【正文】 需要，但電路時機比較復(fù)雜。 由于本設(shè)計單片機芯片STC89C52RC、ADC083LCD1602的Vcc管腳所加的電源都在5V左右，且第二第三種電路的成本要高，所以本設(shè)計只需采用固定電壓輸出電路，又因為本設(shè)計不需要數(shù)字電源，故本設(shè)計也不需要數(shù)字電源電路。由于電能表屬于不問斷工作的電力計量產(chǎn)品，因而其電源電路是其設(shè)計的關(guān)鍵部分。電源電路負責(zé)給各個硬件模塊供電，以保證整個電能表的正常運行。需要供電的硬件模塊有：(1)芯片ADC0832的+5V的直流電源。(2)用于單片機等數(shù)據(jù)處理單元電路的+5V直流電源。當(dāng)電網(wǎng)停電時，作為后備電源給實時時鐘供電以保證時鐘的連續(xù)性的備用電源。電源轉(zhuǎn)換電路均采用交流變壓器直接降壓整流，再經(jīng)過線性穩(wěn)壓獲得+5V直流電壓。167。 電源端的干擾防護由于電能表可能工作在比較惡劣的環(huán)境中，因此必須對電能表采取必要的抗干擾措施。1. 過壓保護本設(shè)計在系統(tǒng)電源輸入采用串聯(lián)熱敏電阻保護措施，當(dāng)系統(tǒng)電壓過高時，由于電流會相應(yīng)增高，導(dǎo)致熱敏電阻發(fā)熱，熱敏電阻的阻值會相應(yīng)升高，根據(jù)分壓原理，在熱敏電阻上分壓保護，使整個電能表工作在可靠的電壓范圍內(nèi)，從而起到保護作用。2. 雷擊保護本設(shè)計采取在電源輸入并聯(lián)壓敏電阻的辦法，當(dāng)遇到雷擊時由于系統(tǒng)電壓會急劇升高，此時靠熱敏電阻已經(jīng)不能防護，必須在輸入端口再并聯(lián)壓敏電阻。壓敏電阻是一種能對過電壓可靠保護的器件，平時不導(dǎo)通，當(dāng)加在其上的電壓超過其導(dǎo)通電壓時將其擊穿，電流急劇增加，使系統(tǒng)電壓限制在可靠的范圍。壓敏電阻的種類有很多，本設(shè)計中選用的是氧化鋅壓敏電阻20K500，20是其導(dǎo)通直徑，單位為毫米，直徑越大，擊穿時可以導(dǎo)通的電流越大，吸收的能量越大，保護越可靠。500A是其直流擊穿電壓。本設(shè)計考慮到系統(tǒng)電壓為220V，允許177。30％的浮動，壓敏電阻177。l0％的電壓值誤差，因此選用的電壓值為：U=。因此本設(shè)計中選用的500V的壓敏電阻。3. 其它方面的防護為了防止系統(tǒng)采樣電壓過高而損壞芯片，本設(shè)計采用在采樣輸入端并聯(lián)瞬態(tài)電壓抑制二極管(Transient Voltage Suppressors)的辦法進行保護，當(dāng)由于系統(tǒng)電源不正?；蛘咂渌蛞鸩蓸与妷荷邥r，TVS管擊穿，將采樣電壓限制在可靠的采樣電壓范圍內(nèi)。為防止系統(tǒng)由于受到高頻電磁場等干擾，除了PCB板布線時注意，還在芯片附近和重要的電路附近放置貼片電容以去除高頻電磁干擾，保證系統(tǒng)可靠工作。167。 +5V直流電源的實現(xiàn)圖36 電源模塊原理電路如圖36所示電路為輸出電壓+5V、。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容CC3，防止自激電容CC3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。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D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(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。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。當(dāng)電網(wǎng)停電時，+，電網(wǎng)上電時，由7805三端穩(wěn)壓器的輸出引腳輸出的+5V直流供電。167。 時鐘模塊分時計費電度表中利用單片機內(nèi)部定時器作為時鐘基準，無需附加外部元件，通過軟件編程和單片機內(nèi)部的中斷就可實現(xiàn)實時時鐘功能。但是這種做法有很多缺點。由于受到單片機主晶振以及與其相連電容的影響較大，無法做到很高的精度，累計誤差大。主電源掉電時為了維持時鐘不停，必須要有外接電池給整個單片機供電，導(dǎo)致儀表本身功耗增大。外接專用實時時鐘是一種專門用于產(chǎn)生同期時鐘信息的集成電路芯片，它可以獨立于單片機而工作，不受MCU主晶振及其電容的影響，計時精確，月累積誤差一般小于l0s。芯片還具有主電源掉電情況下的時鐘保護電路和備份電源自動切換控制電路，可以保證在主電源掉電和其他一些惡劣環(huán)境下系統(tǒng)實時實鐘的定時準確性。實時時鐘芯片內(nèi)部集成有一定容量，具有掉電保護特性的靜態(tài)RAM，可用于保存一些重要數(shù)據(jù)。由于芯片可獨立工作，主電源掉電時備份電源只需為該時鐘芯片供電，可有效降低儀表功耗。實時時鐘芯片與單片機的接口根據(jù)其數(shù)據(jù)傳送方式可分為兩種：一種是以并行方式與MCU接口，其數(shù)據(jù)傳送速度較快，但接口擴展電路較復(fù)雜，需要考慮接口擴展時的驅(qū)動能力，而且并行接口芯片本身占用較大的印制版空間，連線多，不利于縮小儀表體積。另一種是以串行方式與MCU接口，這種芯片通常為8腳DIP封裝，占用空間小，連線簡單，一般只需占用CPU的23條I／o口線，可有效減小儀表體積，提高工作可靠性。本設(shè)計中采用DSl302芯片，它是美國DALLAS公司推出的串行接口專用實時時鐘芯片。芯片內(nèi)部具有可編程日歷時鐘和31個字節(jié)的靜態(tài)RAM，日歷時鐘可自動進行閏年補償，計時準確，接口簡單，工作電壓范圍(2．5V5．5V)，功耗低芯片自身還具有對備份電池進行涓流充電的功能，有效延長了備用電池的使用壽命。電能表中單片機STC89C52RC與時鐘芯片DSl302的接口電路如圖37所示。圖37 DS1302接口電路原理圖167。 按鍵模塊最常用的鍵盤鏈接方式有兩種： 1. 獨立式鍵盤模塊：這種鍵盤連接適用于案件數(shù)量比較少，單片機管腳比較富裕的情況，程序編寫比較容易，易于控制。 2. 44行列式鍵盤模塊：這種是鍵盤鏈接適用于按鍵比較多的連接，通過行列掃描來判斷是那個鍵按下，但程序編寫比較復(fù)雜。 由于本設(shè)計只需要按鍵來調(diào)時間，通過設(shè)計只需要三個按鍵來完成，所以本設(shè)計采用獨立是鍵盤模塊。圖38 獨立式鍵盤接法本設(shè)計采用獨立式鍵盤接法如圖38所示，三個按鍵的一端分別接單片機的三個管腳，另一端接地，這樣就使的每當(dāng)按鍵按下就會使單片機的相應(yīng)管腳個到一個低電平。S1按鍵按下去表示調(diào)時開始關(guān)閉中斷，S2按下去表示時鐘加一，S3按下去表示分鐘加一，這樣就完成了調(diào)時功能。167。 顯示模塊目前常見的電子式電能表顯示器件有三種：液晶（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、熒光管（FIP）。本次設(shè)計的顯示器選的是LCD1602(162)[14]如圖39所示，它具有以下優(yōu)點：1. 顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 2. 數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 3. 體積小重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 4. 功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 圖39 1602LCD原理圖 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能：1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖310所示：圖310 1602LCD尺寸圖1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳介紹如下：第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負極。第4章 軟件設(shè)計167。 軟件介紹本設(shè)計是基于STC89C52RC的單向電度表的設(shè)計，用于單相度數(shù)的計費。通過電流互感器和分壓電路采集到電壓和電流數(shù)據(jù)，發(fā)送到雙通道ADC0832進行AD轉(zhuǎn)換，再通過單片機進行相應(yīng)運算算出消耗的電能，后通過LCD1602顯示出來。 本程序采用兩個計數(shù)器終端，分別進行時間的計算和采樣時間的計算，外設(shè)三個按鍵，一個按鍵表示開始設(shè)置時間，一個表示時鐘加一，最后一個表示分鐘加一。167。 主程序流程圖主程序首先對數(shù)字鐘的時鐘分鐘秒鐘清零，再對LCD1602初始化和中斷初始化，兩個中斷為定時器T0和T1，分別控制數(shù)字鐘和數(shù)據(jù)采集的程序。最后進入一個死循環(huán)，對鍵盤不停的掃描，判斷鍵盤是否按下。 主程序流程圖41如下：圖41 主程序流程圖 167。 顯示程序LCD1602的初始化：寫指令38H：顯示模式設(shè)置；寫指令08H：顯示關(guān)閉；寫指令01H：顯示清屏寫指令；寫指令06H：顯示光標移動設(shè)置；寫指令0CH：顯示開及光標設(shè)置見上節(jié)。 應(yīng)注意的是LCD1602的程序[15]寫入（void wcmd）和數(shù)據(jù)寫入（void wdata）要分兩步進行，也就是說先要選第幾行第幾位顯示數(shù)據(jù)再把要顯示的數(shù)據(jù)輸入進去。167。 按鍵程序流程圖本設(shè)計的鍵盤采用的是獨立式鍵盤鏈接，一端接單片機管腳，一端接地，所以每當(dāng)按鍵摁下單片機就會有低電平信號送入。本程序用的是死循環(huán)對鍵盤不停的掃描。 由于按鍵有可能在非自愿的情況下被按到，所以按鍵按下后有一個防抖動程序使程序延時5ms后再判斷鍵盤連接的單片機管腳是否為低電平，這樣防止鍵盤被意外按下，如果按鍵真的被按下，程序要判斷是那個鍵被按下；如果調(diào)時鍵被按下，程序會計數(shù)一次并且關(guān)閉中斷使時間計數(shù)停止，這時如果時鐘鍵被按下，先要運行防抖動程序，判斷按鍵是否真的按下，要是按下時鐘加一；如果分鐘鍵被按下，也要先運行防抖動程序，判斷按鍵是否真的按下，要是按下分鐘加一。調(diào)時鍵被第二次摁下計數(shù)被清零并開啟中斷，使數(shù)字鐘工作。程序流程圖如42所示。167。 數(shù)據(jù)采集中斷程序流程圖由于本次采集數(shù)據(jù)的頻率是50HZ,根據(jù)奈奎斯特采樣定律選擇采樣頻率為200HZ。 單片機5ms產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)采集中斷程序，由于每次進行AD轉(zhuǎn)換的時候，都必須對ADC0832進行初始化，只有這樣才能使ADC0832正常運行，采集的數(shù)據(jù)送到單片機的緩存器中，進行判斷這次是否是第四次采集，如果是把計數(shù)器清零，并進行有用功計算程序，最后顯示到LCD1602上。 程序流程圖如43所示：圖42 按鍵程序流程圖圖43 數(shù)據(jù)采集中斷程序流程圖167。 數(shù)字鐘中斷程序流程圖圖44 數(shù)字鐘中斷程序流程圖，因此一秒的時間本程序分為20次中斷[16]，每次的計數(shù)時間為50ms，但由于中斷后有指令也需要用時間，所以中斷次數(shù)應(yīng)該比20次要少，經(jīng)調(diào)試為10次；這樣10次的中斷就是一秒，到第四次中斷就執(zhí)行時間程序，這樣就實現(xiàn)了一秒的記時。數(shù)字鐘中斷程序流程圖如44所示。167。 時間程序流程圖圖45 時間程序流程圖每次數(shù)字鐘中斷程序完成10次，代表時間過了一秒，就需要運行時鐘程序，使秒鐘加一；如果秒鐘為60就代表是一分鐘，這樣分鐘加一秒鐘清零；如果分鐘為60就代表是一小時，這樣小時加一分鐘清零；如果時鐘為24就代表一天，這樣時鐘清零。 時間程序流程圖如45所示。第5章 系統(tǒng)調(diào)試167。 硬件調(diào)試本次設(shè)計在硬件調(diào)試中出了一些問題，如下： 1. 在做PCB板的時候，需要封裝元器件，遇到很多問題，比如有的芯片找不到合適的封裝器件，需要自己設(shè)計新的封裝。 2. 如果在調(diào)試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問題，可以按以下步驟進行：（1）檢查原理圖連接是否正確 （2）檢查原理圖與PCB圖是否一致。 （3）檢查原理圖與器件的DATASHEET上引腳是否一致。 （4）用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象。 （5）查詢器件的DATASHEET，分析一下時序是否一致，同時分析一下命令字是否正確。 （6）有條件的可以用示波器。如我就是通過示波器對SRAM各個引腳進行檢查，發(fā)現(xiàn)地址線都是有信號的，而數(shù)據(jù)線無信號出現(xiàn)，才找到問題所在。 （7）飛線。用別的的口線進行控制，看看能不能對其進行正常操作，多試驗，才能找到問題出現(xiàn)在什么地方。167。 軟件調(diào)試由于本次設(shè)計的軟件分為許多塊，所以軟件調(diào)試也是每一塊單獨調(diào)試后再整體調(diào)試。從而是錯誤一點一點出現(xiàn)再解決，這樣是程序調(diào)試變得簡單。 本程序沒有一次調(diào)試成功，出現(xiàn)了許許多多錯誤，總結(jié)如下： 1. 中斷錯誤：本程序用了兩個中斷，但剛開始調(diào)試程序時，把兩個中斷寫成interrupt 0和interrupt 1，這樣就會使一個定時器中斷不能工作，應(yīng)該為interrupt 1和interrupt 3。 2. 中斷初始化錯誤：在起初初始化中斷時，我把TMOD設(shè)了兩次分別問0x01和0x10,這樣的話只能使定時器1工作，應(yīng)該為0x11才行。 3. AD程序錯誤：ADC0832從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0[17]，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATD0。而本程序在到11個脈沖時接收的是最低數(shù)據(jù)，剛好相反使數(shù)據(jù)計算錯誤。 4. 有用功算法錯誤：這塊程序是最難的部分，最開始的時候我沒有把有用功的余數(shù)單獨提取出來，這樣少算了很多度數(shù)。結(jié)　論本設(shè)計是基于STC89C52RC的單相