【正文】 4 軟件電路設(shè)計(jì) 主程序流程圖設(shè)計(jì) 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 12 圖 主程序流程圖設(shè)計(jì) 顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖 單片機(jī)初始化 讀取 E2PROM 24C16 存儲(chǔ)值 利用定時(shí)器 T0 設(shè)置中斷 讀取 P2 口狀態(tài) 開(kāi)始 調(diào)用顯示用戶及相應(yīng)電能子程序 向 E2PROM中寫(xiě)脈沖數(shù) 循環(huán) 結(jié)束 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 13 圖 顯示用戶及相應(yīng)電能子程序框圖 讀 24C16 子程序框圖 開(kāi)始 結(jié)束 調(diào)用查詢鍵盤(pán)程序 處理脈沖數(shù)據(jù) 調(diào)用顯示程序顯示，并延時(shí)一秒 八戶是否顯示完 否 是 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 14 圖 讀 24C16 子程序框圖 開(kāi)始 發(fā)送起始地址 送寫(xiě)控制字 向 24C16 送入一個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù) 發(fā)送字節(jié)地址 結(jié)束 寫(xiě)失敗 否 是 將字節(jié)地址送入 24C16 重新發(fā)起始條件 將 24C16 里的數(shù)據(jù)讀出 發(fā)控制字 應(yīng)答則傳送 讀最后一個(gè)數(shù)據(jù)前發(fā)非應(yīng)答信號(hào) 發(fā)終止條件 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 15 寫(xiě) 24C16 子程序流程圖 寫(xiě) 24C16 子程序流程圖 查詢鍵盤(pán)流程圖 開(kāi)始 發(fā)送起始地址 送寫(xiě)控制字 向 24C16 送入一個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù) 發(fā)送字節(jié)地址 結(jié)束 寫(xiě)失敗 否 是 將字節(jié)地址送到 24C16 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 24C16 并發(fā)應(yīng)答信號(hào) 發(fā)數(shù)據(jù) 否 是 8 個(gè)字節(jié)發(fā)送完 否 數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤 是 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 16 圖 查詢鍵盤(pán)流程圖 中斷子程序流程圖 將鍵盤(pán)狀態(tài)存入 74HC165 讀出一個(gè)鍵盤(pán)狀態(tài) 鍵盤(pán)是否按下 對(duì)相應(yīng)用戶進(jìn)行清零 鍵盤(pán)狀態(tài)是否已全部移出 結(jié)束 是 是 否 開(kāi)始 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 17 中斷子程序流程圖 5 結(jié)束語(yǔ) 開(kāi)始 將新的脈沖狀態(tài)存入 20H 單元 新舊脈沖狀態(tài)進(jìn)行比較 是否有脈沖來(lái) 相應(yīng)用戶的脈沖個(gè)數(shù) 加一 是 否 結(jié)束 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 18 兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，從中我學(xué)到了很多東西且感悟良多體會(huì)到了課本聯(lián)系實(shí)際 、 設(shè)計(jì)思想 、 實(shí)際動(dòng)手能力都有所提高 。 設(shè)計(jì)參數(shù) 如下 基準(zhǔn)電壓 ： 220V177。比如 ,取允許的最大值的一半。 表 f14 等選擇表 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 10 表 第 7 列是與兩個(gè)通道都輸入最大電壓所對(duì)應(yīng)的最高輸出頻率(Hz)。高通濾波器接入或斷開(kāi)造成的相移 ,由相位校正電路校正 ,使電壓通道和電流通道的相位匹配。邏輯高 ,HPF 使能。電流通道的 PGA 的增益受管腳 G G0 控制。此信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾除其中的交流分量 ,提取出負(fù)載消耗的瞬時(shí)有功功率。乘法器的另一路輸入是由電壓通道 ADC 轉(zhuǎn)換而來(lái)的、與被測(cè)電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。被測(cè)電流經(jīng)可編程增益放大器 (PGA)放大后接電流通道的 ADC,并由此 ADC 轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。AD7755 內(nèi)部的相位校正電路、高通濾波器、乘法器、低通濾波器、數(shù)字 頻率轉(zhuǎn)換器等都為數(shù)字電路。 它由模擬電路 (模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電路與電源電壓監(jiān)測(cè)電路 )和數(shù)字信號(hào)處理電路兩部分組成。時(shí)變?yōu)檫壿嫺?。 8%)V,可接外部基準(zhǔn)源； P11 AGND,模擬電路參考地 。 470mV； P7P8 V2NV2P,通道 2(電壓通道 )模擬 輸入 ,最大差動(dòng)輸入電壓為177。 5%)V； P2AC/DC,高通濾波選擇腳 ,邏輯高 ,高通濾濾器使能； P3 AVDD,模擬電路電源 ,5(177。 AD7755 在電子電能表中的連接如圖 1 所示。它的技術(shù)指標(biāo)滿足 GB/T172151998 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)確度等要求。 220V~5V 轉(zhuǎn)換電路中，相關(guān)參數(shù)如下： C1=330uf，為濾波電容； C2=，用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩； C3=1uf，用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。 電源 參數(shù) 220V~5V 的共兩套，一套給 AD7755，另一套給顯示模塊和 5V~ 電源。 此外， C8051F360 功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其余端口與本設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，故其分配情況不再詳述。 和 分配給 LED 顯示部分作為時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)輸入?？紤]抗電磁干擾 ,除原有的濾波電路外 ,原理圖電流輸入通道中 增加了Z Z4 鐵氧體 ,電源電路部分增加了由 Z1 鐵氧體、 C16 電容和 MOV1 金屬氧化物壓敏電阻組成的濾波網(wǎng)絡(luò)等。 VDD再經(jīng) R22(10Ω )、 C10(100nF)和 C11 (220μ F)濾波 ,接 AD7755 的模擬電路電源管山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 8 腳 AVDD。AD7755 的供電電壓由電容分壓器分壓、二極管整流、 RC 濾波和 7805 IC 穩(wěn)壓產(chǎn)生?？紤]到分流器存在寄生電感 ,較大時(shí)需要 進(jìn)行補(bǔ)償。因?yàn)镽15+R16=660kΩ ,大于大于 R4(1kΩ ),因此 ,即使 R5~R14 全部短接 ,這條支路的3dB 頻率仍由 R4 和 C4 的值決定?？紤]到選用的分流器和基準(zhǔn)源都存在允差 ,原理圖中設(shè)置了校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) ,通過(guò)短接或斷開(kāi) J1~J10,可在177。C1=C2=C3=C4=33nF。的外部相位誤差將產(chǎn)生 %的測(cè)量誤差。不過(guò) ,兩個(gè)通道之間的相位匹配非常重要。 fF1= U1 U2 G f14U2REF U1=5 350=1750μ V= 并以最大電流產(chǎn)生的壓降和表 1,選擇 G=16 U2=fF1 U1 G f14= 16 = 原理圖中 R C1,R C2,R C3,R4∥ (R5~R16)、 C4 為抗混疊濾波器。 選擇 f14=,SCF=0,S1=0,=S0=1,此時(shí) CF 頻率為 f1 的 32 倍，所要求的頻率恰為 f1， f2 段的脈沖計(jì)數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)為 100imp/ 。線路電壓經(jīng)電壓分壓器分壓 ,也降到允許的最大電壓范圍之內(nèi) ,接 V2P 和 V2N。為滿足電流通道的動(dòng)態(tài)范圍且留有充分的余量 ,選用 350μΩ的分流器 。 線路電壓 220V,基本電流 Ib 為 5A,動(dòng)態(tài)范圍 400(規(guī)定準(zhǔn)確度的電流范圍為2%Ib~Imax,即 100mA~40A)。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 7 設(shè)計(jì)參數(shù)： 基準(zhǔn)電壓： 220V177。 4) 光電耦合器的傳輸特性具有非線性和隨溫度變化性 。 2) 信號(hào)傳輸是單方向的 , 輸出端的噪聲不影響輸入端 。 圖 是一種典型反相應(yīng)用電路 , 當(dāng)輸入端有電流流過(guò)時(shí) , 發(fā)光二極管發(fā)光 ,使光電三極管導(dǎo)通 , 其集電極就有電流 I C 流過(guò)。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí) , 發(fā)光器件將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。應(yīng)山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 6 用這個(gè) 電路解決了彈載黑匣子的電壓采樣信號(hào)的光電隔離問(wèn)題。 傳統(tǒng)的光耦隔離電路雖然也能實(shí)現(xiàn)很高的線性度 , 不過(guò)這些電路需要的電源種類(lèi)較多 , 線路比較復(fù)雜 , 設(shè)計(jì)成本比較高。電路隔離主要有：模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。電路隔離的主要目的是通過(guò)隔離元件把干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制干擾的目的，保護(hù)電子設(shè)備。 220V~5V 轉(zhuǎn)換電路中，相關(guān)參數(shù)如下： C1=330uf，為濾波電容； C2=，用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩； C3=1uf，用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。 圖 穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì) 220V~5V 的共兩套，一套給 AD7755，另一套給顯示模塊和 5V~ 電源。 圖 C8051F360 電路圖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 5 5V 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 電源電路 設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)中的重要部分，其性能的好壞對(duì)整個(gè)電路的影響極大， 是整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵，系統(tǒng)的各個(gè)單元電路都需要使用直流電源供電。用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 C8051F360 功能介紹 C8051F360 單片機(jī)為主要部件，它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、 VDD 監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器器件，是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)使用的共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管的管腳設(shè)置圖如下： 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 4 圖 LED 數(shù)碼管管腳設(shè)置圖 其顯示原理為公共陽(yáng)極接高電 平，管腳接電平，二極管導(dǎo)通，則相應(yīng)的筆畫(huà)段亮，由發(fā)亮的筆畫(huà)段組合得到各種顯示字符，上圖使用的數(shù)碼管陰極各段接10001000 時(shí)，顯示器顯示“ 0”字符， 即對(duì)于共 陽(yáng) 極 LED 顯示器，“ 0”字符的字形碼是 88H。如若想送一個(gè)數(shù)據(jù) 49H，需先把數(shù)據(jù)送給寄存器 A，將寄存器 A 中的數(shù)據(jù)帶進(jìn)位循環(huán)右移，此時(shí) C 中的數(shù)據(jù)為 1,先將時(shí)鐘輸入端CLOCK 清零，再將時(shí)鐘輸入端 CLOCK 置一，讀入 C 中的數(shù)據(jù)送給 164 的 Q0,再將寄存器 A 中的數(shù)據(jù)右移一位，此時(shí) C 中的數(shù)為 0，然后尋找時(shí)鐘輸入端的上升沿，將 0 寫(xiě)入，此時(shí) 164 的 Q0 管腳變?yōu)?0， Q1 管腳變?yōu)?1，照此規(guī)律依次將八位二進(jìn)制數(shù)存入 164 中，最 后 Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7 中的數(shù)據(jù)分別為01001001，即 49H。 CAT24WC16 使用鐵電技術(shù)制造的 16K 位的非易失性的記憶體，并且可以快速讀寫(xiě)數(shù)據(jù)被可以長(zhǎng)時(shí)間掉電保存，并且其非易失性存儲(chǔ)器可靠性更高，系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，并且 24C16 可以承受超過(guò) 100 億次的速寫(xiě)或者是比 EPROM 高一萬(wàn)倍的寫(xiě)操作，當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的頻率要求比較高即速度要求快的時(shí)候E2PROM 24C16 也可以可靠的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。其中 I2C總線協(xié)議規(guī)定，任何數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。 輸出的快速脈沖信號(hào) 經(jīng)光電隔離 送給單片機(jī)，我們采用 C8051F36x 單片機(jī)對(duì)脈沖 信號(hào)進(jìn)行采集和計(jì)數(shù)， P2 口（ 8 位）同時(shí)工作即可對(duì) 8 戶電能脈沖進(jìn)行采集山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 2 與計(jì)數(shù)，我們將為每戶開(kāi)辟 2 個(gè)字節(jié)的內(nèi)存計(jì)數(shù) 。 2 設(shè) 計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求 ,以及原始資料的精度要求 ,電能轉(zhuǎn)化脈沖芯片有 AD7755可供選擇 ,因?yàn)樗?是一種高準(zhǔn)確度電能測(cè)量集成電路，穩(wěn)定性強(qiáng) 并且價(jià)格不貴 ；單片機(jī)芯片選擇 C8051F36x 器件，它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、 VDD 監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器，是真正獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)保護(hù)電路芯片 可選FM24C16 ，用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造的 16K 位的非易失憶的記憶體；另外 要求為L(zhǎng)ED 顯示 ， 使用 74LS164 串入并出 8 位移位記存器進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù) ； 因?yàn)楦餍酒杼峁┲绷麟娫?,我們要進(jìn)行設(shè)計(jì)交直流變 化和降壓電路 ， 大體的設(shè)計(jì)選擇框架思路就是這些 。 數(shù)據(jù)顯示：實(shí)現(xiàn)交流電表對(duì)單相交流電能的測(cè)量并顯示。 循環(huán)顯示： 8 戶電能循環(huán)顯示，每隔 3S 顯示一戶。 精度： 。同時(shí)，基于 24C16芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的掉電數(shù)據(jù)保護(hù)，基于 74HC165 芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的清零。完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。 8 the user watthour meter。 74 HC165 keyboard control and application of pulse reset。 C8051F360 single chip microputer application program to plete pulse to read, counting, putation, storage, send display function。 基于 AD7755 芯片實(shí)現(xiàn)電能脈沖的發(fā)生；應(yīng)用單片機(jī) C8051F360 編制程序完成脈沖的讀取、計(jì)數(shù)、計(jì)算、存儲(chǔ)、送顯示等功能；應(yīng)用 74HC164 及八段譯碼顯示器完成數(shù)據(jù)的顯示；應(yīng)用 74HC165 及鍵盤(pán)控制對(duì)脈沖清零；應(yīng)用 E2PROM 24C16 完成數(shù)據(jù)的定時(shí)寫(xiě)入以防停電時(shí)數(shù)據(jù)丟失。 本次設(shè)計(jì)用戶數(shù)為八戶，即實(shí)現(xiàn)八位用戶循環(huán)顯示電能量。山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 1 多用戶電能表的應(yīng)用設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 2 摘要 電子 式電能表是通過(guò)對(duì)用戶供電電壓和電流實(shí)時(shí)采樣，采用專(zhuān)用的電能表集成電路，對(duì)采樣電壓電流信號(hào)進(jìn)行處理并相乘轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出 ,通過(guò)計(jì)度器或數(shù)字顯示器顯示用戶使用的電量。本文將設(shè)計(jì)一個(gè)以 C8051F360芯片為核心，配有電能轉(zhuǎn)換模塊、 LED 顯示模塊、掉電存儲(chǔ)模塊等功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)八戶的用電狀況進(jìn)行采集檢測(cè)。同時(shí)，基于