【正文】 .................................................................................17 AT24C16讀函數(shù)流程圖 ...........................................................................18 AT24C16寫函數(shù)流程圖 ...........................................................................19 顯示用戶電量流程圖 ..............................................................................20 ........................................................................20 中斷子程序流程圖 .................................................................................21 5 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .....................................................................................................22 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................23 附錄一 ..........................................................................................................................24 附錄 二 ..........................................................................................................................25 附錄 三 ..........................................................................................................................27 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 35 頁 1 緒論 電能表在國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 電能表是我國電工儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。 隨著高新技術(shù)尤其是電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子式、多功能、高精度、多費(fèi)率、自動(dòng)抄表等產(chǎn)品的優(yōu)勢突顯，且已經(jīng)逐步成為電能表發(fā)展的主流，在未來幾年里，這種趨勢將更加明顯。為緩解我國日趨尖銳的電力供需矛盾，調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線，改善用電量不均衡的現(xiàn)象，全面實(shí)行峰、平、谷分時(shí)電價(jià)制度，“削峰填谷”，提高全國的用電效率，合理利用電力資源，國內(nèi)部分省市的電力部門已開始 逐步推出了多費(fèi)率電能表，對用戶的用電量分時(shí)計(jì)費(fèi)。 通過 城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，電工儀器儀表行業(yè)步入了快速發(fā)展的軌道，同時(shí)也為行業(yè)企業(yè)提供了一個(gè)科技創(chuàng)新的平臺，電工儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)抓住機(jī)遇，通過對國外先進(jìn)技術(shù)的兼收并蓄，并高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)自主開發(fā)了一系列高技術(shù)產(chǎn)品。國家城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造結(jié)束后，電工 儀器儀表行業(yè)進(jìn)入了平穩(wěn)過渡期，以華立集團(tuán)、寧波三星、林洋電子等為代表的行業(yè)企業(yè)不斷拓寬服務(wù)領(lǐng)域，尋求新的發(fā)展空間，從而在競爭中提高企業(yè)的核心競爭力，經(jīng)過國內(nèi)外市場的凈化和洗禮，產(chǎn)品也發(fā)生了質(zhì)的變化，開始從單純量的增長向技術(shù)創(chuàng)新過渡，并步入高質(zhì)量、高技術(shù)、高附加值時(shí)代，生產(chǎn)模式逐步向集約化大規(guī)模轉(zhuǎn)變，核心競爭力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)品出口主要以電能表、便攜式電表為主，出口輻射到幾十個(gè)國家。 課題的研究內(nèi)容與意義 電子式 單用戶 多功能電能表，具有測量精度高，過載能力強(qiáng)，功率消耗低，性能穩(wěn)定可靠，體積小，重量輕，操作方便；易于實(shí)現(xiàn)管理，適應(yīng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 35 頁 民用等不同用戶群體用電測量的需求。電子式電能表與傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表相比，有效地提高了電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展與 進(jìn)步， 電子式電能表 越來越受到廣大使用者的認(rèn)同與青睞。電子式電能表是今后一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展主流，技術(shù)含量高的產(chǎn)品發(fā)展空間大，經(jīng)濟(jì)效益也好，更應(yīng)該作為今后發(fā)展重點(diǎn)。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 35 頁 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與主要要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 該課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求完成基于 C8051F360 單片機(jī)的 單 用戶電子式電能表的設(shè)計(jì)與調(diào)試。 主要由 LED 顯示模塊、 AD7755 電能脈沖轉(zhuǎn)換 模塊、掉電存儲模塊和按鍵清零 等 模塊組成。 LED顯示模塊采用數(shù)碼管顯示 被測用戶 的戶號、用電量； 按鍵清零模塊選用 74HC165 芯片來實(shí)現(xiàn)此功能； 存儲模塊采用 24C16，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲，可以 實(shí)現(xiàn) 掉電不丟失數(shù)據(jù)的功能 。 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)包括用 C8051F360 單片機(jī) C 語言編寫的用戶電量顯示程序、按鍵清零程序、 用戶和電量顯示程序、 脈沖檢測程序 以及 掉電保存等程序 ，并配有 主函數(shù)和各子函數(shù)的流程圖及其說明等。 h。電路控制部分選用單片機(jī)芯片 C8051F360，它具有片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD 監(jiān)視、看門狗定時(shí)器等功能，是真正獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)；各電路電源部分選用穩(wěn)壓芯片 MC7805，將交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓得到所需電源；數(shù)碼管顯示部分利用 74HC164 串入并出 8位移位寄存器 驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示 ； 數(shù)據(jù)掉電保存部分選用掉電存儲芯片AT24C16 ，該芯片是用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造的 16K 位的非易失憶的記憶體；按鍵清零部分利用 74HC165 并入串出 8位移位寄存器實(shí)時(shí)掃描按鍵，根據(jù)按鍵要求對相應(yīng)用戶電量清零；電量采集轉(zhuǎn)化電路采用 AD7755 脈沖轉(zhuǎn)化芯片將電量采集 后轉(zhuǎn)化為脈沖信號， 用 戶的計(jì)量脈沖信號，經(jīng) I/O接口電路連接到系統(tǒng)總線，在微處理器的控制下，采集并計(jì)其脈沖信號，達(dá)到 100 個(gè)脈沖時(shí)電量自加 1kW?h。 C8051F360 單片機(jī)整體電路板包含 的模塊主要有 C8051F360 單片機(jī)、 LED/FMQ 報(bào)警、 RS232 通信、 USB 接口、電源接口、下載 /復(fù)位、外接器件、 、兩路 AD輸入、信號輸入、 PCF856AT24C1 74HC16 74HC164 顯示等。 C8051F360 單片機(jī)電路部分 C8051F360 單片機(jī)為主要 控制 部件，其電路圖如下圖 所示。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。其 、 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； P2口接撥碼開關(guān)，模擬 AD7755 電量脈沖；PCF856 24C16 部件實(shí)時(shí)存儲用戶電量信息，并在掉電后保存，單片機(jī)上電復(fù)位后能夠從中讀取數(shù)據(jù)。 +5V 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 電源電路是整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵，系統(tǒng)中的各個(gè)單元電路都需要使用直流電源供電，本設(shè)計(jì)采用自制電源供電方式，將 220V 交流市電通 過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器的兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓，此直流電壓經(jīng)過 W7805 的穩(wěn)壓和電容的頻率補(bǔ)償，便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。 圖 +5V穩(wěn)壓電源電路圖 將圖 中的 +5V 穩(wěn)壓電源 電路圖進(jìn)行 仿真 ，其 結(jié)果 如下圖 所示。 電路設(shè)計(jì)中 74HC164 是高速硅門 CMOS 器件， 是比較典型的移位寄存器， 它與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（ DSA 或 DSB）之一串行輸入，任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入，其管腳圖 如圖 所示。依此類推，每一個(gè)時(shí)鐘周期中都有一個(gè)串行數(shù)據(jù)輸出到 D0，而其他的數(shù)據(jù)則不斷往高位移動(dòng)直到所有數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。 圖 74HC164引腳圖 數(shù)碼管由 8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字 0 ?字符 A ? F、 H、 L、 P、 R、 U、 Y、符號“ ?”及小數(shù)點(diǎn)“ .”。 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 35 頁 圖 數(shù)碼管管腳連接圖 通過以上對 74HC164 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示電路各個(gè)模塊的介紹，聯(lián)系單片機(jī)的控制原理，可得到 C8051F360單片機(jī) 控制 74HC164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的具體過程如下：單片機(jī) 外接 8 片 74HC164 作為 8 位 LED 顯示接口，把單片機(jī)的 出線， 作為移位時(shí)鐘脈沖。 CLK為時(shí)鐘輸入端，可連接到 端。 Q0?Q 7并行輸出端分別接 LED 顯示器的 g? e各段對應(yīng)的引腳上。 24C16 芯片掉電存儲的設(shè)計(jì) AT24C16 是用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造的 16K 位非易失性記憶體鐵電隨機(jī)存儲器 ，其 FRAM 具有非易失性并且可以象 RAM 一樣快速讀寫數(shù)據(jù) ， 在掉電 后 可以保存 10 年且比 EEPROM 或其他非易失性存儲器可靠性更高 、 系統(tǒng)更簡單 ， 而 不像 山東科技大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 35 頁 EEPROM。 24C16 可以承受超過 100 億次的讀寫或者是比 EEPROM 高一萬倍的寫操作 ， 24C16 的寫能力使得它在需要對非易失性記憶體快速讀寫的狀況下非常理想 的完成任務(wù)， 這種優(yōu)勢合并使得系統(tǒng)可以更可靠的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù) 。每次中斷顯示時(shí)寫入一次 單 用戶的脈沖數(shù)量，實(shí)時(shí)存儲用戶電量信息，并在掉電后保存，單片 機(jī)上電復(fù)位后能夠從中讀取數(shù)據(jù) ， 24C16 掉電保存電路 如下 圖 所示。 74HC165 芯片按鍵清零的設(shè)計(jì) 74HC165 芯片按鍵清零的電路圖如下圖 所示， 74HC1