【正文】 程序通訊命令處理事件的發(fā)生，執(zhí)行通訊命令操作，當(dāng)命令要求發(fā)生數(shù)據(jù)通訊時，通訊發(fā)送事件發(fā)送，進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)發(fā)送。它包括時鐘及相 關(guān)處理、顯示處理、電能反向處理和費率、電量結(jié)算處理等部分組成。 時鐘、顯示處理模塊 時鐘、顯示處理模塊是程序系統(tǒng)中進(jìn)行時鐘和顯示處理的部分。其中 MCU 初始化是對 MCU各部件進(jìn)行初始化，為各個部件在程序工作時提供合適的初始狀態(tài)，它包括配置 I/O 口工作模式、看門狗初始化、定時器初始化 、鍵盤中斷初始化、串口初始化、比較器中斷初始化等等。它是根據(jù)整個程序的算法來制定的，同時一個好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對整個程序的編寫起著非常重要的作用，所以制定好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是很有必要的，這個電能表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括兩個部分： MCU內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和 EEPROM 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。各個部分都有其特定的任務(wù)，完成他們相應(yīng)的任務(wù)。電能表軟件系統(tǒng)的算法設(shè)計在整個電能表系統(tǒng)設(shè)計中占有重要的地位。它詳細(xì)地介紹了各部分的具體任務(wù)和功能，使大家對電能表的基本結(jié)構(gòu)和組成有個大概地了解。 指示燈電路包括峰指示、谷指示、通訊指示，當(dāng) MCU 對應(yīng)腳輸出低電平時，電流經(jīng)限流電阻， LED，流入 MCU 腳，指示燈亮。通過 MCU 內(nèi)部比較器，比較器內(nèi)部參考電壓和 PWRCHK 腳的電壓相比較，當(dāng)電源電壓下降到一定時， MCU 比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，發(fā)生掉電事件。采 多功能單相電子式電能表 21 用低功耗 CMOS 技術(shù)，同時具有寫保護(hù)，執(zhí)行寫操作時，在主器件產(chǎn)生停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在內(nèi)部擦寫過程中，器件不應(yīng)答主器件的請求，因此在執(zhí)行存儲器寫操作之后，應(yīng)延時一定 的時間再對存儲器進(jìn)行操作，改寫數(shù)據(jù)時間較長，一般在幾到幾十毫秒。這種存儲器非常適合電能表作數(shù)據(jù)存儲，當(dāng)電能表有電時可以隨時改寫數(shù)據(jù)，而當(dāng)?shù)綦姾髷?shù)據(jù)保持不變。 8025 引腳說明： NC空引腳； SCLI2C 數(shù)據(jù)串行傳輸同步時鐘輸入；FOUT32768HZ 時鐘頻率輸出； TEST測試用，正常使用時接到 VDD； VDD工作電源輸入； FOE控制 FOUT 的輸出：當(dāng)為高時，輸出 32768HZ 時鐘信號；當(dāng)為低時，不輸出時鐘信號； /INTA定時輸出 A 腳，輸出鬧鐘中斷（ ALARMW）或定時到信號地； SDAI2C 數(shù)據(jù)串行傳輸數(shù)據(jù)引腳（輸入 /輸出） 多功能單相電子式電能表 20 存儲器選用的是支持 I2C 總線的可檫寫 E2PROM，型號是 24WC08，可以隨時讀寫，而且在掉電后數(shù)據(jù)仍然保存不變。 MCU 通過 I2C 總線讀寫 8025 芯片的寄存器，設(shè)置芯片的工作狀態(tài)，校正當(dāng)A B 多功能單相電子式電能表 19 前時間和日期， 8025 時鐘芯片是一種低功耗、寬電壓范圍工作的芯片，在工作電源為 3V 時，工作電流為 ，在 正常工作，同時能夠檢測晶振的情況和微調(diào)晶振的頻率。它是一個 I2C 總線接口的芯片，最高時鐘頻率為 400HZ，通信速率 較高，它的 I2C地址是 60H。 MCU 及其它相關(guān)部分 MCU 是選用 89LPC931 這種單片機，這部分電路有 LCD 顯示電路、實時時鐘電路、存儲器及掉電保護(hù)等組成。 R39 和 R40是偏置電阻，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)。 半雙工通信是指可以雙向通信，數(shù)據(jù)傳送方向可以從 A 到 B，也可以從 B到A，但同一時刻只能是一個方向。 通訊部分 本次設(shè)計的單相電子式電能表采用 RS— 485 通訊信道， RS— 485通訊信道是用來和其他電能表組成 RS— 485 通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn) 程網(wǎng)絡(luò)抄表。 電路中 DVDD 和 AVDD 通過 C1 C1 R28 組成的濾波電路連接在一起濾除干擾。 是 ADE7755 推薦的主時鐘頻率。 REVP 輸出（腳 20）指示電能方向，電能通過光耦輸出。 多功能單相電子式電能表 17 上圖為 ADE7755 其他電路部分 ，包括脈沖計數(shù)和電能方向指示。 多功能單相電子式電能表 16 上圖： 電壓拾取電路 下圖 ： 電流拾取電路 在電流拾取電路中， R2 C15 和 R2 C16 組成兩個一階低通濾波器，濾除電流通道中的高頻分量。上面帶有開關(guān)的電阻是一個電阻調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，可在一定范圍內(nèi)調(diào)整信號電壓的大小。 電壓拾取電路實際上是一個分壓電路，將火線和零線（負(fù)荷電壓）分壓：R23/（ R9+R10+R11+R12） ，輸入到測量芯片輸入端 8 腳。ADE7755 的功率脈沖輸出是通過對上述有功功率信息的累計產(chǎn)生。 ADE7755 內(nèi)部包括兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器（對來自電壓、電流傳感器的電壓信 號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，在電流通道中還設(shè)計了 PGA 電路，同時還在電流通道中設(shè)置了HPF 電路濾掉直流分量），一個基準(zhǔn)電壓源（其標(biāo)稱值為 ，一般無需外接基準(zhǔn)）和用來計算有功功率的信號處理電路。 多功能單相電子式電能表 15 3． 3 計量電路部分 本次設(shè)計的單相電子式電能表的計量部分主要是針對 ADE7755 計量芯片的電路設(shè)計，它是有美國 ADI 公司 2020 年研制生產(chǎn)的有功電能單相測量芯片。 在上電的時候，如果上電緩慢，單片機會出現(xiàn)復(fù)位錯誤，從而導(dǎo)致程序不 能正確運行。 多功能單相電子式電能表 13 上圖 ： 電量計量電源電路 下圖 ： RS485 通訊電源電路 多功能單相電子式電能表 14 MCU 及相關(guān)部分電源電路 通過電網(wǎng)輸入 220V 的交流電源，通過變壓器 TR1 降壓，在 6端產(chǎn)生 12V的交流電壓，通過 AB1 全波整流及 C TR C E1 濾波，其中 C TR C2構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生一個帶有一 定脈動分量的直流電。 下面為各部分電路的電源電路設(shè)計圖： 電量計量電源電路和 RS485 通訊電源電路都通過將壓、整流、穩(wěn)壓和濾波四個環(huán)節(jié)，得到 5V 的直流電壓。 電源是保證電能表正常運行的先決條件，因此在進(jìn)行電源電路設(shè)計時要考慮多方面因素，如設(shè)計原理的正確性、電源容量的冗余量，要選擇合適的元件參數(shù)。 從上面簡單的分析可以看出， MCU是系統(tǒng)的控制器，起著決定性的作用。 I2C 總線在整個系統(tǒng)中占有重要的作用，它關(guān)系到 LCD 顯示、電量數(shù)據(jù)存儲、時間和日期的讀取等等，它是 MCU 與外部設(shè)備的接口，是 MCU 獲取信息的 窗口。 I2C 總線 電源電路部分 ： 計量芯片電路 （ ADE7755） MCU 部分 （ 89LPC931） 被測電壓 拾取電路 被測電流 拾取電路 RS485 通訊 信道 系統(tǒng)掉電 檢測 LCD 驅(qū)動器 （ PCF8576） LCD 顯示器 存儲器 EEPROM 24WC08 實時時鐘 8025 指示燈 MCU 及其相關(guān)部分電源電路 計量電源電路 RS485 通訊電源電路 多功能單相電子式電能表 12 由上圖顯示，電源電路為了提高系統(tǒng)的抗干擾性、可靠性，分為三個獨立的電源，使計量電路， RS485 通訊和 MCU 的電源相互隔離，達(dá)到互不影響的目的，但是它們屬于同一個變壓器，所以選擇變壓器的時候要注意。 多功能單相電子式電能表 11 第三章 多功能單相電子式電能表的硬件結(jié)構(gòu) 電子式電能表的硬件框圖 本電能表的硬件電路由電源電路設(shè)計、計量電路設(shè)計、通訊電路設(shè)計、MCU（管理電路設(shè)計）及其它部分電路設(shè)計四