【正文】 D4D3D2D1 D0AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN7AIN8AIN9AIN1000000000111000011110000011001100101010101010選擇輸入通道REF+與REF—差模1011內(nèi)部測試REF—單端1100REF+單端1101軟件斷電1110輸出8位輸出12位輸出16位0╳1101輸出數(shù)據(jù)長度MSB先出LSB先出01順序輸出單極性雙極性01極性 TLC2543的輸入寄存器格式原理圖中電壓和電流各個通道與之對應(yīng)的TLC2543的通道通道地址以及控制格式電壓小量程通道IN320H電壓大量程通道IN430H電流小量程通道IN100H電流大量程通道IN210H 各個量程通道對應(yīng)地址和控制格式 人機接口電路單片機應(yīng)用系統(tǒng)通常都需要進(jìn)行人機對話。③ 可變輸出數(shù)據(jù)長度。TLC2543可通過軟件設(shè)置為下列輸出方式：① 單極性或雙極性輸出。在允許的溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換時間小于10US，線性誤差小于。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC輸出端變高以指示轉(zhuǎn)換的完成。除有通用的數(shù)字控制能力外，該器件有一個片內(nèi)的14路模擬開關(guān)，可選擇11個輸入中的任何1個或3個內(nèi)部自測試電壓中的一個。以下是對該芯片的簡單介紹：TLC2543是12位開關(guān)電容逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。由于已知本系統(tǒng)所測量的電路頻率主要為50HZ的交流電，在系統(tǒng)中電壓接入外部中斷0（單片機的P32管腳），電流接入外部中斷1（單片機的P33管腳），這樣根據(jù)電壓和電流過零的時間差，再通過軟件編程我們可以計算出電壓和電流之間相差的相位角，由此可看出在這個電路中光電耦合器有兩種作用：電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換，從而滿足了系統(tǒng)要求。當(dāng)外電路電壓（或電流）通過互感器變換后的采樣電壓（電流）值大于0時，則1點（14點）的電位小于零，發(fā)光二極管導(dǎo)通，使光電耦合器作用導(dǎo)致P32輸出低電平。電壓（或者電流）的量程的自動轉(zhuǎn)換則通過軟件來實現(xiàn)，關(guān)于量程轉(zhuǎn)換將在第四章軟件設(shè)計中具體介紹，在此就不再敘述。（3）大量程采樣通道圖 電壓大量程采樣通道 電流大量程采樣通道當(dāng)通過互感器變換后電壓比較大時候系統(tǒng)將選擇大量程通道，該通道變換過程如下：變換后的交流電壓（電流）首先經(jīng)過二極管整流電路進(jìn)行整流，得到0到10V范圍內(nèi)的直流電壓，但由于A/D轉(zhuǎn)換器的工作電壓為0到+5V，所以要通過電阻進(jìn)行分壓。而選小量程通道則不同，我們將通過互感器變換后的交流電壓放大十倍再通過像大量程通道一樣的電路進(jìn)行重新采樣測量則誤差會減小很多，這樣測量誤差就只有原來誤差的十分之一。同樣因為我們選用的電流互感器為TVA14203，～10A對應(yīng)的輸出就為0～10V，輸入和輸出兩者之間成線性變化。即外部電壓或電流先經(jīng)過互感電路變換、整流電路整流、分壓電路分壓最后才可以被模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。 圖 3..2 24C16在本系統(tǒng)中的接法 系統(tǒng)的前向通道用單片機組成測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)必須有被測電信號的輸入通道，即前向通道，用來采集必要的輸入信息。24C16再根據(jù)讀寫控制位（R/W）的狀態(tài)進(jìn)行讀或?qū)懖僮??！?”表示對從器件進(jìn)行讀操作，“0”表示對從器件進(jìn)行寫操作。2．24C16的停止信號：時鐘線為高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為24C16的停止信號。由于在本次軟件系統(tǒng)中要編制24C16的讀寫程序所以在此有必要介紹一下24C16的一些時序。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。其管腳配置如下所示：管腳名稱功能A0、AA2器件地址選擇SDA串行數(shù)據(jù)/地址SCL串行時鐘WP寫保護(hù)Vcc+Vss地 表 24C16的功能描述：24C16支持I2C 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，I2C總線規(guī)定，任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件稱為發(fā)送器。當(dāng)然它也有一定的不足，就是在軟件編程時比較麻煩。以下是89C52的引腳圖以及它的主要性能參數(shù)： 數(shù)據(jù)存儲器24C16的擴展由于我們所設(shè)計的數(shù)字功率表的系統(tǒng)并不是很大，所要存儲的數(shù)據(jù)也并不是非常多，所以我們在選擇片外數(shù)據(jù)存儲器的時候我們選用了串行E2PPOM 24C16。就像人類的大腦一樣可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，處理，輸出，或是產(chǎn)生一系列控制信號。第三章 系統(tǒng)硬件分析 單片機電路測試系統(tǒng)的分析單片機電路測試系統(tǒng)主要由一塊AT89C5一塊24C16數(shù)據(jù)存儲器、以及人機接口電路（主要是鍵盤電路）以及前向測試通道構(gòu)成。根據(jù)儀表的功能要求和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，由大到小地按儀表功能層次把軟件分為若干個模塊，分別進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試，然后把各個模塊連接起來形成整個系統(tǒng)，最后與系統(tǒng)的硬件聯(lián)調(diào)。再通過功能鍵的調(diào)用可以將當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)保存到片外存儲器中，也可以將當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)從片外存儲器中刪除，也可以顯示上組數(shù)據(jù)或者下組數(shù)據(jù)。而對于功率因數(shù)的測量則相對簡單，由于相位角經(jīng)被測量得到，=U*I*COS計算出來的。這個系統(tǒng)的設(shè)計總的思路如下：對于電路中的電壓和電流的測量，可以通過系統(tǒng)的前置電路把其轉(zhuǎn)換成可供采樣電壓信號，再通過AD轉(zhuǎn)換送入單片機處理，由軟件讀出，然后進(jìn)行處理，處理后參數(shù)由液晶顯示器顯示出來。Niu+圖 第二節(jié) 基本設(shè)計思想由于這個課題要求就是設(shè)計一個系統(tǒng)可以對電路正在運行時的參量進(jìn)行測量、保存、顯示，對于單片機軟件的開發(fā)，可以選用C語言或者匯編語言。則網(wǎng)絡(luò)的瞬時功率為p=ui=Usin(ωt+φ)Isinωt=UI[cosφcos(2ωt+φ)]= UIcosφ UI cos(2ωt+φ)，其中U、I分別是電路中電壓和電流的有效值，U的范圍為0~600V，I的范圍為0~10A。為保證儀表質(zhì)量和提高效率，應(yīng)在正確的設(shè)計思想指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計。本次的畢業(yè)設(shè)計由我和侯東東同學(xué)共同完成，他主要負(fù)責(zé)的是硬件電路方面的設(shè)計,而我則是要在他硬件基礎(chǔ)上完成數(shù)字功率軟件系統(tǒng)的設(shè)計。利用SE52單片機調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)行軟件的調(diào)試。要熟悉相應(yīng)的開發(fā)語言，主要是熟悉匯編語言的語法結(jié)構(gòu)，開發(fā)和調(diào)試方法。設(shè)計方案基本形成之后，完成開題報告的寫作。在完成對數(shù)據(jù)的處理后能在液晶顯示器上顯示出電路中的電壓、電流、功率因數(shù)、功率。但由于數(shù)字功率表使用方便、功能強大、體積小，在市場上還是很受歡迎。數(shù)字功率表的測量能力隨著微電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，表內(nèi)硬件已越來越多地用集成電路代替。除測量準(zhǔn)確外，因數(shù)字儀表具有自動保護(hù)和自動選擇量程的功能，因此減少了由于過載而損壞儀表的可能性。數(shù)字顯示消除了在模擬標(biāo)尺上讀取指針位置時的人為誤差。數(shù)字功率表也是一種簡單的智能儀表。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第一章 概 述第一節(jié) 概 述在測量、控制儀表中引入微機，不僅能解決傳統(tǒng)儀表不能解決或不易解決的問題，而且能簡化電路、增加功能、提高精度和可靠性、降低售價以及加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度。由于這類儀表已經(jīng)實現(xiàn)人腦的一部分功能，例如四則運算、邏輯判斷、命令識別等，有的還能夠進(jìn)行自教正、自診斷，并具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力，因此人們習(xí)慣上稱它們?yōu)橹悄軆x表。功率表一直以來都是重要的工業(yè)測量儀表，而數(shù)字功率表在原有的基礎(chǔ)上比以前的更方便。與傳統(tǒng)的其他儀表相比，數(shù)字功率表的測量準(zhǔn)確度顯著提高。此外，本次所設(shè)計的數(shù)字功率表還具有自動記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)的能力，能方便地使用在自動測試系統(tǒng)中。另一方面，在改善特性的同時，由于許多集成芯片還需進(jìn)口，成本也有所增加。第二節(jié) 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)和要求本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是與做硬件的同學(xué)配合，用匯編語言編制出一套數(shù)字功率表系統(tǒng)軟件用來測量頻率為50Hz的交流電路的各種參數(shù)，包括電壓有效值、電流有效值、功率、功率因數(shù)。為了能夠圓滿的完成這次畢業(yè)設(shè)計，在這段時間里，需要完成以下幾個任務(wù)：，通過課題的分析，明確主要任務(wù)；，有些難以下手的，或是沒有碰到過的問題要及時地向指導(dǎo)老師請教，并且充分的利用學(xué)校圖書館這一龐大的資源，查找有關(guān)資料，熟悉有關(guān)方面的內(nèi)容。并把它們翻譯成中文。涉及到的一些通用的子程序的編程，寄存器的定義，一些測量算法的確定。完成畢業(yè)設(shè)計論文，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。第二章 總體方案簡介研制一臺智能儀表是一個比較復(fù)雜的過程，這一過程包括分析儀表的功能需求和擬定總體設(shè)計方案，確定硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法，研制硬件電路和編制軟件程序，以及儀表的調(diào)試和性能測試等等。第一節(jié) 系統(tǒng)測量的基本原理 ，假設(shè)端電流i及端電壓u是在關(guān)聯(lián)參考下，并分別為2i=Isinωt,u=Usin(ωt+φ)，式子中φ是電壓超前于電流的相位角。由于二端網(wǎng)絡(luò)能量消耗表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)中存在有功功率，故有功功率P為P= UIcosφ，式子中的U，I，P，cosφ就是本次設(shè)計的數(shù)字功率表所要測量的量。在這次設(shè)計中本人選擇了匯編語言來進(jìn)行開發(fā)，因為匯編語言具有指令簡單，運行速度快，便于開發(fā)的優(yōu)點，而且在學(xué)單片機編程的時候主要學(xué)的語言就是匯編語言，雖然感覺它不像高級語言那樣通用性強，但是對這個系統(tǒng)來說并不需要考慮它的移植性，所以選用匯編語言來開發(fā)這個系統(tǒng)是完全可以的。對相位角的測量，采用過零比較的方法利用單片機的定時器對電壓與電流的過零點的時間差進(jìn)行確定，再通過計算就可以確定電壓與電流的相位差，此時定時器如果采用定時的方式就會產(chǎn)生很大的誤差，所以在軟件編程時選用定時器計數(shù)的方式而不是定時方式。這樣用這個系統(tǒng)就可以測量出電路在運行時候的各個參數(shù)，并可以將電路每一個時刻所對應(yīng)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)四個參數(shù)當(dāng)成一組數(shù)據(jù)通過液晶顯示器顯示出來。另外與傳統(tǒng)儀表不相同的一個地方就是它可以與上位機進(jìn)行通信，當(dāng)上位機發(fā)送要求與儀表進(jìn)行通信的請求信號后，數(shù)字功率表可以把我們保存在片外存儲器的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。根據(jù)數(shù)字功率表的硬件電路和上面所述的軟件設(shè)計思路將軟件分為監(jiān)控主程序、相位角測量子程序、電壓有效值測量子程序、電流有效值測量子程序、顯示子程序、鍵盤處理子程序、通信子程序等幾個模塊分別進(jìn)行設(shè)計與調(diào)試，最后將它們整體連接起來進(jìn)行形成總的軟件系統(tǒng)與硬件電路聯(lián)調(diào)觀測能否達(dá)到預(yù)先要求的功能。它要完成的主要任務(wù)就是把系統(tǒng)從前向通道輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，通過內(nèi)部總線送給片外的24C16數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行儲存，并要能將處理過的數(shù)據(jù)通過液晶顯示器的顯示電路顯示出來。 AT89C52單片機簡介:AT89C52是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有8KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場合。選用它的原因是在系統(tǒng)掉電后它所存儲的數(shù)據(jù)并不消失，并且它與單片機相連的管腳也比較少,節(jié)約了系統(tǒng)的硬件資源。下面是對24C16的簡單介紹：24C16是一個16K位的串行E2PPOM，內(nèi)部含有2048個8位字節(jié)，該器件通過I2C總線進(jìn)行操作，有一個專門的寫保護(hù)功能。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件稱為接收器。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式。1．24C16的起始信號：時鐘線為高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為24C16的起始信號。24C16的起始/： 起始/停止時序圖24C16的尋址過程：主器件通過發(fā)送一個起始信號啟動發(fā)送過程，然后發(fā)送控制命令字，該控制字的高4位固定為1010，接下來的三位（AAA0）為器