【正文】 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 23 頁 共 35 頁 5 課程設(shè)計總結(jié) 為期兩周的單片機課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束， 通過 對 這次課程設(shè)計的制作讓我對單片機的理論有了更加深 入的了解 ，并且 從中我學(xué)到了很多 書上并不存在 東西 ，并且深刻的認(rèn)識到 書本上的知識與實際的應(yīng)用存在著 很大 的差距 。 圖 AD7755 的總體電路 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 18 頁 共 35 頁 軟件設(shè)計 單用戶單相電能表的程序見附錄三所示，其各個子程序及總程序流程圖將在下面 一一 詳細 介紹。由于光耦合器將電路分成兩部分，所以兩側(cè)應(yīng)該分別供電。 （ 2） AD7755 外圍電路設(shè)計 AD7755 的總體電路除了上述幾個比較關(guān)鍵的組成部分外，還有時鐘電路、脈沖輸出接口、電源電路等其他幾個外圍電路。但是不會有太大偏差，不會對設(shè)備性能有太大影響。 若釆用 Fl、 F2 輸出脈沖對用戶電能進行計量，則可以使得兩個通道輸入電壓在合理的電壓范圍 內(nèi)，即最大允許輸入信號的 1/3 到 2/3 范圍內(nèi)。另外還可以釆用電流互感器，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。在選擇采集信號方式時，應(yīng)考慮到抗干擾能力和電阻等原器件的功耗問題。 另外在采集電流、電壓信號時，要合理選擇采集方式，輸入到通道一、通道二的電壓信號選在最大允許輸入信號的 1/3 到 2/3 范圍內(nèi)為宜。 若要使用高頻則需要對 SCF 引腳進行配置。脈沖輸出的基本方式是從F1 或 F2 輸出，但是這兩個引腳輸出的脈沖頻率較低，最高為幾百個脈沖 /?？删幊淘鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù) G 可 視情況隨意選擇，由 G0、 Gl的邏輯電平確定 ，通道一的 增益 選擇 表 如下 所示。兩路電壓信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器、濾波器、乘法器等，將信號輸入到數(shù)字一頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一定頻率的脈沖信號。 AD7755 芯片的外圍封裝電路、性能檢測電路圖及主要參數(shù)分析及計算見附錄二所示， AD7755 的 功能框圖如下圖 所示。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 15 頁 共 35 頁 圖 74HC165 按鍵清零電路 AD7755 電能轉(zhuǎn)換設(shè)計 電能變換電路采用 AD7755 芯片（ Ib=10A,C=1600KW/h） ,它 是脈沖輸出的一種高準(zhǔn)確度電能測量芯片， 工作時 AD7755 芯片將電流采樣信號和電壓采樣信號送入緩沖放大器，經(jīng)模擬乘法器相乘，再經(jīng) V/F 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換將電壓信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號， AD7755 芯片的快速脈沖輸出為 1600 脈沖 /KWh，與用戶使用電能相對應(yīng)。而當(dāng) PL 為高時，數(shù)據(jù)將從 DS 輸入端串行進入寄存器，在每個時鐘脈沖的上升沿向右移動一位（ Q0 → Q1 → Q2 等）。 圖 24C16 掉電保存電路 由于其控制引腳較少，占用單片機口線較少，在少量數(shù)據(jù)存儲中有非常大優(yōu)勢，因為在本設(shè)計中，我們只需將校表數(shù)據(jù)及少量的電能數(shù)據(jù)存儲其中，以做到系統(tǒng)掉電時不丟失數(shù)據(jù)，免除每次開機時的校表過程，故選用控制引腳簡潔的AT24C16 將非常的合適。 SCL 連接 C8051F360 的 ，上升沿寫入 ； SDA 連接 為串行輸 出 端。 24C16 以總線速度進行寫操作 ， 無延時 ， 數(shù)據(jù)送到 24C16 中 直接寫到具體的單元地址下 ， 可以立即執(zhí)行 。在給出了 8個脈沖后，最先進入 74HC164 的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，然后再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出， 8片 74HC164 首尾相串，而時鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入 8 個脈沖時，從單片機 端輸出的數(shù)據(jù)就進入到了第一片 74HC164 中了，而當(dāng)?shù)诙?次 8個脈沖到來后，這個數(shù)據(jù)就進入了第二片 74HC164，而新的數(shù)據(jù)則進入了第一片 74HC164，這樣，當(dāng)?shù)?8 次 8個 脈沖完成后， 8 位數(shù)據(jù)便顯示在八段數(shù)碼管上了。每一個時鐘信號的上升沿加到 CLK 端時，移位寄存器移一位， 8 個時鐘脈沖過后， 8 位二進制數(shù)全部移入 74HC164 中。其中 A、 B（第 2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端， 2個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu) 連接 如 下 圖 所示。如果不再有時鐘周期輸入，則這些數(shù)據(jù)將暫存在輸出端。 74HC164 的使用原理為： 時鐘信號從低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候?qū)⑤敵鲆粋€數(shù)據(jù)到輸出端 D0，當(dāng)時鐘第二次由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候?qū)⑤敵龅诙€數(shù)據(jù)到D0，而第一個數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到 D1 端口。 74HC164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器， 串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。 圖 +5V 直流穩(wěn)壓電源仿真結(jié)果 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 11 頁 共 35 頁 74HC164 驅(qū)動 LED 數(shù)碼管顯示的設(shè)計 圖 74HC164驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示電路 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 12 頁 共 35 頁 如圖 所示為 74HC164 驅(qū)動 LED 數(shù)碼管顯示電路，設(shè)計中單片機的、 口產(chǎn)生的脈沖向 74HC164 顯示輸送數(shù)據(jù)，使其顯示相關(guān)信息，兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 10 頁 共 35 頁 用 Multisim 電路仿真軟件制作出的 +5V 穩(wěn)壓電源 電路圖如下圖 所示。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 9 頁 共 35 頁 圖 C8051F360 單片機電路 單片機電路設(shè)計中 P2口接一并排開關(guān)，此設(shè)計中只用到 口，實現(xiàn)了對單用戶電脈沖輸入的模擬； 和 接八段數(shù)碼管控制其顯示； 和 分別接 AT24C16 的 SDA 和 SCL 管腳來控制存儲部分的電路； 、 和 這三個口分別與 74HC165 芯片的對應(yīng)管腳相連接，來實現(xiàn)用戶電量按鍵清零的功能。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、 VDD 監(jiān)視器、看門 狗定時器和時鐘振蕩器器件，是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。本次設(shè)計中主要用到的部分有 C8051F360單片機、 AT24C16 掉電存儲、 74HC164 驅(qū)動數(shù)碼管 顯示 以及 74HC165 按鍵等模塊，下面將詳細介紹各模塊。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 6 頁 共 35 頁 設(shè)計方案框 圖 根據(jù) 節(jié)中對總電路方案的設(shè)計可得到總的方案框圖如下圖 所示： 圖 設(shè)計總體框圖 電能表總電路圖 用 protel 軟件繪制單相單用戶電能表的總電路圖如下圖 所示： 線路 電壓 線路 電流 電壓 互感器 電流 互感器 電能轉(zhuǎn)換脈沖芯片 AD7755 光 電 耦 合 C8051F360 單片機 74HC164及八段譯碼顯示 E2PRM 24C16 74HC165鍵盤清零 穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 7 頁 共 35 頁 圖 電能表總電路圖 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 8 頁 共 35 頁 4 設(shè)計的主要內(nèi)容 硬件設(shè)計 此課程 設(shè)計采用的是以單片機 C8051F360 芯片 為核心的電路板 ，此板的各部分原理圖及內(nèi)部連接圖見附錄一所示 。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 第 5 頁 共 35 頁 3 設(shè)計原理分析 設(shè)計的總體方案 系統(tǒng)主要由電量采集轉(zhuǎn)化電路、微處理器控制電路、非易失存儲器電路、顯示電路、供電控制電路、按鍵清零電路等部分組成。 設(shè)計的主要要求 相單用 戶交流電能的測量； ； 的 功能； 的 功能 ； 100 個脈沖為 1度電 ； 為 1%； ： 硬件設(shè)計 硬件設(shè)計包括單片機的整體設(shè)計 、 穩(wěn)壓電源的 設(shè)計、 LED 數(shù)碼管顯示的設(shè)計、24C16 芯片掉電存儲的設(shè)計、 74HC165 芯片按鍵清零的設(shè)計、 AD7755 電能轉(zhuǎn)換器等電路 的設(shè)計。被測信號 經(jīng) AD7755 轉(zhuǎn)換后將電壓、電流、電能等信號傳 輸 給單片機 C8051F360 主控芯片 ， 然后 C8051F360 控制 其他 所有芯片的工作、計算和顯示 。其中包 括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和程序調(diào)試三部分。而要發(fā)展電子式電能表，核心技術(shù)是關(guān)鍵。面對新的形勢，全面提高電子式電能表，尤其是技術(shù)含量高的產(chǎn)品的市場競爭力，重點突破多費率表和多功能表的現(xiàn)狀，使電能表從數(shù)量優(yōu)勢向技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)變是電能表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。 且 電子式電能表無論在價格、功能、精度、可靠性等方面都優(yōu)越于傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表 ，具有的強大 的 功能特點 和研究的必要性。 本次課程所設(shè)計的 單 用戶電子式單相電能表采用單片機作為中央處理器， 對用戶的 用電情況進行電能計量、 LED 顯示 ，所以 用戶的用電量可以 直接 讀取。特別是近幾年，一些企業(yè)還通過在國外建廠等形式消化國內(nèi)的市場，出口創(chuàng)匯不斷攀升。電力用戶是我國電工儀器儀表最大的用戶群體，需求量占整個市場需求量的 90%，對該類產(chǎn)品的銷售起著決定性作用。在有條件的地區(qū)，即已經(jīng)實行一戶一表的居民用電區(qū)，也將有計劃的開發(fā)低谷用電，實行峰谷電價，以提高電能利用率，提高居民