基于MCU的單相電表檢測(cè)儀設(shè)計(jì)_secret

1、PAGE 摘 要單相電表檢測(cè)儀是用于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)低壓?jiǎn)蜗嚯娔鼙碛?jì)量是否準(zhǔn)確的專用儀器。本文針對(duì)檢測(cè)儀的技術(shù)要求，闡述了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，分析了影響測(cè)量精度的主要原因及解決方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容是針對(duì)低壓?jiǎn)蜗嚯娔鼙淼默F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的檢測(cè)功能和技術(shù)指標(biāo)。采取的技術(shù)方案是以微控制器為核心，利用微型電壓互感器和鉗形電流互感器分別將單項(xiàng)供電電壓和電流變換為弱電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電電路的電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)通過電能計(jì)量芯片測(cè)量實(shí)際的有功功率，充分利用微控制器較強(qiáng)的運(yùn)算功能，計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)消耗的電能，同時(shí)利用光電采樣器對(duì)被測(cè)表的計(jì)量的電能進(jìn)行檢測(cè)，從而計(jì)算出被測(cè)電能表的

2、誤差。現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的特點(diǎn)是不停電接線，對(duì)于電流檢測(cè)需采用鉗形電流互感器，而鉗形電流互感器的開口接觸面存在空氣間隙，使互感器的線形變差并存在較大的相移，且一致性較差。采用分段線性化處理，可以提高測(cè)量的精度。本文內(nèi)容涉及微控制器、電氣測(cè)量技術(shù)等多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：微控制器；低壓?jiǎn)蜗嚯娔鼙?；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)Title The design of local calibrating instrument for low-voltage Watt-hour meter based on MCU AbstractThe local calibrating instrument for

3、the single-phase watt-hour meter is a special device that is used to measure the accuracy of low-voltage Watt-hour meter in scene examine. This paper, according to the technical requirements of detectors, tells us the overall design of the system, hardware and software circuit, and analyzes the reas

4、on of the impact of measurement accuracy and the main measures to solution.The main research content is the low-voltage single-phase watt-hour meter on-site inspection, the realization of the detection system requirements and technical indicators. The technical plan is taking the micro-controller as

5、 the core, using the mini-voltage transformer and clamp current transformer respectively to transform the single power supply voltage and current transformation to the weak electrical signal, and to realize the real-time detection for the power supply circuit of voltage and current, at the same time

6、, energy metering chip can measure the true value, take full advantage of strong computing microcontroller functions, to calculate within a certain period of time the power consumption, while using the optoelectronic sampler measurement to measure the watt-hour meter, then calculating the error of t

7、his meter.The characteristics of the on-site inspection is Non-power cables, The clamp current transformer is used to current detection, but the clamp current transformers interface exist air gap, causes the line of transducer become errand and exist in a bigger phase-shift, also the uniformity beco

8、me worse. Using partition linearity processing, that may enhance the survey precision.This article related to micro-controllers, a number of electrical measurement technology, applied technology, and have the application of a certain value and practical significance.Key words: The local calibrating;

9、 Low-voltage Watt-hour meter; Microprocessor目次 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc232913334 1 引言 PAGEREF _Toc232913334 h 3 HYPERLINK l _Toc232913335 1.1 研究背景 PAGEREF _Toc232913335 h 3 HYPERLINK l _Toc232913336 1.2 研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc232913336 h 4 HYPERLINK l _Toc232913337 2 總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc232913337 h

10、 5 HYPERLINK l _Toc232913338 2.1 技術(shù)要求 PAGEREF _Toc232913338 h 5 HYPERLINK l _Toc232913339 2.2 方案論證 PAGEREF _Toc232913339 h 6 HYPERLINK l _Toc232913340 2.3 總體方案 PAGEREF _Toc232913340 h 7 HYPERLINK l _Toc232913341 3 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913341 h 8 HYPERLINK l _Toc232913342 3.1 單片機(jī)的選擇及外圍電路設(shè)計(jì) PAGEREF _

11、Toc232913342 h 8 HYPERLINK l _Toc232913343 3.2 光電采樣器的選擇及接口電路 PAGEREF _Toc232913343 h 10 HYPERLINK l _Toc232913346 3.3 電流互感器的選擇與連接 PAGEREF _Toc232913346 h 12 HYPERLINK l _Toc232913347 3.4 電壓互感器的選擇與連接 PAGEREF _Toc232913347 h 13 HYPERLINK l _Toc232913348 3.5 電能計(jì)量芯片 PAGEREF _Toc232913348 h 15 HYPERLINK

12、l _Toc232913349 3.6 顯示接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913349 h 19 HYPERLINK l _Toc232913350 3.7 鍵盤接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913350 h 21 HYPERLINK l _Toc232913351 3.8 電源電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913351 h 22 HYPERLINK l _Toc232913352 4 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913352 h 23 HYPERLINK l _Toc232913353 4.1 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913

13、353 h 24 HYPERLINK l _Toc232913354 4.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913354 h 25 HYPERLINK l _Toc232913355 4.3測(cè)量誤差程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232913355 h 25 HYPERLINK l _Toc232913356 結(jié)論 PAGEREF _Toc232913356 h 26 HYPERLINK l _Toc232913357 致謝 PAGEREF _Toc232913357 h 27 HYPERLINK l _Toc232913358 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc23291

14、3358 h 28 HYPERLINK l _Toc232913359 附錄：電能計(jì)量 光電檢測(cè)、鍵盤、顯示及單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)圖 PAGEREF _Toc232913359 h 311 引言1.1 研究背景 電能是各類能源中使用最為廣泛的能源，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和日常生活有著不可分割的聯(lián)系，隨著人民生活水平的不斷提高，家用電器越來越普及，每戶居民的用電量也大大增加，因此每戶居民每月的電費(fèi)支出也大幅度地增長(zhǎng)；隨著社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新興工業(yè)猶如雨后春筍，用電量大大增加。部分電力用戶為了多用電少交電費(fèi)，采取各種方法竊電，其主要方法是通過調(diào)慢電能表，使電能表顯示的用電量比實(shí)際的用電量少，給國(guó)家造成了

15、很大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)上述現(xiàn)象，供電部門采取多種方法對(duì)用戶的電能表進(jìn)行定期或不定期的校驗(yàn)或檢查，采取的方法主要有：(1) 用鉗形電流表、秒表現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電能表的快慢。用秒表實(shí)測(cè)電能表每轉(zhuǎn)時(shí)間T1；查看電能表銘牌上標(biāo)明的常數(shù)，算出電能表每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)所需電能，然后用鉗形電流表測(cè)量電流求出有功負(fù)荷P，電能表每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)所需電能與有功負(fù)荷之比得到的時(shí)間即為電能表每轉(zhuǎn)所需時(shí)間T2。通過T1與T2的比較，就可以判斷電能表是否正常工作，從而達(dá)到檢測(cè)目的。(2) 通過檢驗(yàn)電能表的外觀，確定電能表有無破壞痕跡。這種方法包括：1) 檢查電能表表殼、封鉛、封條是否完好，表殼是否過熱變形，有無微小孔洞及鐵絲；2) 檢查電能表接線盒

16、是否封閉完好，進(jìn)出線是否緊固，電壓連接片是否壓緊。3)核對(duì)電能表銘牌上的型號(hào)、出廠編號(hào)及所計(jì)量負(fù)荷性質(zhì)等是否與抄表卡相同，若不符即有竊電行為。4) 針對(duì)用戶竊電的無線報(bào)警形式的電能計(jì)量保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)分機(jī)和主機(jī)兩部分組成，當(dāng)發(fā)生某種竊電現(xiàn)象或者計(jì)量裝置遭到破壞偷盜時(shí)，分機(jī)將發(fā)出包含有本計(jì)量箱編號(hào)，竊電方式及盜竊破壞方式等信息的無線信號(hào)，主機(jī)收到后經(jīng)過識(shí)別、處理發(fā)出聲光報(bào)警。該系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際使用，具有較好的防竊電保護(hù)電力設(shè)施的作用。(3) 在被測(cè)電能表電路中接入標(biāo)準(zhǔn)電能表，然后對(duì)被測(cè)表和標(biāo)準(zhǔn)表同時(shí)采樣進(jìn)行比對(duì)。(4) 采用專門的檢測(cè)儀器對(duì)電能表進(jìn)行校驗(yàn)。這種方法分為兩種形式，一種方法是將

17、電能表從供電線路上拆下，利用實(shí)驗(yàn)室的電能表校驗(yàn)臺(tái)對(duì)電能表進(jìn)行校驗(yàn)，另一種方法是不拆下電能表，利用電能表現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器對(duì)電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。電能表的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)因不影響用戶用電而被供電部門廣泛采用，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，供電部門迫切需要一種攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，計(jì)量準(zhǔn)確的單項(xiàng)電表檢測(cè)儀，用于用戶低壓電能表的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。1.2 研究現(xiàn)狀電能表的校驗(yàn)是否準(zhǔn)確，取決于有功功率的測(cè)量是否準(zhǔn)確，有功功率的測(cè)量屬于電氣測(cè)量范疇，在電氣測(cè)量方面，國(guó)內(nèi)外已有大量的研究成果，就測(cè)量方法和采用的技術(shù)手段綜述如下。采用的技術(shù)手段上，一是采用微型計(jì)算機(jī)加數(shù)據(jù)采集卡，二是采用微處理器結(jié)合自行設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集通道。在互感器的選擇上，一

18、是在供電電路中接入固定式的電壓互感器和電流互感器。二是電壓互感器采用固定式，接線端使用線夾，電流互感器采用鉗形互感器6。固定式互感器中磁路是封閉的，因而具有較好的線形和較小的相移，可以得到較高的精度。但需要停電接線，不便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。電壓互感器采用固定式，接線端使用線夾，電流互感器采用鉗形互感器，現(xiàn)場(chǎng)不用接線。固定式互感器的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，采用線夾后可直接加在供電線路的母線上，避免了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要停電接線的麻煩。但鉗形電流互感器的接觸面存在空氣間隙，使互感器磁路的磁阻顯著增大，且隨工況不同呈現(xiàn)非線形，使互感器的線形變差，且相移較大，給功率因數(shù)的測(cè)量帶來影響，為了彌補(bǔ)這一缺陷，對(duì)結(jié)果采用分段線性化

19、處理，可以提高測(cè)量精度。在有功功率的測(cè)量方面，一是采用真有效值轉(zhuǎn)換，分別測(cè)量出電壓、電流和功率因數(shù)，利用微處理器計(jì)算出功率。二是采用有功功率專用測(cè)量集成電路，直接測(cè)量出有功功率。三是利用各種數(shù)字式的電量傳感器，測(cè)量出電壓、電流、功率因數(shù)或直接測(cè)量有功功率。采用有功功率專用測(cè)量集成電路即專用電能計(jì)量芯片，直接測(cè)量出有功功率，測(cè)量方便，軟件開銷小，硬件電路簡(jiǎn)單。 2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 技術(shù)要求本課題以MCU為核心，利用光電采樣器對(duì)被測(cè)電能表進(jìn)行采樣，同時(shí)采用互感器及電能計(jì)量專用芯片對(duì)電能進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量，利用單片機(jī)較強(qiáng)的運(yùn)算功能，計(jì)算出被測(cè)電能表的誤差，以檢驗(yàn)電能表計(jì)量是否準(zhǔn)確。具體要求如下：(1)

20、.電量測(cè)量范圍：電壓220VAC，電流040A，單相；(2).檢驗(yàn)對(duì)象：?jiǎn)蜗嚯娔鼙恚?3).測(cè)量誤差：0.5%FS；(4).測(cè)量方式：不拆線不斷電；(5).方便野外使用，強(qiáng)陽光下可清晰顯示；(6). 220VAC供電。2.2 方案論證按照上述技術(shù)要求，系統(tǒng)應(yīng)由互感器、有功功率測(cè)量通道、光電采樣器、單片機(jī)、顯示器和鍵盤幾部分組成。系統(tǒng)組成圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)組成圖利用互感器將供電電路的電壓、電流轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過有功功率測(cè)量通道對(duì)電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并計(jì)算出電能，通過光電采樣器對(duì)被測(cè)電能表進(jìn)行采樣，從而計(jì)算出被測(cè)電能表的相對(duì)誤差。(1) 互感器方案一：在供電電路中接入固定式的電壓

21、互感器和電流互感器。固定式互感器中磁路是封閉的，因而具有較好的線形和較小的相移，可以得到較高的精度。但需要停電接線，不便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。方案二：電壓互感器采用固定式，接線端使用線夾，電流互感器采用鉗形互感器，現(xiàn)場(chǎng)不用接線。固定式互感器的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，采用線夾后可直接加在供電線路的母線上，避免了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要停電接線的麻煩。但鉗形電流互感器的接觸面存在空氣間隙，使互感器磁路的磁阻顯著增大，且隨工況不同呈現(xiàn)非線形，使互感器的線形變差，且相移較大，給功率因數(shù)的測(cè)量帶來影響。根據(jù)上述分析，結(jié)合低壓電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的特點(diǎn)，確定采用方案二。因要測(cè)量電壓和電流，故需要一只電壓互感器和一只電流互感器。(2)

22、有功功率測(cè)量通道方案一：采用有功功率專用測(cè)量集成電路。專用電能計(jì)量芯片，直接測(cè)量出有功功率。測(cè)量方便，軟件開銷小，硬件電路簡(jiǎn)單，對(duì)測(cè)量結(jié)果采用分段線性化處理，提高測(cè)量精度。方案二：采用真有效值轉(zhuǎn)換電路，分別測(cè)量出電壓、電流和功率因數(shù)，利用微處理器計(jì)算出功率。便于對(duì)鉗形互感器帶來的相移進(jìn)行修正或補(bǔ)償，但電路較為繁瑣，軟件開銷量較大。根據(jù)上述分析，確定采用方案一，有功功率測(cè)量通道由既是專用電能計(jì)量芯片。(3) 顯示器方案一：采用LED顯示器，即數(shù)碼管顯示。傳統(tǒng)的數(shù)碼管具有：低功耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度要求比較高，稱量快

23、，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。方案二：使用液晶顯示屏顯示各種信息。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。LCD符合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，利用其自帶的字符庫(kù)，進(jìn)行編程還可以實(shí)現(xiàn)各信息的顯示，即節(jié)省資源又省去了大量編程任務(wù)，且在強(qiáng)光照射下的戶外進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，LCD可清晰地顯示數(shù)值。根據(jù)上述分析，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用方案二。2.3 總體方案根據(jù)上述方案論證，系統(tǒng)總體方案方框圖如圖2.2所示。圖2.2 總體方案方框圖被測(cè)電能表通過光電采樣器進(jìn)行檢測(cè)。光電

24、采樣器是由光發(fā)射管、光敏接受管及整形電路組成。低壓電能表的轉(zhuǎn)盤均有一小部分為涂黑的區(qū)域，這部分區(qū)域?qū)獾姆瓷淠芰^弱，而未被涂黑的區(qū)域則對(duì)光的反射能力很強(qiáng)。當(dāng)光發(fā)射管發(fā)射的光經(jīng)聚焦后照射到轉(zhuǎn)盤上，在未被涂黑的區(qū)域，反射到光敏接受管，經(jīng)整形后輸出低電平；在涂黑的區(qū)域沒有反射光，光電采樣器輸出高電平。這樣電能表的轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)就輸出一個(gè)正脈沖，從第一個(gè)脈沖開始到第N+1個(gè)脈沖止，電能表的轉(zhuǎn)盤共轉(zhuǎn)過了N轉(zhuǎn)，已知電能表的轉(zhuǎn)盤數(shù)B及配用電流互感器的互感比H，則電能表在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過N轉(zhuǎn)后所計(jì)量的電能如公式（2-1）所示。W1 = N H/B （2-1）實(shí)時(shí)檢測(cè)部分的主要作用是利用圖2.2中設(shè)計(jì)的單元電路對(duì)電參數(shù)

25、進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而得到實(shí)際的有功功率。其過程如下：首先對(duì)電壓和電流進(jìn)行測(cè)量，然后把測(cè)量值送入CS5460芯片，每次采樣后，利用單片機(jī)較強(qiáng)的運(yùn)算功能，計(jì)算出本次采樣周期內(nèi)消耗的電能W2i，則被測(cè)電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過N轉(zhuǎn)后的實(shí)際電流，如公式（2-2）。W2 = W2i （2-2）顯示部分主要用于顯示電能表的相對(duì)誤差，從誤差的精度判斷電能表是否正常工作。顯示部分的選擇有一定的要求，要考慮其顯示的位數(shù)是否滿足要求，是否便于攜帶，在強(qiáng)光照射下是否可以清楚讀數(shù)。鍵盤部分具有手動(dòng)測(cè)量功能和自動(dòng)測(cè)量功能。手動(dòng)測(cè)量在被測(cè)表的轉(zhuǎn)盤不光潔或涂黑區(qū)域脫漆時(shí)使用。當(dāng)手動(dòng)鍵按下時(shí)，清零定時(shí)器T1及ti計(jì)時(shí)單元，開始W2的累加

26、，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過N轉(zhuǎn)時(shí)再次按下該鍵，則通過單片機(jī)計(jì)算出的r值送到LCD顯示。自動(dòng)測(cè)量鍵在任何時(shí)刻按下后，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖到來時(shí)，清除定時(shí)器T1及ti計(jì)時(shí)單元，開始W2的累加，當(dāng)?shù)贜+1個(gè)脈沖到來時(shí)，計(jì)算r值并顯示。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)的選擇及外圍電路設(shè)計(jì)(1) 單片機(jī)的選擇PIC系列單片機(jī)是Microchip公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)，集成了CCP捕捉，PWM脈寬調(diào)制等功能，但是它單價(jià)較貴，又是精簡(jiǎn)指令集，給編程帶來不便。ATEML公司的AT89C51單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)大，變成靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)

27、用廣泛?；谝陨戏治霰驹O(shè)計(jì)系統(tǒng)采用ATEML公司的AT89C51實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。1）AT89C51的簡(jiǎn)介AT89C51是低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的制度程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。2）主要性能參數(shù)：. 與MCS-51系列產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容. 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器. 1000次擦寫周期. 全靜態(tài)操作：0Hz-24Hz. 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器.

28、128 X 8字節(jié)內(nèi)部RAM. 32個(gè)可編程I/O口線. 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器. 6個(gè)中斷源. 可編程串行UART通道. 低功耗空閑和掉電模式3）功能特性概述：AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4 K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32根I/O口線，兩三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。(2) 單片機(jī)外圍電

29、路設(shè)計(jì)AT89C51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘，外部還需要附加電路。本設(shè)計(jì)選擇AT89C51的內(nèi)部時(shí)鐘方式。其內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就夠了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，見圖3-1-1。外接晶振時(shí)，C1和C2值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷諧振器時(shí)C1和C2約為47pF。C1、C2對(duì)頻率有微調(diào)作用，晶體或陶瓷諧振器的頻率范圍可在0MHz24MHz/33MHz之間選擇。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)靠近。復(fù)位是單

30、片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，它的作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部分都處在一個(gè)相同的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外部分，外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)通過復(fù)位引腳RST進(jìn)入片內(nèi)斯密特觸發(fā)器在與片內(nèi)復(fù)位電路相連。單片機(jī)的外部復(fù)位電路由上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。上電復(fù)位利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)；在按鍵手動(dòng)復(fù)位中本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位。(3)AT89C51硬件電路設(shè)計(jì)的電路圖如圖3.1所示。圖3.1 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)圖3.2 光電采樣器的選擇及接口電路3.2.1 光電采樣器的選擇光電采樣技術(shù)在我國(guó)電度表校驗(yàn)上應(yīng)用大約有近三十年的歷史，在這段時(shí)間里隨著

31、計(jì)量表計(jì)的精度及計(jì)量裝置自動(dòng)化程度的提高，光電采樣器也有了較大的改進(jìn)。光電采樣器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，它通常是由光源、光通道、光電轉(zhuǎn)換器件和測(cè)量電路四部分組成。如圖3.2所示。 圖3.2 光電式傳感器的組成基于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的精度要求，一般地光電采樣器無法解決因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間較長(zhǎng)、在電度表盤形成的銹斑或表面毛刺，引起的誤脈沖的問題，給校表工作帶來了極大的不便。由于以上原因,對(duì)于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)，GST-4光電采樣器非常適合本設(shè)計(jì)要求。GST一4型光電采樣器采用雙光點(diǎn)平行式安裝，判斷電路的新型采樣方式，克服了以往的采樣缺陷。(1) GST一4型光電采樣器的原理GST一4的光學(xué)結(jié)構(gòu)不同于普通光電采樣器，它采用的

32、是兩個(gè)發(fā)射光，兩個(gè)接收光點(diǎn)及一個(gè)亮度較弱的參照光點(diǎn)對(duì)光，這樣就大大減少對(duì)光中的盲目性，只需把三個(gè)光點(diǎn)調(diào)成一條直線，對(duì)光即告完成。GST一4型的光電系統(tǒng)見圖，它是由兩個(gè)發(fā)光器件F1 、F2和兩只光敏接收元件Sl、S2，以及一只對(duì)光管G組成。如圖3.3所示。圖3.3 光電系統(tǒng) 從圖中可以看到F1、F2之間的距離為d，這樣就能保證射出的光點(diǎn)在鋁盤上有一個(gè)距離為dl且dld。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)把d設(shè)計(jì)為5mm，這樣對(duì)鋁盤5mm內(nèi)的光斑均不會(huì)產(chǎn)生脈沖。在圖3.3中Sl、S2為接收管，G為對(duì)光點(diǎn)，在對(duì)接過程中，只需調(diào)動(dòng)手輪，使三個(gè)光點(diǎn)在鋁盤上，成一直線，就告完成。這種從上面發(fā)射，下面接收的光路，打破了傳統(tǒng)光電采樣器

33、的在同一水平面上左發(fā)射，右接收的方式，保證了有兩條反射光路在Sl，S2上成像，使光電采樣器感光更簡(jiǎn)單。(2) GST一4光電采樣器的優(yōu)點(diǎn)GST一4型光電采樣器采用雙光點(diǎn)對(duì)光、發(fā)光、接受，平行式安裝采樣參照對(duì)光光點(diǎn)以及專用的反射光線成像系統(tǒng)和專用數(shù)字電路，它除無需調(diào)整之外，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 對(duì)光速度快：因采用專用光線反射成像系統(tǒng)和參照對(duì)光系統(tǒng)，只需將三個(gè)光點(diǎn)調(diào)成一條直線就完成了對(duì)光過程。2) 基本上排除所有干擾：產(chǎn)生干擾無非是鋁盤的銹斑和毛刺，本產(chǎn)品從光路和電路兩方面對(duì)抗干擾作了合理的設(shè)計(jì)，可抗除5mm的斑點(diǎn)和毛刺。3.2.2 光電采樣器設(shè)計(jì)電路(1) 光電采樣器的基本設(shè)計(jì)電路如圖3.4所示

34、。圖3.4 采樣器基本電路(2) 光電采樣器接口電路設(shè)計(jì)如圖3.5所示。圖3.5光電采樣器接口電路圖光電采樣器有三個(gè)引腳，一個(gè)為接+5V電壓的電源引腳，一個(gè)為接入單片機(jī)的輸入接口，另一個(gè)為接地的端子。3.3 電流互感器的選擇與連接3.3.1 電流互感器的選擇電流 互 感 器實(shí)際上就是一個(gè)“降流”變壓器。在測(cè)量中，一般規(guī)定它的二次繞組的額定電流為5A。其主要特點(diǎn)是:它 的 一 次 繞組的匝數(shù)比二次繞組少得多，并且串于一次電路中。有些電流互感器僅有鐵芯和二次繞組，測(cè)量時(shí)將被測(cè)電路的導(dǎo)線直接穿過鐵芯。這些電流互感器稱為穿心式互感器。一次繞組中的電流幾完全取決于一次電路中的負(fù)載電流，而與二次側(cè)無關(guān)。電

35、流互感器有固定式與鉗形供電互感器幾種。在供電電路中接入固定式的電流互感器，其優(yōu)點(diǎn)是固定式互感器中磁路是封閉的，因而具有較好的線形和較小的相移，可以得到較高的精度，但需要停電接線，不便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電流。采用鉗形互感器，現(xiàn)場(chǎng)不用停電接線，避免了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要停電接線的麻煩?？紤]到方便檢測(cè)這一問題，我們選擇鉗形電流互感器。本設(shè)計(jì)中，鉗形電流互感器采用哈爾濱三達(dá)德公司生產(chǎn)的MG8系列鉗形電流互感器Q8A型，外型如圖3.6所示。(1) 其主要參數(shù)如下：1) 一次電流: 10A；2) 二次電流: 10mA；3) 等級(jí): 0.1級(jí)；4) 負(fù)載: 4。(2) 測(cè)量方法及要求：測(cè)量前應(yīng)估計(jì)被測(cè)電流的大小，選擇適當(dāng)?shù)?/p>

36、量程，對(duì)被測(cè)電流大小不好預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)將量程開關(guān)置于最高檔，然后根據(jù)測(cè)量值的大小，變換到合適量程。適用于10A以下電纜的在線測(cè)量。Q8A型要求負(fù)載4(mA輸出)，在本設(shè)計(jì)中選用的負(fù)載為3。圖3.6 Q8A型電流互感器3.3.2 電流互感器的連接電流互感器的連接如圖3.7所示。圖3.7 電流互感器設(shè)計(jì)電路根據(jù)此型號(hào)電壓互感器的要求，接入負(fù)載為3的電阻來實(shí)現(xiàn)此要求。3.4 電壓互感器的選擇與連接3.4.1 電壓互感器的選擇電壓互感器的工作原理與變壓器相同，構(gòu)造和連接方式也相似。電壓互感器的主要特點(diǎn)是容量很小，最大不過數(shù)百伏安。它的另一特點(diǎn)是二次測(cè)所接的測(cè)量?jī)x表和繼電器電壓線圈阻抗很大，接近于空載狀態(tài)下

37、運(yùn)行。在本設(shè)計(jì)中電壓互感器采用固定式，接線端使用線夾。此種方法沒有改變電壓互感器本身固有的特性，接線端使用接線夾，也免去了拆線的麻煩，便于現(xiàn)場(chǎng)使用。本設(shè)計(jì)采用山東力創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的LCTV3JCF系列微型精密電壓互感器,其主要資料如下。(1) 其主要參數(shù) 1) 額定輸入電壓：220VAC；2) 額定輸出電壓：0.5VAC；3) 額定點(diǎn)角差：5；4) 過載倍數(shù)：1.2。5) 誤差線性度：0.1L(2) 電壓互感器的特點(diǎn)1) 體積小，精度高；印刷線路板直接焊接安裝，使用方便，外形美觀；2) 全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。(3)使用環(huán)境條件1) 環(huán)境溫度：-40+85；2

38、) 相對(duì)濕度：溫度為40時(shí)不大于90%。(4)工作頻率范圍：20Hz20KHz。(5)絕緣耐熱等級(jí)：B級(jí)（130）(6)安全特性 1) 絕緣電阻：常態(tài)時(shí)大于1000M；2) 抗電強(qiáng)度：可承受工頻2500V/1分鐘；3) 阻 燃 性：符合UL94-Vo級(jí)。(7) LCTV3JCF系列微型精密電壓互感器外型如圖3.8所示。圖3.8 LCTV3JCF系列微型精密電壓互感器3.4.2 電壓互感器的連接電壓互感器的連接如圖3.9所示圖3.9 電壓互感設(shè)計(jì)電路3.5 電能計(jì)量芯片CS5460是CRYSTAL公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率/電能計(jì)量集成電路芯片。芯片被初始化后開始工作，電流和電壓通

39、道的采樣信號(hào)被片內(nèi)可調(diào)增益放大器放大，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換器（16位分辨率、2kHz信號(hào)帶寬）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過高通濾波器消除直流成分后送到能量計(jì)算引擎中，算出功率和能量值并存入CS5460的內(nèi)部寄存器中，然后通知CPU將功率和能量值取走，同時(shí)芯片也直接輸出可編程的頻率脈沖來表示能量。3.5.1 CS5460芯片有如下功能特點(diǎn)(1) 在-40+85溫度范圍內(nèi)的計(jì)量準(zhǔn)確度為0.1，支持0.2級(jí)電表設(shè)計(jì)，可大幅度降低電表的例行檢查和校準(zhǔn)的要求。(2) 具有電流、電壓兩個(gè)輸入通道,可測(cè)量正、負(fù)輸人信號(hào)。電流通道包括一個(gè)可編程增益放大器, 可以直接測(cè)量電流經(jīng)采樣轉(zhuǎn)變成的30mV或150mV的輸人信號(hào)；電壓通

40、道帶有測(cè)量放大器, 可直接測(cè)量150mV的輸入信號(hào)。其電流與電壓通道間的相位誤差可內(nèi)部數(shù)字校準(zhǔn), 可以使用單5V、10電源供電。(3) CS5460的內(nèi)部電路可進(jìn)行大部分的計(jì)算工作，使其對(duì)外部微控制器功能的需求降到最低。(4) 具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器（Watch Dog Timer）與內(nèi)部電源監(jiān)視器；(5) 具有瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值測(cè)量及電能計(jì)量功能；(6) 提供了外部復(fù)位引腳；(7) 雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；(8) 外部時(shí)鐘最高頻率可達(dá)20MHz；(9) 具有功率方向輸出指示。這些增加的功能更加便于與微處理器（MPU）

41、接口，并能方便地實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率的測(cè)量和用電量累積等功能。 3.5.2 基本結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)(1) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)CS5460內(nèi)部集成了兩個(gè)-A/D轉(zhuǎn)換器、高、低通數(shù)字濾波器、能量計(jì)算單元、串行接口、數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器、寄存器陣列和看門狗定時(shí)器等模擬、數(shù)字信號(hào)處理單元。(2) 引腳排列及功能CS5460的引腳排列如圖3.10所示。圖3.10 CS5460芯片引腳排列圖XOUT（Pin 1）：晶體振蕩器輸出；CPUCLK（Pin 2）：CPU時(shí)鐘輸出；VD+（Pin 3）：數(shù)字電路電源正極；DGND（Pin 4）：數(shù)字地；SCLK（Pin 5）：串行時(shí)鐘輸入；SDO（Pin 6）：串行數(shù)據(jù)輸出；CS（

42、Pin 7）：片選；NC（Pin 8 、Pin 18）：空腳；VIN+（Pin 9）：差分電壓正輸入端；VIN-（Pin 10）：差分電壓負(fù)輸入端；VREFOUT（Pin 11）：參考電壓輸出；VREFIN（Pin 12）：參考電壓輸入；VA-（Pin 13）：模擬地；VA+（Pin 14）：模擬電源正極；IIN-（Pin 15）：差分電流負(fù)輸入端；IIN+（Pin 16）：差分電流正輸入端；PFMON（Pin 17）：電源掉電監(jiān)視輸出；RESET（Pin 19）：復(fù)位輸入；INT（Pin 20）：中斷輸出；EOUT（Pin 21）：電能脈沖輸出；EDIR（Pin 22）：功率方向指示輸出；S

43、DI（Pin 23）：串行數(shù)據(jù)輸入；XIN（Pin 24）：晶體振蕩器輸入。 (3) 主要技術(shù)指標(biāo)1) 差分電壓輸入范圍：150mV；2) 溫度系數(shù)：60ppm/3) 功率消耗：10mW；4) 電能計(jì)量精度：在300動(dòng)態(tài)范圍以上每秒讀取0.1;5) 電壓測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1;6) 電流測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1;7) 瞬時(shí)功率測(cè)量精度：讀數(shù)的0.1。 3.5.3 串行接口及其操作(1) 串行接口CS5460的串行口包括4條控制線：CS、SDI、SDO、SCLK，如果片選CS直接與邏輯0相連接，則只需要3條線就可以完成串行口的操作，通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，如果將串行數(shù)據(jù)輸入SDI和串行數(shù)據(jù)輸出SDO連在一

44、起，同樣可以進(jìn)行串行通讀，而且僅需要兩條接口線，這對(duì)于使用AT89C1051和AT89C2051的系統(tǒng)是極為有利的。一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸總是從向串行接口的SDI發(fā)送8位命令開始的，當(dāng)命令中包括一個(gè)寫入振作時(shí)，在其后的24個(gè)SCLK周期內(nèi)，串口將持續(xù)從SDI引腳讀入串行數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)出一個(gè)讀取命令時(shí)，串口將根據(jù)發(fā)出的命令，在其后的 8、16、24個(gè)SCLK周期從SDO引腳上串行輸出寄存器內(nèi)容。(2) 內(nèi)部寄存器分配CS5460內(nèi)部集成了包括偏置寄存器、增益寄存器、脈沖速率寄存器和參數(shù)寄存器等16個(gè)寄存器，還集成了串行口發(fā)送寄存器、串行口接收寄存器和一個(gè)命令解釋狀態(tài)機(jī)，這些寄存器用來完成對(duì) CS5460的設(shè)

45、置、采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和串行輸入輸出的控制。在系統(tǒng)初始化或復(fù)位后，CS5460內(nèi)部寄存器初始化為以下狀態(tài)。1) 配置寄存器：0X0000012) 偏置寄存器：0X0000003) 增益寄存器：0X4000004) 脈沖速率寄存器：0X0FA0005) 周期計(jì)數(shù)寄存器：0X000FA06) 時(shí)基寄存器：0X8000007) 狀態(tài)寄存器：0X0000018) 屏蔽寄存器：0X0000009) 有符號(hào)寄存器：0X00000010) 無符號(hào)寄存器：0X000000 (3) 命令解釋及操作對(duì)CS5460的操作是通過向其傳輸命令字來實(shí)現(xiàn)的， CS5460提供了寄存器的讀/寫和校準(zhǔn)控制等在內(nèi)的7個(gè)操作命令，所有

46、的命令長(zhǎng)度均為1個(gè)字節(jié)（8位）。命令狀態(tài)機(jī)在SCLK 的上升沿解釋8位命令字，它將命令字解釋為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為數(shù)據(jù)的傳輸作好準(zhǔn)備。寄存器讀/寫命令：這個(gè)命令通知狀態(tài)機(jī)需要對(duì)寄存器進(jìn)行訪問，在8個(gè)SCLK時(shí)鐘周期內(nèi)，地址寄存器的讀取被加載到輸出緩沖區(qū)，在第24個(gè)SCLK時(shí)，寫人數(shù)據(jù)被傳輸?shù)捷斎刖彌_區(qū)。其中：W/R：寫入/讀取控0=讀取寄存器1=寫入寄存器RA0RA4：寄存器地址位 (4) CS5460與AT89C51的連接電路CS5460與AT89C51的連接電路如圖3.11所示。圖3.11 CS5460與AT89C51的連接電路3.6 顯示接口電路設(shè)計(jì)3.6.1 顯示器的選擇智能儀常用的顯示

47、器有發(fā)光二極管顯示器LED、液晶顯示器LCD等。傳統(tǒng)的數(shù)碼管具有：低功耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)期精度要求比較高，稱量快，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。但是，本系統(tǒng)要求的精確度高，且要顯示出正負(fù)數(shù)值，故要使用大量的數(shù)碼管；使用液晶顯示屏顯示各種信息，液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。LCD符合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，利用其自帶的字符庫(kù)，進(jìn)行編程還可以實(shí)現(xiàn)各信息的顯示，

48、即節(jié)省資源又省去了大量編程任務(wù)，且在強(qiáng)光照射下的戶外進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，用LED看不清楚讀數(shù)，而LCD則克服了此缺點(diǎn)。LCD一般分為3類，即段碼型液晶模塊、點(diǎn)陣字符液晶模塊、點(diǎn)陣圖形液晶模塊。在微控制器試驗(yàn)系統(tǒng)中，使用的是點(diǎn)陣字符液晶模塊LCD1602。LCD1602液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。LCD的控制方法如表3.1所示表3.1 LCD1602的控制表RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀標(biāo)志和AC碼10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)主要管腳介紹：V0：液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)

49、對(duì)比度最高。RS：寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時(shí)選擇指令寄存器。R/W：讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E：使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。3.6.2 顯示器接口電路設(shè)計(jì)LCD1602在設(shè)計(jì)時(shí)采用+5v的驅(qū)動(dòng)電源電壓，其輸入、輸出的數(shù)字信號(hào)受單片機(jī)的P37口的控制，根據(jù)所需要求選擇信號(hào)流向。通過顯示器，將該設(shè)計(jì)所求的精度結(jié)果顯示出來，這樣舉可以判斷低壓電能表是否正常工作。LCD1602顯示接口電路設(shè)計(jì)如圖3.12所示。圖3.12 LCD16

50、02顯示接口電路3.7 鍵盤接口電路設(shè)計(jì)3.7.1 鍵盤的數(shù)目及功能確定在微控制器應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都要有人機(jī)對(duì)話功能。它包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)的干預(yù)、數(shù)據(jù)的輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。對(duì)于需要人工干預(yù)的微控制器系統(tǒng)，鍵盤就成為人機(jī)聯(lián)系的必要手段，此時(shí)需要配置適當(dāng)?shù)逆I盤輸入設(shè)備。鍵盤電路的設(shè)計(jì)應(yīng)使CPU不僅能識(shí)別是否有鍵按下，還要能識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下，而且能把此鍵所代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)所能接受的形式，計(jì)算機(jī)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與按鍵對(duì)應(yīng)的編碼。在微控制器試驗(yàn)系統(tǒng)中，鍵盤接口分為兩種接口方式，即獨(dú)立式和矩陣式按鍵。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)相對(duì)來說較

51、為復(fù)雜，按鍵要求較多，方便起見，選擇4*4的矩陣式鍵盤，該鍵盤一部分為數(shù)字按鍵，另一部分為功能按鍵。為了識(shí)別鍵盤上的閉合鍵，常用的鍵碼識(shí)別方法有行掃描法、行反轉(zhuǎn)法及行列掃描法等。本設(shè)計(jì)對(duì)鍵盤沒做太多要求，所以，采用行掃描方法。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，行掃描法識(shí)別按鍵的基本原理是：先將所有的行線置0，讀列線的值，若此時(shí)列線上的值全為1，說明無鍵按下。若有某位為0，則說明對(duì)應(yīng)這一列上有鍵按下，這時(shí)改變行掃描碼，使行線逐行為0，依次掃描。當(dāng)讀到某一列線的值為0時(shí)，就可根據(jù)此時(shí)的行掃描碼和列線的值唯一地確定按鍵的位置，同時(shí)也就確定了該鍵的掃描碼。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)就用

52、到了行掃描法。3.7.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖3.13所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵。并且列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。圖3.13 矩陣式鍵盤此矩陣式鍵盤根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置了功能鍵與數(shù)字鍵。功能鍵主要是

53、啟動(dòng)鍵、手動(dòng)按鍵、自動(dòng)按鍵。啟動(dòng)按鍵要單片機(jī)處于待命狀態(tài)；手動(dòng)按鍵要人自己控制時(shí)間，計(jì)算出誤差值；自動(dòng)按鍵在設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成誤差計(jì)算。數(shù)字鍵用于所測(cè)電能表型號(hào)選擇。各按鍵所代表的具體功能如下：S1S10：數(shù)字鍵；S11：?jiǎn)?dòng)測(cè)量鍵；S12：停止測(cè)量鍵；S13：電能表盤轉(zhuǎn)數(shù)輸入；S14：確認(rèn)鍵；S15：參數(shù)查看見；S16：測(cè)量轉(zhuǎn)數(shù)輸入。3.8 電源電路設(shè)計(jì)我們本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的直流電源是正5V直流電源，供MCU及其外圍電路、電能計(jì)量芯片、光電采樣器、顯示器、鍵盤接口電路使用。如圖3.14所示電路為輸出電壓+5V的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1D4，濾波電容C1、C3，防止自激電容

54、C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡(jiǎn)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D1D4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(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)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(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，是目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最

55、為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 圖3.14電源電路圖4 軟件設(shè)計(jì)軟件是系統(tǒng)的靈魂，軟件的靈活性和強(qiáng)大性將在系統(tǒng)中明顯的體現(xiàn)出來，是判斷系統(tǒng)的優(yōu)良與否的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。設(shè)計(jì)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)按照不同的功能予以劃分，然后按一定的用途分別編寫、調(diào)試，最終將所有模塊調(diào)試成功后，將其各個(gè)模塊拼接構(gòu)成為單項(xiàng)電表檢測(cè)儀系統(tǒng)的軟件部分。模塊化編程方式有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)。4.1 主程序設(shè)計(jì)主程序的主要功能如下：(1) 對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；(2) 顯示器初始化；(3) 電能計(jì)量芯片初始化；(4) 內(nèi)存單元附初值；(5) 進(jìn)行鍵盤掃描，檢測(cè)各功能鍵的閉合情況，并執(zhí)行相應(yīng)的子

56、程序。主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖4.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)中斷是通過硬件來改變CPU程序運(yùn)行的方向。程序在執(zhí)行過程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為中斷。中斷之后所執(zhí)行的處理程序，稱為中斷服務(wù)程序。本設(shè)計(jì)主要是鍵盤中斷。流程圖如圖4.2所示。圖4.2中斷服務(wù)程序流程圖4.3 測(cè)量誤差程序設(shè)計(jì)測(cè)量誤差流程圖如圖4.3所示。圖4.3 測(cè)量誤差流程圖測(cè)量誤差過程主要是判斷電能表的相對(duì)誤差是否在要求范圍內(nèi)，從而判斷其是否正常工作。結(jié)論 經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在作畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我真正的了解到了自己掌握所學(xué)知識(shí)的情況，通過這段時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，我的理論知識(shí)

57、得到了很大的改進(jìn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容涵蓋了電子、控制、軟件等幾方面的知識(shí)，。這期間，我完成了的基本硬件設(shè)計(jì)及軟件程序設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)?；谙到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要內(nèi)容有：(1) 對(duì)低壓?jiǎn)蜗嚯娔鼙磉M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣，使用了光電采樣器、電壓互感器和電流互感器，把采樣值輸入電能計(jì)量芯片，然后由單片機(jī)計(jì)算分析被測(cè)電表是否準(zhǔn)確，若電表計(jì)量不準(zhǔn)確計(jì)算其相對(duì)誤差；(2) 對(duì)用電線路進(jìn)行檢測(cè)，主要是電壓互感器和電流互感器對(duì)其實(shí)施檢測(cè)；(3) 通過LCD顯示判斷結(jié)果和相對(duì)誤差，判斷其精度是否達(dá)到要求，即電能表是否正常工作；(4) 在本設(shè)計(jì)中大量使用了單片機(jī)的知識(shí)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感到收獲很大，在設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多

58、在沒有遇到過的問題，在老師與同學(xué)的幫助下，都得到了妥善解決。致謝在本課題的整個(gè)研究過程中，我始終得到了指導(dǎo)老師和同學(xué)的關(guān)心和幫助，使得我可以不斷地克服困難，解決問題，順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，我要特別地感謝我的指導(dǎo)老師，他在課題的研究過程中給自始至終都得到了導(dǎo)師副教授熱情、耐心的指導(dǎo)和幫助。老師對(duì)本課題的研究設(shè)計(jì)給予極大的關(guān)注和支持；同時(shí)老師那治學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、廣博的知識(shí)面和豐富的研究經(jīng)驗(yàn)以及敬業(yè)的精神給我留下深刻的印象，使我受益菲淺，在老師的指導(dǎo)下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。他總是在關(guān)鍵時(shí)刻啟發(fā)和開拓我的思路，保證了課題研究的順利進(jìn)行。在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，老師從許多方面給予了我無微不至的關(guān)心和

59、幫助，使我的自我學(xué)習(xí)能力有了很大的提高，為以后的工作和學(xué)習(xí)打好了基礎(chǔ)，在此表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)1 張迎新單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20042 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分（第四版）M北京：高等教育出版社，20003 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第四版）M北京：高等教育出版社，20004 HYPERLINK javascript:WriterSearch(陳卓婭); 陳卓婭， HYPERLINK javascript:WriterSearch(秦楠); 秦楠 等電能計(jì)量裝置遠(yuǎn)程在線檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J電測(cè)與儀表，2008(6)：27305 HYPERLINK javascript:WriterSearch(任致程); 任致程單相電能表檢測(cè)儀J農(nóng)村電工，2005(4)：4