家用電量計(jì)量儀設(shè)計(jì)

PAGEV遼寧工業(yè)大學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：家用電量計(jì)量儀設(shè)計(jì)院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：（簽字）起止時(shí)間：2012.07.24-2012.07.06本科生課程設(shè)計(jì)（論文）

課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(jì)（論文）題目家用電量計(jì)費(fèi)裝置設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)該計(jì)量儀實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶用電量，即實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶電流電壓，計(jì)算出用戶用電量，并實(shí)時(shí)顯示。設(shè)計(jì)任務(wù)：1．CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2．電流電壓互感器、AD轉(zhuǎn)換器的選擇以及接口電路設(shè)計(jì)3．顯示電路設(shè)計(jì)以及電流電壓有效值計(jì)算方法確定4．程序流程圖設(shè)計(jì)以及具體程序編寫技術(shù)參數(shù)：1．進(jìn)線電壓220V2．裝置工作電源為220V3．電流電壓測量精度？設(shè)計(jì)要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機(jī)/AD轉(zhuǎn)換器、顯示方式等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進(jìn)度計(jì)劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計(jì)方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）第5天電流電壓互感器、AD轉(zhuǎn)換器的選擇以及接口電路設(shè)計(jì)第6天 顯示電路及電源電路設(shè)計(jì)第7天 電流電壓有效值計(jì)算方法確定以及程序流程圖設(shè)計(jì)第8天 軟件編寫與調(diào)試第9天設(shè)計(jì)說明書完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)：論文質(zhì)量：答辯：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算

摘要在電能計(jì)量領(lǐng)域由電子式儀表來取代機(jī)械儀表，抄表方式由自動(dòng)抄表方式取代人工抄表。隨著單片機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，以單片機(jī)為主控芯片的電量計(jì)量儀的生產(chǎn)已成規(guī)模。但是價(jià)格低廉、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的電量計(jì)量儀還有待開發(fā)。本課題主要包括前端處理網(wǎng)絡(luò)、繼電器斷電控制電路、電參量測量模塊、單片機(jī)鍵盤及顯示電路等模塊，可以實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)的電壓有效值、電流有效值、有功功率、電能、功率因數(shù)和頻率等的測量，同時(shí)完成各電參量的LCD實(shí)時(shí)顯示，大電流檢測報(bào)警及電能不足報(bào)警。89C51單片機(jī)主要用于控制LCD顯示各電參量，由鍵盤輸入設(shè)定值，以及繼電器的通斷。關(guān)鍵詞：計(jì)量儀；電參數(shù)；89C51單片機(jī)；有效值目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1電量計(jì)量儀概況 11.2本文研究內(nèi)容 2第2章CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 32.2CPU的選擇 32.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 42.4復(fù)位電路設(shè)計(jì) 52.5時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 62.6CPU最小系統(tǒng)圖 7第3章電量計(jì)量儀輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) 73.1電流電壓互感器的作用 73.2電量計(jì)量儀檢測接口電路設(shè)計(jì) 83.3人機(jī)對話接口電路設(shè)計(jì) 10第4章電量計(jì)量儀軟件設(shè)計(jì) 134.1軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 134.2流程圖設(shè)計(jì) 134.3電流電壓有效值算法 144.4程序清單 15第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 195.1系統(tǒng)原理圖 195.2硬件仿真圖 205.3軟件調(diào)試結(jié)果 21第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 22參考文獻(xiàn) 23PAGE23緒論電量計(jì)量儀概況作為測量電能的專用儀表——電量計(jì)量儀，已有一百多年的歷史。在這期間，隨著電力系統(tǒng)及所有以電能為動(dòng)力的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電能表的結(jié)構(gòu)和性能經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。大體上可以分為以下兩個(gè)階段。

1.感應(yīng)式電量計(jì)量儀

感應(yīng)式電量計(jì)量儀是利用處在交變磁場的金屬圓盤中的感應(yīng)電流與有關(guān)磁場形成力的原理制成的。它具有制造簡單、可靠性高和價(jià)格便宜等特點(diǎn)。經(jīng)過近一百年的不斷改進(jìn)與完善，感應(yīng)式電量計(jì)量儀的制作技術(shù)己經(jīng)成熟，通過雙重絕緣、加強(qiáng)絕緣和采用高質(zhì)量雙寶石軸承甚至磁懸浮軸承等技術(shù)手段，其結(jié)構(gòu)和磁路的穩(wěn)定性得以提高，電磁振動(dòng)被削弱，使用壽命大大延長，且過載能力明顯增強(qiáng)。但是由于其原理與結(jié)構(gòu)等因素的制約，要進(jìn)一步提高計(jì)量精度和擴(kuò)展功能是有限度的。另一方面，隨著用電量的增長和能源供需矛盾的加劇，應(yīng)該加強(qiáng)電量負(fù)荷監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃用電和合理配電，提高電網(wǎng)負(fù)荷率。功能單一的感應(yīng)式電量計(jì)量儀及其相關(guān)機(jī)械裝置己不再適應(yīng)現(xiàn)代電能管理的要求。雖然如此但感應(yīng)式電量計(jì)量儀因?yàn)榧夹g(shù)成熟，價(jià)格便宜，至今仍被大量使用。

2.電子式電量計(jì)量儀

電子式電量計(jì)量儀是國外在20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種產(chǎn)品，它是應(yīng)用現(xiàn)代電能測量技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及通信技術(shù)構(gòu)成的一類全新系列的電量計(jì)量儀。它與感應(yīng)式電量計(jì)量儀相比，除了具有測量精度高、性能穩(wěn)定、功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)外，還易于實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)量，可現(xiàn)場校驗(yàn)和檢索多種計(jì)量數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)采集和處理以及集中監(jiān)控。

電子式電量計(jì)量儀一般由電能測量機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)兩部分組成。根據(jù)電能測量機(jī)構(gòu)的不同，電子式電量計(jì)量儀分為機(jī)電脈沖式和全電子式兩類。其中機(jī)電脈沖式電能表出現(xiàn)較早，仍然沿用了感應(yīng)式電量計(jì)量儀的測量機(jī)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)由電子電路和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因而它只是一種電子線路與機(jī)電轉(zhuǎn)換單元相結(jié)合的半電子式電量計(jì)量儀，而且由于感應(yīng)式測量機(jī)構(gòu)的制約，機(jī)電脈沖式電量計(jì)量儀難以降低功耗、提高測量精度;而全電子式電能表沒有使用感應(yīng)式測量機(jī)構(gòu)，而采用乘法器來完成對電功率的測量，不但提高了測量精度、降低了功耗、還增加了過載能力。由于電子式電量計(jì)量儀具有良好的擴(kuò)展性，目前己由常規(guī)的全電子式電量計(jì)量儀發(fā)展出了多功能電量計(jì)量儀、多費(fèi)率電量計(jì)量儀、預(yù)付費(fèi)電量計(jì)量儀、載波電量計(jì)量儀、多用戶電量計(jì)量儀等系列產(chǎn)品。本文研究內(nèi)容本文主要研究家用電量計(jì)量儀及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電能各參數(shù)的測量是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，包括電壓、電流、功率、電能等參數(shù)。本文設(shè)計(jì)了一種以89C51單片機(jī)為控制核心的電參數(shù)測量儀，通過對智能電量測量芯片CS5463的讀寫，達(dá)到對電量的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行測量和實(shí)時(shí)顯示的目的。家用的配電自動(dòng)化涉及的問題很多，在各個(gè)住宅里投資建設(shè)自動(dòng)化的配電系統(tǒng)是否值得，還有待探討，其可行性在此不再探討。本課題認(rèn)為建設(shè)住宅電量計(jì)量自動(dòng)化體系是非常有必要的，也是可以實(shí)現(xiàn)的。目前遠(yuǎn)傳抄表技術(shù)正在推廣之中，有些單位使用它實(shí)現(xiàn)了集中居住宿舍的電量計(jì)量自動(dòng)化管理措施，比如像高校的學(xué)生宿舍和小區(qū)家屬宿舍。但由于小區(qū)布局的復(fù)雜性，對于非宿舍樓寓，多數(shù)單位采取的是局部樓寓用戶的集中計(jì)量，并沒有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)管理，仍然保留著數(shù)量較大的計(jì)量抄計(jì)人員和很多的手工計(jì)算流程，因此存在完善整體計(jì)量的必要性。

CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案輸入網(wǎng)絡(luò)輸入網(wǎng)絡(luò)電能計(jì)量芯片CS546389C51單片機(jī)繼電器開關(guān)LCD液晶顯示時(shí)鐘電路鍵盤輸入圖2.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖CPU的選擇CPU卡芯片內(nèi)部包含微處理器(CPU)、存儲(chǔ)單元(RAM,ROM和EEPROM)和輸入/輸出接口單元。其中，RAM用于存放運(yùn)算過程中的中間數(shù)據(jù)，ROM中固化片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(CardOperatingSystem)，而EEPROM用于存放持卡人的個(gè)人信息以及發(fā)行單位的有關(guān)信息。本系統(tǒng)采用89C51CPU，其引腳如下圖所示：圖2.2.1單片機(jī)AT89C51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展89C51片內(nèi)有128B的RAM存儲(chǔ)器，在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用89C51單片機(jī)所具有的拓展功能，拓展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。89C51單片機(jī)最大可拓展64KBRAM。圖2.3.1拓展外部RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間地址由P2口提供高8位地址，P0口分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀和寫由RD和WR信號(hào)控制。其拓展外部RAM的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3.1所示：復(fù)位電路設(shè)計(jì)在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。

無論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。復(fù)位電路原理圖如下：圖2.4.1單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。1、手動(dòng)按鈕復(fù)位

手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。2、上電復(fù)位

AT89C51的上電復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1uF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)序電路，它是由最基本的邏輯門電路加上反饋邏輯回路（輸出到輸入）或器件組合而成的電路，與組合電路最本質(zhì)的區(qū)別在于時(shí)序電路具有記憶功能。時(shí)序電路的特點(diǎn)是：輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入值，而且還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。它類似于含儲(chǔ)能元件的電感或電容的電路，如觸發(fā)器、鎖存器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、儲(chǔ)存器等電路都是時(shí)序電路的典型器件。時(shí)鐘電路原理圖如下圖所示：時(shí)鐘電路的晶振頻率為12MHz。圖2.5.1時(shí)鐘電路原理圖CPU最小系統(tǒng)圖單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對于89C51來說，最小系統(tǒng)包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。其原理圖如下圖所示：圖2.6.1電量計(jì)量儀輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)電流電壓互感器的作用一、電壓互感器和電流互感器的作用：1、將一次系統(tǒng)的電壓、電流信息準(zhǔn)確的傳遞到二次側(cè)相關(guān)設(shè)備；2、將一次系統(tǒng)的高電壓、大電流變換為二次側(cè)的低電壓（標(biāo)準(zhǔn)值100V、100/根號(hào)3V）、小電流（標(biāo)準(zhǔn)值5A、1A），使測量、計(jì)量儀表和繼電器等裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，并降低了對二次設(shè)備的絕緣要求；3、將二次測設(shè)備以及二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)高壓設(shè)備在電氣方面很好地隔離，從而保證了二次設(shè)備和人身的安全。二、電壓互感器和電流互感器的原理：電流互感器的工作原理相當(dāng)于2次側(cè)短路的變壓器，用來變流，在二次側(cè)接入電流表測量電流(可以串聯(lián)多個(gè)電流表)。電流互感器的二次側(cè)不能開路。電壓互感器的工作原理相當(dāng)于2次側(cè)開路的變壓器，用來變壓，在二次側(cè)接入電壓表測量電壓(可以并聯(lián)多個(gè)電壓表)。電壓互感器的二次側(cè)不能短路。電量計(jì)量儀檢測接口電路設(shè)計(jì)一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器：即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對于參考信號(hào)的大小。本課題采用MAX197轉(zhuǎn)換器，它是美國美信公司生產(chǎn)的多量程、12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ADC），芯片工作電壓僅為5V；即可接收高于電源電壓的模擬信號(hào)，又可接收低于地電位的模擬信號(hào)；芯片有8個(gè)獨(dú)立的模擬輸入通道；對輸入的模擬信號(hào)提供了4個(gè)可編程輸入量程：10V,5V,0～+5V,0～+10V,4個(gè)量程將有效的動(dòng)態(tài)輸入范圍到了14位。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有5MHz的帶寬，100kSPS的吞吐率，由軟件控制選擇內(nèi)/外部時(shí)鐘，由軟件控制內(nèi)/外部啟動(dòng)采集，8+4并行數(shù)據(jù)接口，內(nèi)部4.096V或外供參考電壓。二、MAX197特性1、特性（1）、12位分辨率，1/2LSB線性度。（2）、單5V供電（3）、軟件可編程選擇輸入量程：10V，5V，0～+5V,0～+10V。（4）、輸入多路選擇器保護(hù)：16.5V。（5）、8路模擬輸入通道。（6）、6uS轉(zhuǎn)換時(shí)間，100kSPS采樣速率。（7）、內(nèi)/外部采集控制。（8）、內(nèi)部4.096V或外部參考電壓。（9）、倆種掉電模式。(10)、內(nèi)部或外部時(shí)鐘。2、引腳圖：圖3.2.1MAX197引腳圖三、模擬量檢測接口電路圖圖3.2.2MAX197與CPU接口電路MAX197為微處理器提供了非常簡單的接口，轉(zhuǎn)換從寫入控制字開始?？刂谱种械腄5位決定采集控制模式：置0時(shí)，為內(nèi)部采集控制模式；置1時(shí)，為外部采集控制模式?？刂谱种械腄7、D6位控制芯片的時(shí)鐘模式。一旦選定了芯片的時(shí)鐘模式，再進(jìn)入待機(jī)或掉電模式時(shí)，時(shí)鐘模式不會(huì)改變。當(dāng)D7=0，D6=0時(shí)，芯片選擇外部時(shí)鐘模式，外供時(shí)鐘頻率應(yīng)介于100kHz至2.0MHz之間，時(shí)鐘占空比應(yīng)介于45%～55%之間。人機(jī)對話接口電路設(shè)計(jì)1、該部分主要是設(shè)計(jì)鍵盤和顯示器，其模塊圖如下圖所示：圖3.3.1顯示電路的模塊圖2、按鍵模塊最常用的鍵盤連接方式有了倆種：（1）、獨(dú)立式鍵盤模塊：這種鍵盤連接適用于按鍵數(shù)量比較少，單片機(jī)引腳比較富裕的情況，程序編寫比較容易，方便控制。（2）、4×4行列式鍵盤模塊：這種鍵盤連接適用于按鍵數(shù)量較多的連接，通過行列掃描來判斷是哪個(gè)鍵按下，但程序編寫比較復(fù)雜。由于本設(shè)計(jì)只需要按鍵來調(diào)時(shí)間，通過設(shè)計(jì)只需要3個(gè)按鍵來完成，所以本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤模塊。圖3.3.2獨(dú)立式鍵盤接法本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤接法，按個(gè)案件的一端分別接單片機(jī)的三個(gè)引腳，另一端接地，這樣就使得每當(dāng)按鍵按下就會(huì)使單片機(jī)的相應(yīng)引腳接到一個(gè)低電平。3、顯示模塊目前常見的電子式電量計(jì)量顯示器件有三種：液晶（LCD）、發(fā)光二極管(LED)、熒光管（FIP）。本次設(shè)計(jì)的顯示器采用的是LCD顯示器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）、顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不詳陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫面質(zhì)量高且不會(huì)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(jī)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(dá)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在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)上，因而耗電量比其他顯示器要少得多。如下圖所示：圖3.3.31602LCD原理圖1062LCD的基本參數(shù)及腳功能：1602LCD分為帶背光和布帶背光倆種，其控制器大部分為HD44780，帶背光的比布帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。第1引腳：VSS為低電源。第2引腳：VDD接+5V電源。第3引腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地是對比度最高，對比度高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第4引腳：RS為寄存器選擇，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。第5引腳：R/W為讀寫信號(hào)端，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為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀取信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6引腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14引腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15引腳：背光源正極。電量計(jì)量儀軟件設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述本設(shè)計(jì)是基于89C51單片機(jī)的電量計(jì)量儀的設(shè)計(jì)，通過電流互感器和分壓電路采集到電流和電壓數(shù)據(jù)，發(fā)送到雙通道ADC0832進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，在通過單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算算出消耗的電能，后通過LCD1602顯示出來。流程圖設(shè)計(jì)一、主程序流程圖設(shè)計(jì)主程序首先對數(shù)字鐘的時(shí)鐘秒鐘清零，再對LCD1602初始化和中斷初始化，兩個(gè)中斷為定時(shí)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(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，對鍵盤不停地掃描，判斷鍵盤是否按下。主程序流程圖如下：圖4.2.1主程序流程圖二、按鍵程序流程圖設(shè)計(jì)由于本次采集數(shù)據(jù)的頻率是50Hz，根據(jù)奈奎斯特采樣頻率定律選擇采樣頻率為200Hz。單片機(jī)5ms產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)采集中斷程序，由于每次進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的時(shí)候，都必須對ADC0832進(jìn)行初始化，只有這樣才能使ADC0832正常運(yùn)行，采集的數(shù)據(jù)從到單片機(jī)的緩沖器中，進(jìn)行判斷這次是否是第四次采集，如果是把計(jì)數(shù)器清零，并進(jìn)行有用功計(jì)算程序，最后顯示到LCD1602上。其圖如下圖所示：圖4.2.2按鍵程序流程圖電流電壓有效值算法電流流電壓有效值的測量方法有很多種，對于低頻以及超低頻信號(hào)電壓有效值的測量，目前比較常用的是基于采樣計(jì)算的測量方法。這主要是因?yàn)橛贸Ｒ?guī)的測量方法和模擬技術(shù)不但要求測量儀表本身具有極高的穩(wěn)定性，而且儀表極長的響應(yīng)時(shí)間和不合理的電路元件參數(shù)使得測量在某些場合很難實(shí)現(xiàn)。采樣計(jì)算的測量方法克服這些傳統(tǒng)不利因素的同時(shí)也產(chǎn)生了新的問題，分析誤差因素對測量結(jié)果的影響方式，就能夠在實(shí)際測量時(shí)更有效的避免這些因素的影響，有利于減小測量的不確定度。本文對影響采樣計(jì)算方法的主要誤差因素進(jìn)行了定量分析。1、電壓有效值根據(jù)有效值的定義，在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，通過某純阻負(fù)載所產(chǎn)生的熱量與一個(gè)直流電壓在同一負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，該直流電壓的數(shù)值就是交流電壓的有效值。數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（1）所示：（1）（1）式中的T是交流信號(hào)的周期，u(t)為電壓瞬時(shí)值。通常把由（1）式所確定的電壓有效值稱之為被測電壓u(t)的真有效值。2、電流有效值定義：將一直流電與一交流電分別通過相同阻值的電阻，如果相同時(shí)間內(nèi)兩電流通過電阻產(chǎn)生的熱量相同，就說這一直流電的電流值是這一交流電的有效值。數(shù)學(xué)表達(dá)式如（2）所示：（2）程序清單程序如下：#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>sbitSDA=P1^3;sbitSCL=P1^4;#defineucharunsignedchar#definelcdP0sbitrw=P2^5sbitrs=P2^2sbite=P2^3sbitbusy=ACC^7unsignedcharcountunsignedchartimerunsignedcountAunsignedcountBunsignedcount1unsignedcount2 unsignedcountunsigneddecountcountA=0;voidmain(){ countB=ReadMemory(); decount=countB-countA; / while(decount==0) { count++; while(count<100) { timer=readbyte(); if(timer>12) count1++; else count2++; Remain=total-count1*0.5-count2*0.6; write(count1); write(count2); write(Remain); } } if(remian<5.0) flag=1;}unsignedcharControl,enumeepromtypeenumer){voidDelay(unsignedcharDelayCount);voidStart(void);/*啟動(dòng)總線*/voidStop(void);/*停止IIC總線*/bitRecAck(void);/*檢查應(yīng)答位*/voidNoAck(void);/*不對IIC總線產(chǎn)生應(yīng)答*/voidAck(void);/*對IIC總線產(chǎn)生應(yīng)答*/unsignedcharReceive(void);/*從IIC總線上讀數(shù)據(jù)子程序*/voidSend(unsignedcharsendbyte);/*向IIC總線寫數(shù)據(jù)*/unsignedchardataj,i=ERROR;biterrorflag=1;/*出錯(cuò)標(biāo)志*/while(i--){Start();/*啟動(dòng)總線*/Send(Control&0xfe);/*向IIC總線寫數(shù)據(jù)，器件地址*/if(RecAck())continue;/*如寫不正確結(jié)束本次循環(huán)*/if(RecAck())continue;}Send((unsignedchar)Addr);/*向IIC總線寫數(shù)據(jù)*/if(RecAck())continue;/*如寫正確結(jié)束本次循環(huán)*/if(!(Control&0x01))//判斷是讀器件還是寫器件{j=Length;errorflag=0;/*清錯(cuò)誤特征位*/while(j--){Send(*DataBuff++);/*向IIC總線寫數(shù)據(jù)*/if(!RecAck())continue;/*如寫正確結(jié)束本次循環(huán)*/errorflag=1;break;}if(errorflag==1)continue;break;}else{Start();/*啟動(dòng)總線*/Send(Control);/*向IIC總線寫數(shù)據(jù)*/if(RecAck())continue;//器件沒應(yīng)答結(jié)束本次本層循環(huán)while(--Length)/*字節(jié)長為0結(jié)束*/{*DataBuff++=Receive();Ack();/*對IIC總線產(chǎn)生應(yīng)答*/}*DataBuff=Receive();/*讀最后一個(gè)字節(jié)*/NoAck();/*不對IIC總線產(chǎn)生應(yīng)答*/errorflag=0;break;}Stop();/*停止IIC總線*/if(!(Control&0x01)){Delay(255);Delay(255);Delay(255);Delay(255);return(errorflag);}系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)原理圖圖5.1.1系統(tǒng)原理圖硬件仿真圖圖5.2.1系統(tǒng)仿真圖軟件調(diào)試結(jié)果由于本次設(shè)計(jì)的軟件分為許多塊，所以軟件調(diào)試也是每一塊單獨(dú)調(diào)試后在整體調(diào)試。從而是錯(cuò)誤一點(diǎn)一點(diǎn)出現(xiàn)再解決，這樣使程序調(diào)試變得簡單。錯(cuò)誤總結(jié)如下：1、中斷錯(cuò)誤：本程序用了兩個(gè)中斷，但開始調(diào)試程序時(shí)，把兩個(gè)中斷寫成了interrupt0和interrupt1，這樣就會(huì)使一個(gè)定時(shí)器中斷不能工作，應(yīng)改為interrupt0和interrupt3.