不至于停止工作。方案二：信號(hào)采集ADE7758 處理器鍵盤輸入信號(hào)濾波LCD 顯示報(bào)警警時(shí)鐘芯片 IC 卡圖 方案二本方案的設(shè)計(jì)思路與方案一大致相同，選用 AT89C51 單片機(jī)作為微處理器，通過(guò)電壓傳感器，電流傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的電壓和電流信息的采集，并在單片機(jī)中進(jìn)行電價(jià)的計(jì)算，與方案一的不同之處在于，方案二中功率計(jì)算部分和 A/D 轉(zhuǎn)換采集部分被一塊電能計(jì)量芯片 ADE7758 進(jìn)行代替，該芯片是以一款高準(zhǔn)確度的三相電能采集芯片，適用于計(jì)量各種三相，單項(xiàng)配置條件下的有功，無(wú)功，視在電能。但是此設(shè)計(jì)有諸多缺陷，首先，在信號(hào)采集方面，由于智能電表對(duì)于功率的計(jì)算，如果單純的使用單片機(jī)，會(huì)造成功率計(jì)算不準(zhǔn)確，如果要提高計(jì)算的精度，對(duì)于信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換就必須采用高精度期間，成本費(fèi)用增加，其次即便使用了高精度的 A/D，在功率計(jì)算，補(bǔ)償方面的程序也想當(dāng)麻煩，再則，由于使用分時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，只用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行粗略的計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的時(shí)間誤差比較大，長(zhǎng)時(shí)間的使用下會(huì)導(dǎo)致計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確，而使得電費(fèi)的計(jì)算出現(xiàn)比較大的誤差。而對(duì)于非正弦波形的計(jì)算，UI ?COS只有通過(guò)積分運(yùn)算來(lái)完成。 方案比較智能電表的設(shè)計(jì)，是基于對(duì)用戶電壓電流信號(hào)進(jìn)行采集，并通過(guò)微處理器進(jìn)行核心運(yùn)算，當(dāng)電壓電流信號(hào)通過(guò)采集以后，通過(guò)高精度的 A/D 采樣保持，最終輸入微處理器，另一方面，通過(guò) IC 卡座實(shí)現(xiàn)對(duì) IC 卡內(nèi)部金額的讀取，輸入單片機(jī)，并且要求通過(guò)功率和電費(fèi)的計(jì)算，進(jìn)行顯示與報(bào)警。(6)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)與顯示功能：用戶數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在 EEPROM 中。(4)保密功能：通過(guò) IC 卡加密，實(shí)現(xiàn) IC 卡與電能表的唯一對(duì)應(yīng)，可以嚴(yán)格有效地防止偽造和復(fù)制 IC 卡的行為，