基于51單片機(jī)的智能電表設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1智能電表的概念 11.2智能電表的發(fā)展背景 11.3智能電表的結(jié)構(gòu) 21.4智能電表的主要特點(diǎn) 2第2章主要芯片的介紹 42.1微控制器STC89C51單片機(jī) 42.1.1簡(jiǎn)介 42.1.2主要特性 42.1.3引腳功能 42.2電能計(jì)量芯片CS5460A 62.2.1簡(jiǎn)介 62.2.2主要特征 72.2.3引腳功能 72.3外部寄存器X5045 82.3.1簡(jiǎn)介 82.3.2主要特性 82.3.3引腳功能 92.4時(shí)鐘芯片DS1302 92.4.1簡(jiǎn)介 92.4.2主要特性 92.4.3引腳功能 102.574HC138譯碼器 102.5.1簡(jiǎn)介 102.5.2主要特性 102.5.3真值表 112.6LED數(shù)碼管 11第3章總體設(shè)計(jì)方案 123.1設(shè)計(jì)功能要求 123.2智能電表的總體方案設(shè)計(jì) 12第4章硬件部分的組成 144.1電壓電流采樣模塊的設(shè)計(jì) 144.1.1電壓調(diào)理電路 154.1.2電流調(diào)理電路 154.2CS5460A的外部電路 154.3數(shù)碼管連接電路 164.4組合鍵盤(pán)連接電路 164.5EEPROM連接電路 184.6時(shí)鐘芯片DS1302連接電路 18第5章軟件部分的設(shè)計(jì) 195.1主程序流程 195.2CS5460數(shù)據(jù)交換方法 205.3時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)流程 215.4外部寄存芯片的讀寫(xiě)流程 215.5按鍵掃描流程 225.6數(shù)碼管顯示功能的實(shí)現(xiàn) 23結(jié)論 24參考文獻(xiàn) 25致謝 26附錄 27五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章緒論1.1智能電表的概念智能電表它是科技時(shí)代的新產(chǎn)物，它能夠進(jìn)行測(cè)量、數(shù)據(jù)處理，因此測(cè)量單元、數(shù)據(jù)處理單元是它的重要組成部分。在智能電表這一系統(tǒng)中，它能通過(guò)各類型的芯片來(lái)進(jìn)行電能的測(cè)量、計(jì)算、存儲(chǔ)，并且具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能和自動(dòng)控制等功能。和傳統(tǒng)的電能表相比。計(jì)量功能是智能電表的最基本的功能，而它本身就是一個(gè)電子式的電表，并且它能夠通過(guò)端口與外部時(shí)鐘進(jìn)行通訊[1]。微處理器（單片機(jī)）是智能電表的最主要的核心器件，沒(méi)有了它，智能電表就不可以對(duì)大量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、判斷和處理等功能。智能電表通常具有自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的功能、數(shù)據(jù)的強(qiáng)大處理功能、數(shù)據(jù)換算和自動(dòng)調(diào)零功能、并且可以通過(guò)操作面板進(jìn)行人機(jī)交流和顯示裝置。本次設(shè)計(jì)的智能電表主要運(yùn)用了微機(jī)和通信等兩方面的技術(shù)，為了減少能耗，把采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等功能運(yùn)用芯片進(jìn)行，這樣既可以節(jié)省了成本以及人力資源，還可以增加其工作的效率，可以滿足了現(xiàn)代的用電戶的需求[2]。1.2智能電表的發(fā)展背景現(xiàn)在，智能電表主要分為感應(yīng)式、電子式和智能式等類型，而我國(guó)又是生產(chǎn)電能表數(shù)量較大的國(guó)家，并且我國(guó)生產(chǎn)的電能表接近或者基本達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平，并且我國(guó)生產(chǎn)的電能表能夠滿足不用地區(qū)和國(guó)家的市場(chǎng)需求，而且我們還有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此我國(guó)的電能表在全球各市場(chǎng)上有很好的競(jìng)爭(zhēng)水平。隨著我國(guó)電網(wǎng)的不斷智能化，我們對(duì)電表之類的電能計(jì)量的器件的要求也不斷提高，我國(guó)的電網(wǎng)科技和外國(guó)在科學(xué)技術(shù)水平上差距不是很大，與此同時(shí)它還是低碳經(jīng)濟(jì)的最主要組成部分，所以其發(fā)展前景是相當(dāng)樂(lè)觀的，和國(guó)外的同類產(chǎn)品相比，我國(guó)的智能電表的作用完善、有規(guī)律、分類式的單價(jià)電費(fèi)和控制負(fù)荷等功能都比其他國(guó)家高，這更加能夠滿足我國(guó)在電網(wǎng)上現(xiàn)代化智能化建設(shè)過(guò)程中的需求。目前，我國(guó)的用電戶人數(shù)非常之多，根據(jù)2009年的統(tǒng)計(jì)，在年底就已經(jīng)有2.3億的用電戶記錄在國(guó)家電網(wǎng)公司的服務(wù)系統(tǒng)中，按每戶平均有4個(gè)人計(jì)算，就有10.4億人口，這么龐大的數(shù)量，要在全國(guó)內(nèi)推廣智能電表看來(lái)絕非一件簡(jiǎn)單的是，它不僅需要龐大的資金，而且還需要大量的人力、物力以及很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，智能電表的功能多樣化和顯示的數(shù)據(jù)種類多，可以給用戶準(zhǔn)備更多的用電服務(wù)，不過(guò)更換電表也是就要得到用電戶的同意、體諒和包含，所以用戶也要一個(gè)對(duì)智能電表進(jìn)行一定的了解，因此我們就要?jiǎng)訂T社會(huì)各界的力量來(lái)對(duì)此進(jìn)行有效的宣傳[3]。自從國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布一系列的電網(wǎng)智能化改革的計(jì)劃之后，有關(guān)電表和智能化、自動(dòng)化的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨前所未有的前景。在未來(lái)智能電表發(fā)展的趨勢(shì)可以分為以下幾個(gè)方面：（1）模塊化這樣智能電表維修起來(lái)就會(huì)非常方便，就算是一個(gè)不懂它的人也可以對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單的維護(hù)和修理，只要注意用電安全就行了，并且它具有安全可靠性；（2）智能電表的多樣化它可以利用多功能控制元件來(lái)進(jìn)行對(duì)智能家居的調(diào)控，比如說(shuō)，我們可以控制空調(diào)的大型耗電設(shè)備在電費(fèi)相對(duì)便宜階段啟動(dòng)；（3）計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制用電戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)智能電表的某些功能進(jìn)行調(diào)控，從而對(duì)電表下所有的用電器實(shí)行能源管制。1.3智能電表的結(jié)構(gòu)根據(jù)智能電表的介紹，不難看出，智能電表是由兩大部分組成，它們分別是軟件部分和硬件部分。我們也可以說(shuō)它是一個(gè)小型化的專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在硬件部分上，主要由微處理器（單片機(jī)）、信號(hào)的輸入輸出通道、標(biāo)準(zhǔn)的通信口、進(jìn)行人機(jī)交換的通道以及外圍的電路組成。信號(hào)的輸入輸出通道主要能夠讓模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)通過(guò)，從而與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，輸入輸出通道主要包括傳感器元器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、調(diào)理信號(hào)電路部分以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。微處理器和它的外圍電路這部分主要是用來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和程序的，并且在單片機(jī)里面能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行一定的運(yùn)算和處理，這部分主要由數(shù)據(jù)寄存器和程序寄存器以及輸入輸出端口電路的部分組成的。人機(jī)交換的通道顧名思義就是人與機(jī)器進(jìn)行互相交流的重要通道，它通常包括鍵盤(pán)部分、數(shù)碼撥盤(pán)部分、打印機(jī)部分、顯示部分等部分構(gòu)成的。標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口很明顯就是用來(lái)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的端口，這些端口方便計(jì)算機(jī)對(duì)被控器件進(jìn)行有效的控制。在智能電表中，監(jiān)測(cè)程序和端口管理程序這兩部分就構(gòu)成了其軟件部分。其中接口管理程序主要是面向通信接口，它的只要作用就是接受并且分析各種各樣的程控碼，主要包括各種操作方式的程控碼、不同功能的程控碼以及各種工作參數(shù)的程控碼等等，以此同時(shí)各器件的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)以及不同測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果都會(huì)通過(guò)通信接口的輸出儀器部分，以這種方法來(lái)響應(yīng)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制指令。而監(jiān)測(cè)程序就實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)模塊和顯示模塊進(jìn)行操作，它可以設(shè)定某一按鍵的功能并存儲(chǔ)相應(yīng)的工作參數(shù)和運(yùn)行方式，它可以通過(guò)I/O口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并且設(shè)定好數(shù)據(jù)的類型等參數(shù)，還可以通過(guò)相應(yīng)的指令對(duì)數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行不同的分析處理，最后，當(dāng)數(shù)據(jù)處理完成后，它就可以以各種各樣的形式對(duì)分析和處理的結(jié)果進(jìn)行顯示[4]。1.4智能電表的主要特點(diǎn)和機(jī)械時(shí)的電表進(jìn)行對(duì)比，智能電表包含以下幾個(gè)特征：（1）精度高的測(cè)量智能電表能夠很好的運(yùn)用單片機(jī)對(duì)命令的執(zhí)行的快速性以及數(shù)模轉(zhuǎn)換花費(fèi)時(shí)間短的特點(diǎn)，能夠?qū)σ粶y(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次的測(cè)量，然后對(duì)每次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值，這樣就可以排除某些偶然的誤差以及一些不確定的干擾，它還可以通過(guò)微處理器的濾波命令來(lái)進(jìn)行數(shù)字濾波，從而排除一些隨機(jī)誤差以及大誤差，用這些方法可以大大的提高測(cè)量的精度；（2）能夠進(jìn)行間接的測(cè)量智能電表中的微處理器可以通過(guò)編程來(lái)進(jìn)行各種計(jì)算，一些能以測(cè)量的數(shù)據(jù)可以通過(guò)幾種容易測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和計(jì)算來(lái)得到；（3）可以進(jìn)行自動(dòng)校正智能電表會(huì)在剛上電時(shí)就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)校正，而在測(cè)量的過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，可以減少誤差；（4）能夠自動(dòng)修正誤差；（5）具有自診能力智能電表本身就具有故障診斷的功能，如果它發(fā)生了故障，就會(huì)啟動(dòng)自診功能，就可以自己檢查出系統(tǒng)哪里出問(wèn)題；（6）能夠進(jìn)行復(fù)雜的控制；（7）可以通過(guò)程序來(lái)靈活改變功能；（8）智能電表的通訊接口通常都是GPIB口或者是RS232口，而這些端口的功能就幫助智能電表進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。使其能夠簡(jiǎn)單地與計(jì)算機(jī)或者其他不同儀器結(jié)合在一起，從而根據(jù)不同用戶的不同需要對(duì)多種不同數(shù)據(jù)進(jìn)行的自動(dòng)檢測(cè)，并通過(guò)系統(tǒng)的控制來(lái)完成[5]。

第2章主要芯片的介紹2.1微控制器STC89C51單片機(jī)2.1.1簡(jiǎn)介STC89C51單片機(jī)具有低電壓、高性能的特點(diǎn)，它內(nèi)部帶有4K字節(jié)的快速寄存器，而他的處理器是8位的。單片機(jī)的內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可以重復(fù)擦除的次數(shù)達(dá)到1000多次，單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器主要采用一些高精度的并且不容易的丟失的材料和存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)制造的。由于單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)包含多功能的8位處理器以及快速寄存器，所以STC89C51單片機(jī)也是一種高效率的微處理器[6]。其引腳圖如圖2-1所示。圖2-1STC89C51的引腳圖2.1.2主要特性（1）與MCS-51相兼容；（2）4K字節(jié)的可編程FLASH寄存器；（3）壽命：可1000循環(huán)寫(xiě)/擦；（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；（5）全靜態(tài)的工作頻率：0Hz-24MHz；（6）三個(gè)級(jí)別的程序寄存器鎖定；（7）128×8位的內(nèi)部RAM；（8）32可編程的I/O線；（9）兩個(gè)是十六位的定時(shí)器或者說(shuō)是計(jì)數(shù)器；（10）5個(gè)中斷源；（11）可編程的串行通道；（12）包含低功耗式閑置以及掉電的功能；（13）包含片內(nèi)振蕩電路以及片內(nèi)時(shí)鐘電路。2.1.3引腳功能（1）VCC：供電電壓。（2）GND：接地。（3）P0口：這個(gè)端口是一種雙向的數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎/O端口，在單片機(jī)的內(nèi)部，在與漏極開(kāi)路的電路進(jìn)行連接，所以它的八個(gè)引腳都可以吸收8TTL的門(mén)電流。假如當(dāng)它被置為邏輯1時(shí)，它就會(huì)成為高阻輸入端。又因?yàn)樗梢杂米魍獠砍绦蚣拇嫫?，所以這是它會(huì)當(dāng)作是數(shù)據(jù)地址的低8位來(lái)進(jìn)行處理。在進(jìn)行程序編程的時(shí)候，它還可以當(dāng)作源代碼直接的輸入端口來(lái)使用；如果它用作輸出數(shù)據(jù)時(shí)，它每一引腳都必須要在單片機(jī)外部連接一個(gè)上拉電阻，這樣它才能夠正常使用；或者它可以利用外部鎖存器來(lái)輸出數(shù)據(jù)，這是它就不需要連接上拉電阻，但是要在鎖存器的輸出電路上連接電阻。（4）P1口：這個(gè)端口是一類雙向的八位的I/O端口，與P0不同的是它內(nèi)部已經(jīng)與上拉電阻相連，4TTL門(mén)電流可以通過(guò)它的緩沖器進(jìn)行接收或者由其發(fā)送出來(lái)。如果它被置為高電平時(shí)，在單片機(jī)的內(nèi)部它就會(huì)被提高成高電平，這是它會(huì)被當(dāng)作輸入端口使用；如果由于外部的原因，它被拉成邏輯0時(shí)，他就會(huì)對(duì)外輸出一定的電流，這就是因?yàn)閮?nèi)部為邏輯1。在進(jìn)行程序編程或者校驗(yàn)時(shí)，它會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)或地址的低8為進(jìn)行接收或發(fā)送。（5）P2口：這個(gè)端口是一種八位的雙向的I/O口，與P1相同同的是它內(nèi)部已經(jīng)與上拉電阻相連接，4TTL門(mén)電流可以通過(guò)它的緩沖器進(jìn)行接收或者由其發(fā)送出來(lái)。如果它置高邏輯1，在單片機(jī)內(nèi)部它所對(duì)應(yīng)的引腳的電位就是被拉高，并且當(dāng)作輸入端，所以當(dāng)它被當(dāng)作輸入端時(shí)，它的管腳外部電位就會(huì)相對(duì)內(nèi)部被拉低，同時(shí)輸出電流。當(dāng)這一端口用作外部程序寄存器或是十六位的外部數(shù)據(jù)寄存器時(shí)候，這時(shí)它就會(huì)輸出十六位數(shù)據(jù)中的高8位數(shù)據(jù)。如果它的地址是“1”的時(shí)候，并且進(jìn)行外部8位地址數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)，它就會(huì)很好地運(yùn)用它的內(nèi)部電位被上拉的優(yōu)勢(shì)，輸出它的特殊功能寄存器里面的數(shù)據(jù)。當(dāng)進(jìn)行程序編程和校正時(shí)，它口負(fù)責(zé)接收高8位的地址數(shù)據(jù)信號(hào)以及部分控制信號(hào)。（6）P3口：這個(gè)端口是一個(gè)八位的雙向的I/O口，與P1相同同的是它內(nèi)部已經(jīng)連接了上拉電阻，4TTL門(mén)電流可以通過(guò)它的緩沖器進(jìn)行接收或者由其發(fā)送出來(lái)。當(dāng)它被置為邏輯1之后，它的每個(gè)管腳就會(huì)被內(nèi)部上拉電阻上拉成邏輯1，并且當(dāng)作輸入端口。而這組端口在單片機(jī)STC89C5都有自己對(duì)應(yīng)的第二功種能，如表2-1所示：表2-1P3口的第二功能I/O端口或位P3口的第二功能該端口的主要作用P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0計(jì)時(shí)器0外部輸入P3.5T1計(jì)時(shí)器1外部輸入P3.6/WR外部數(shù)據(jù)寄存器的寫(xiě)選通P3.7/RD外部數(shù)據(jù)寄存器的讀選通（7）RST：復(fù)位輸入。（8）ALE/PROG：當(dāng)微處理器對(duì)外進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，當(dāng)它被置為高電平時(shí)，它就會(huì)啟動(dòng)單片機(jī)的鎖存功能，這時(shí)微處理器就會(huì)把P0口的數(shù)據(jù)全部放進(jìn)鎖存器里面，從而進(jìn)行地址和數(shù)據(jù)隔離；如果它被置為邏輯0時(shí)，那么微處理器就不會(huì)啟動(dòng)鎖存功能。在單片機(jī)沒(méi)有與外部寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是，它會(huì)把單片機(jī)的震蕩頻率分成6分并去其中一分進(jìn)行輸出，而這個(gè)信號(hào)可以用作外部時(shí)鐘信號(hào)；反之，它會(huì)再去已分頻率的一半進(jìn)行輸出。（9）/PSEN：當(dāng)它被置為邏輯0，就表示外部程序寄存器被選通。當(dāng)單片機(jī)對(duì)外部ROM進(jìn)行讀取時(shí)，兩次/PSEN有效會(huì)在同一個(gè)機(jī)械周期中出現(xiàn)；但是，當(dāng)單片機(jī)讀取的是外部RAM時(shí)，這些有效的/PSEN信號(hào)就會(huì)被跳過(guò)。（10）EA/VPP：當(dāng)該引腳保持邏輯零時(shí)，單片機(jī)就會(huì)直接讀取外部程序寄存器中的數(shù)據(jù)，這是無(wú)論在單片機(jī)是否存在內(nèi)部程序寄存器。否則的話，在存在外部程序存儲(chǔ)器的條件下，首先讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，再讀取外部的。在進(jìn)行程序編程時(shí)，它會(huì)提供為單片機(jī)提供12V的燒寫(xiě)電壓（11）XTAL1：?jiǎn)纹瑱C(jī)的片內(nèi)振蕩電路的輸入端口，以及時(shí)鐘接入引腳。（12）XTAL2：?jiǎn)纹瑱C(jī)的片內(nèi)振蕩電路的輸出端口，以及時(shí)鐘接入引腳。2.2電能計(jì)量芯片CS5460A2.2.1簡(jiǎn)介CS5460A是美國(guó)的Crystalsystem公司生產(chǎn)的一種芯片，它一種專門(mén)用來(lái)測(cè)量電壓電流以及功率電能的芯片，它具有高精度、性能強(qiáng)、低成本等特點(diǎn)。在CS5460中集成了兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)高度集成的串行接口的的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)能夠高速計(jì)算電能的計(jì)數(shù)器，因此它能夠精確測(cè)量并且計(jì)算出所測(cè)電路中的有功電能、電壓電流的有效值以及電壓電流電功的瞬時(shí)值，所以它通常會(huì)用來(lái)研發(fā)三相四線制和單線兩相制電表。CS5460的電壓電流輸入端不能直接測(cè)量電力線上的數(shù)據(jù)，它需要通過(guò)低成本的電壓電流互感器來(lái)進(jìn)行變比才能夠進(jìn)行測(cè)量。而CS5460芯片與微處理器是通過(guò)串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行連接的。CS5460還具有“自引導(dǎo)”的功能，也就是說(shuō)它能夠在沒(méi)有微處理器的情況下，能夠獨(dú)立運(yùn)行。在此模式下，只要系統(tǒng)上電，它就會(huì)自動(dòng)初始化，并且可以從外部寄存器中讀取要校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)以及啟動(dòng)指令，這樣可以大大的降低成本，而且CS5460芯片的集成程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微處理器[7]。它的引腳如圖2-2所示：圖2-2CS5460的引腳圖2.2.2主要特征（1）能夠在片內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理；（2）能夠在沒(méi)有微處理器的情況下，在自引導(dǎo)模式中，與外部寄存器連接，并且具有電能/脈沖互換功能；（3）具有數(shù)模/模數(shù)系統(tǒng)校正的能力；（4）運(yùn)用簡(jiǎn)單的三線數(shù)據(jù)串行傳輸接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，讀寫(xiě)方便；（5）具有看門(mén)狗定時(shí)功能；（6）片上2.5V基準(zhǔn)（60×10-6/OC）,單電源+5V或雙向2.5V±10℅電源；（7）具有方向的功率輸出指示；（8）可以精確的檢測(cè)和計(jì)算出瞬時(shí)的電壓電流和功率相應(yīng)的值、周期電能總量和電壓電流的有效值，并且能夠進(jìn)行電能之間的脈沖轉(zhuǎn)換；（9）電能測(cè)量精度：0.1%；（10）能夠在片內(nèi)進(jìn)行相位補(bǔ)償和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)；（11）片內(nèi)含有機(jī)械計(jì)度器或者說(shuō)是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；（12）內(nèi)帶電源監(jiān)視器；（13）電能數(shù)據(jù)的線性度：在1000：1的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍中，電能的數(shù)據(jù)的線性度大約為±0.1%；（14）功率消耗<12mW；（15）電源配置：VA+=+5V，VA-=0V；VD+=+3V至+5V或VA+=2.5V，VA-=-2.5V；VD+=+3V。2.2.3引腳功能（1）OUT、XIN：這兩引腳能夠?qū)ο到y(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行輸入輸出，它們之間通常接2.5—20MHZ的晶振，成為系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)片內(nèi)的分頻單元會(huì)把輸入的晶振頻率進(jìn)行分頻，進(jìn)而得到不同的時(shí)鐘頻率。另外還可以通過(guò)XIN管腳對(duì)CS5460進(jìn)行外部時(shí)鐘的引入。（2）CPUCLK：CS5460芯片內(nèi)部的振蕩電路的輸出端端口。（3）SCLK：這是串行時(shí)鐘輸入端，我們可以根據(jù)這管腳輸入的串行時(shí)鐘的快慢來(lái)確定SDI輸入串行端和SDO輸出串行端的傳輸速率。在片內(nèi)，它與一個(gè)施密特觸發(fā)器相連，它要在CS有效的時(shí)候才會(huì)識(shí)別出時(shí)鐘信號(hào)。（4）SDO：行數(shù)據(jù)輸出引腳。（5）CS:片選引腳。（6）MODE：這是模式選擇的引腳，如果它被置為高電平時(shí)，CS5460就可以與外部串行數(shù)據(jù)寄存器組合，并且實(shí)現(xiàn)自引導(dǎo)的功能；如果它被置為邏輯零時(shí)，CS5460就會(huì)與微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。（7）INT：中斷輸出引腳。（8）ETOU：電能輸出引腳。（9）EDIR：電能方向指示引腳。假如電能為負(fù)值時(shí)，這一端口就會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)。（10）SDI：串行數(shù)據(jù)輸入引腳。（11）VIN+、VIN-：正負(fù)電壓的差分模擬量的輸入輸出端口。（12）VREFOUT：參考電壓輸出引腳。此引腳的電壓相對(duì)于VA-為2.5V。（13）VREFIN：參考電壓輸入引腳。（14）IIN+、IIN-：測(cè)量電流的輸入引腳（15）VD+：數(shù)字電源。（16）DGND：數(shù)字地。（17）VA+、VA-：正負(fù)電源的差分模擬量的輸入輸出端口。（18）PFMON：電源故障監(jiān)測(cè)引腳。用于監(jiān)控模擬電源。（19）RESET：復(fù)位引腳。2.3外部寄存器X50452.3.1簡(jiǎn)介X5045是一種結(jié)合EEPROM功能、看門(mén)狗復(fù)位功能、電壓跌落檢測(cè)功能等三中功能的三合一的監(jiān)控芯片。它使用SPI總線與處理器進(jìn)行通信，是在兼有儲(chǔ)存和監(jiān)測(cè)的單片機(jī)系統(tǒng)中的最佳選擇。它的引腳圖如2-3所示：圖2-3X5045的引腳圖2.3.2主要特性（1）支持MOTOROLA推出的SPI總線協(xié)議；（2）具有選重置時(shí)間的看門(mén)狗定能力；（3）能夠檢測(cè)供電電壓是否跌落以及具有復(fù)位控制功能；（4）5種標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)位電壓；（5）當(dāng)供電電壓變成1V時(shí)，芯片仍然可以保證復(fù)位輸出；（6）多種芯片可選擇不同的工作電壓；（7）內(nèi)置4Kbit的EEPROM，可反復(fù)擦寫(xiě)100萬(wàn)次；（8）可對(duì)EEPROM數(shù)據(jù)進(jìn)行全部或分區(qū)保護(hù)；（9）可對(duì)硬件和指令寫(xiě)保護(hù)，使數(shù)據(jù)更加安全；（10）時(shí)鐘可達(dá)3.3MHZ；（11）讀寫(xiě)速度快，16字節(jié)的頁(yè)的讀寫(xiě)速度；（12）經(jīng)典寫(xiě)周期為5mS；（13）商用級(jí)溫寬為0~70攝氏度，工業(yè)級(jí)溫寬為-40~84攝氏度（14）6字節(jié)的頁(yè)寫(xiě)入模式；（15）復(fù)位信號(hào)輸出可持續(xù)輸出200MS。2.3.3引腳功能（1）CS/WDI使能及看門(mén)狗復(fù)位輸入；（2）SO數(shù)據(jù)輸出（可與SI復(fù)用）；（3）WP寫(xiě)保護(hù)（低電平保護(hù)）；（4）Vss參考0電位；（5）SI數(shù)據(jù)輸入；（6）SCK時(shí)鐘輸入；（7）RESET重置信號(hào)輸出端（必須接上接電阻）；（8）Vcc電源電壓。2.4時(shí)鐘芯片DS13022.4.1簡(jiǎn)介DS1302是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的芯片，它具有低功耗、高性能并帶有RAM的特點(diǎn)，它能夠?qū)r(shí)、分、秒、年、月、日、周進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，并且能夠計(jì)算閏年，它的工作電壓是2.5V到5.5V。它基本上是運(yùn)用三線的接口與微處理器實(shí)現(xiàn)串行通訊。同時(shí)，它采用雙電源供電，以防斷電時(shí)時(shí)鐘能夠繼續(xù)運(yùn)行。其引腳如圖2-4所示：圖2-4DS1302的引腳圖2.4.2主要特性（1）能夠?qū)r(shí)、分、秒、年、月、日、周進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，并且能夠計(jì)算閏年；（2）31*八位數(shù)據(jù)暫存儲(chǔ)RAM；（3）使用串行I/O口的通訊方式，大大減少管腳的數(shù)量；（4）大范圍工作電壓2.0到5.5V；（5）當(dāng)工作電壓為2.0V時(shí),工作電流應(yīng)該小于300nA；（6）通過(guò)單字節(jié)或者數(shù)組對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；（7）簡(jiǎn)單3線接口；（8）與TTL兼容Vcc=5V；（9）可選工業(yè)級(jí)溫度范圍-40℃到+85（10）與DS1202兼容；（11）在DS1202基礎(chǔ)上增加新特性；（12）對(duì)Vcc1有可選的涓流充電能力；（13）增加的七字節(jié)的數(shù)據(jù)暫存器。2.4.3引腳功能（1）X1X232.768KHz晶振管腳；（2）GND地；（3）RST復(fù)位腳；（4）I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳；（5）SCLK串行時(shí)鐘；（6）Vcc1,Vcc2電源供電管腳。2.574HC138譯碼器2.5.1簡(jiǎn)介74HC138是一款高速CMOS器件，7它可以把三位的二進(jìn)制的地址演變成八個(gè)二進(jìn)制地址，我們通常稱它為38譯碼器。同時(shí)它還有三個(gè)使能輸入端，其中有兩個(gè)邏輯0時(shí)是有效，一個(gè)邏輯1時(shí)有效，當(dāng)它們?nèi)齻€(gè)端口同時(shí)有效時(shí)，38譯碼器才會(huì)運(yùn)行。因此，在單片機(jī)系統(tǒng)中，我們通常用它來(lái)進(jìn)行引腳的擴(kuò)充。它的引腳如圖2-5所示：圖2-574H138譯碼器的引腳圖2.5.2主要特性（1）復(fù)合的使能輸入端，能夠方便的對(duì)單片機(jī)的引腳數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展；（2）HBMEIA/JESD22-A114-C超過(guò)2000VMM；（3）EIA/JESD22-A115-A超過(guò)200V；（4）溫度范圍-40～+85℃-40～+125（5）多路分配功能。2.5.3真值表表2-274H138譯碼器真值表輸入輸出S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70XXXX11111111X1XXX11111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111102.6LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管事實(shí)上上就是由多個(gè)發(fā)光二級(jí)管夠成的，它們?cè)谙到y(tǒng)里按照一定的方式組成一個(gè)數(shù)字“8”，它們?cè)谙到y(tǒng)中已經(jīng)連接好，其中它們的陽(yáng)極相互連接的，并與正電源相連接的叫做共陽(yáng)數(shù)碼管，而它們陰極相互連接的，并且與負(fù)極電源相連的稱為共陰數(shù)碼管。而數(shù)碼管事實(shí)上包括由小數(shù)點(diǎn)在內(nèi)的八個(gè)發(fā)光二極管帶點(diǎn)的數(shù)字“8”，那就成為了八位段選碼，在字面上我們用a到g這7個(gè)字母加上dp來(lái)表示這些對(duì)應(yīng)的段選碼。當(dāng)數(shù)碼管內(nèi)相應(yīng)的引腳上電之后，對(duì)應(yīng)的LED燈被點(diǎn)亮，從而組成成我們可以看見(jiàn)的字樣了。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。本次設(shè)計(jì)，我運(yùn)用兩個(gè)四位共陰數(shù)碼管進(jìn)行表示。圖2-6四位數(shù)碼管的引腳圖第3章總體設(shè)計(jì)方案3.1設(shè)計(jì)功能要求本次設(shè)計(jì)的電表最重要的是實(shí)現(xiàn)的功能有以下的要求：能夠?qū)崿F(xiàn)單項(xiàng)交流電能的測(cè)量；電表參數(shù)：額定的工作電壓電流分別為220V、5A，最大工作電流為10A，最大顯示電能總量：99999.99Kw.h；能夠測(cè)量并通過(guò)轉(zhuǎn)換、計(jì)算得到功率、電壓和電流的瞬時(shí)值和電壓電流的有效值，并通過(guò)轉(zhuǎn)換、計(jì)算從而在數(shù)碼管上顯示。3.2智能電表的總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)制作的智能電表能夠具有以下功能：通過(guò)單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)寄存器儲(chǔ)存三個(gè)月份交替日的總電能度數(shù)，并通過(guò)計(jì)算得到本月、上月和上上月的用電量，并通過(guò)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)值；能夠測(cè)量并通過(guò)轉(zhuǎn)換、計(jì)算得到功率、電壓和電流的瞬時(shí)值和電壓電流的有效值，并通過(guò)轉(zhuǎn)換、計(jì)算從而在數(shù)碼管上顯示；能夠顯示自裝表后的總的用電電量。本次設(shè)計(jì)制作的電表主要由電流、電壓互感器、電能計(jì)量芯片、數(shù)碼管顯示模塊、組合鍵盤(pán)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、外部存儲(chǔ)芯片等。如圖3-1所示。圖3-1智能電表的設(shè)計(jì)概念上圖3-1表明了智能電表的硬件中的電壓電流互感器能夠使220V電力線上電壓電流轉(zhuǎn)變成電能計(jì)量芯片能夠允許輸入的電壓電流范圍。本次設(shè)計(jì)的智能電表主要由測(cè)量計(jì)算模塊、單片機(jī)、數(shù)碼管顯示模塊、外部寄存器、時(shí)鐘電路模塊以及電源電路組成，如圖3-2所示。圖3-2智能電表的硬件組成第4章硬件部分的組成本次設(shè)計(jì)的智能電表可以分為六大組成部分，他們分別是電能計(jì)量模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)碼管顯示模塊、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電源電路、微處理器等組成。智能電表它本身就是一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它的主要核心是微處理器，也就是我們常說(shuō)的單片機(jī)。智能電表想實(shí)現(xiàn)不同功能就要運(yùn)用不同的器件與單片機(jī)來(lái)進(jìn)行組合。通常我們會(huì)使用簡(jiǎn)單方便的芯片和單片機(jī)進(jìn)行組合，這樣可以降低成本，減少編程的麻煩。本次設(shè)計(jì)的智能電表通過(guò)傳感器來(lái)將外界的被測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，本次采用CS5460A芯片通過(guò)雙差分電路來(lái)采集電壓電流信號(hào)；然后進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理，從而改善型號(hào)的質(zhì)量，并且提高信號(hào)的抗干擾的能力；最后經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)而把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)進(jìn)行處理，這些步驟在CS5460A芯片內(nèi)就可以完成，但是數(shù)據(jù)進(jìn)制的轉(zhuǎn)換就靠微處理器來(lái)進(jìn)行。在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，執(zhí)行存儲(chǔ)信息或顯示，這些可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的[8]。4.1電壓電流采樣模塊的設(shè)計(jì)在運(yùn)用CS5460測(cè)量電能的過(guò)程中，我們基本上利用電壓電流互感器來(lái)隔離電力線，因?yàn)镃S5460的測(cè)量輸入端有允許通過(guò)的最大電壓電流的限制，而這樣做不僅可以保護(hù)芯片，同時(shí)還可以減少電力線上的各種各樣的干擾信號(hào)對(duì)測(cè)量效果的影響?，F(xiàn)在我們使用的照明線路上的電壓電流有效值為：220V，10A，在這種情況下，我們可以假設(shè)照明線路上的電壓電流的最大額定值分別為：300V，30A。我們使用的電力線是單相二線制交流線路，因此它們屬于正弦曲線的交流信號(hào)，我們通常是以最大值的0.7071倍來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。但是，在實(shí)際上，電力線上的交流信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)，所以我們采用其最大值的0.6倍來(lái)進(jìn)行計(jì)算?；ジ衅魇且环N高精度、低阻抗的元器件，同時(shí)它能夠在存在高次諧波的條件下，它的延時(shí)都會(huì)很少。在使用互感器對(duì)電路進(jìn)行隔離后，CS5460的輸入端口就不需要再次運(yùn)用其他方法進(jìn)行隔離。圖4-1電流電壓采集和調(diào)理電路連接圖4.1.1電壓調(diào)理電路在被測(cè)電壓接入CS5460之前，我們要對(duì)其進(jìn)行降壓處理。而在這次設(shè)計(jì)中，我們使用了2MA/2MA的電壓互感器來(lái)進(jìn)行降壓處理。不過(guò)，這個(gè)型號(hào)的電壓互感器在接入電力線之前一定要連接一個(gè)110K歐的電阻，把電力線的電壓轉(zhuǎn)換成2MA以下的電流，以保護(hù)電壓互感器。電路經(jīng)過(guò)電壓互感器之后，在電壓互感器的輸出端連接一個(gè)電阻，其要小于62.5歐，因?yàn)镃S5460測(cè)量電壓輸入端的最的值為125MV，這個(gè)電阻的作用就是把電流再轉(zhuǎn)換成電壓。然后，在電壓互感器的二次側(cè)上接上一定大小的電阻電容，進(jìn)而構(gòu)成RC濾波電路，對(duì)輸入的電壓執(zhí)行濾波操作。4.1.2電流調(diào)理電路在電流調(diào)理部分中，還是那句話，CS5460不能直接連接到電力線測(cè)電流，這次可以運(yùn)用1000/1的電流互感器，本次使用的電流互感器是兩個(gè)引腳的，我們把電力線從互感器的中間穿過(guò)當(dāng)作一次側(cè)，而它的兩個(gè)引腳就作為二次側(cè)輸出端，不過(guò)，我們要記得在二次側(cè)上接上負(fù)載，這樣才能保護(hù)互感器，剩下的電路和電壓調(diào)理部分相同，也是連接RC濾波網(wǎng)絡(luò)，對(duì)輸入的電流執(zhí)行濾波操作。4.2CS5460A的外部電路單片機(jī)STC89C51的控制指令集以及管腳都與Inter系列的微控制器相兼容，微處理器內(nèi)部有一個(gè)可以擦寫(xiě)的程序寄存器和一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，它們的大小分別為4K字節(jié)和256字節(jié)。其工作原理與8031微處理器相同。CS5460芯片與微處理器的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)串口傳輸方式來(lái)進(jìn)行的，這一樣做可以大大減少數(shù)據(jù)傳輸是所需要的I/O口，這樣可以為單片機(jī)省下大量的端口，從而可以讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更多的功能。圖4-2CS5460外部電路連接圖由圖4-2可知CS5460A的1和24引腳接晶振，其中圖中引出的引腳除了電壓電流輸入信號(hào)外就是指STC89C51的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4引腳分別與CS546OA的SDI、RST、SCLK、SDO、CS引腳進(jìn)行交換數(shù)據(jù)。CS5460A的數(shù)據(jù)重置管腳RES與微處理器STC89C51的P1.1引腳連接，并由微處理器STC89C51向CS5460A提供復(fù)位信號(hào)。4.3數(shù)碼管連接電路這次設(shè)計(jì)中，顯示部分是運(yùn)用數(shù)碼管進(jìn)行顯示的，如圖4-3所示，可以知道，數(shù)碼管沒(méi)有直接與微處理器進(jìn)行連接，而是通過(guò)138譯碼器和74H753鎖存器來(lái)與微處理器連接。138譯碼器的輸出端口與數(shù)碼管的位選端的端口相連，其中138譯碼器的A、B、C三個(gè)輸入端口分別與單片機(jī)的P3.5、P3.6、P3.7口相連；74H573鎖存器則連接數(shù)碼管的段選端的端口，同時(shí)也是為了驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，它輸出的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)100歐的電阻連接到數(shù)碼管的段選端端口。圖4-3數(shù)碼管的接線圖4.4組合鍵盤(pán)連接電路本次設(shè)計(jì)的智能電表上已經(jīng)使用的按鍵中都有屬于自己對(duì)應(yīng)的功能，它可以讓用戶按鍵查詢本月、上月、上上月中各個(gè)月的電總量。還可以查詢瞬時(shí)電流值、瞬時(shí)電壓值、電壓有效值電流有效值、瞬時(shí)功率值。雖然本次設(shè)計(jì)只是使用鍵盤(pán)組中8個(gè)按鍵，但是每個(gè)按鍵都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)功能。圖4-4鍵盤(pán)組的連接圖如圖4-4所示本次設(shè)計(jì)的組合鍵盤(pán)采用由P2.7、P2.6、P2.5、P2.4口四根數(shù)據(jù)線提供行線，P2.3、P2.2、P2.1、P2.0提供列線組成的行列式組合鍵盤(pán)。在鍵盤(pán)組的設(shè)計(jì)中，每一個(gè)按鍵的兩端分別連接到不同的I/O口，把16個(gè)按鍵擺放成4*4的形式，這樣就可以看到每個(gè)按鍵都是設(shè)置在每一行每一列的各個(gè)交點(diǎn)上，同時(shí)把行線或列線上其中一個(gè)端口接上一個(gè)10K歐的上拉電阻，這樣就構(gòu)成成了我們所說(shuō)的組合鍵盤(pán)。鍵盤(pán)組的掃描是把行和列分開(kāi)進(jìn)行的。其方法是:給P2.3、P2.2、P2.1、P2.0列線端口都設(shè)置為低電平，然后把行線電平情況讀到累加器內(nèi)。假如某一個(gè)鍵被按下，則這個(gè)鍵所在的列線的電平就會(huì)變成邏輯零，因此行線的輸入就不會(huì)全部為零。如果鍵盤(pán)組中有按鍵被按下，則我們就會(huì)把列線逐一置為邏輯零，再對(duì)行線進(jìn)行檢查其輸入的狀況。假如全為高電平，那么所按下的就鍵不可能在這一行，假如不全補(bǔ)是高電平，那么所按下的鍵就一定在這一行行。本次設(shè)計(jì)只使用了組合鍵盤(pán)中的一半按鍵，剩下的按鍵暫時(shí)空在那，可以根據(jù)用戶的需要，在系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的情況下，通過(guò)編程增加更多不同的功能。4.5EEPROM連接電路圖4-5X5045連接電路圖圖4-5所示為X5045芯片與單片機(jī)的硬件接線圖，從圖中我們看到X5045的復(fù)位重置端口連接到單片機(jī)STC89C51的9腳，而這一管腳的連接是X5045芯片要實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗作用所必須的。STC89C51的P1.6、P1.7、P3.0、P3.1引腳分別與X5045的CS、SO、SI、SCLK引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。寫(xiě)保護(hù)引腳WP與電源相連。4.6時(shí)鐘芯片DS1302連接電路圖4-6DS1302與單片機(jī)的連接圖DS1302與單片機(jī)STC89C51的連接只需三條線SCLK、I/O、RST分別與STC89C51的P3.2、P3.3、P3.4連接。在雙電源供電的情況下，運(yùn)用微機(jī)系統(tǒng)的電源作為主電源。在這種連接方式中，可以保證智能電表在斷電的情況下，時(shí)鐘芯片繼續(xù)運(yùn)行，以保證時(shí)間數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。DS1302由Vcc1/Vcc2兩者中的較大一個(gè)供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí),Vcc2給DS13O2提供電能;當(dāng)Vcc1大于Vcc2+0.2V時(shí),Vcc1給DS1302提供電能。第5章軟件部分的設(shè)計(jì)5.1主程序流程本次設(shè)計(jì)的電能表的運(yùn)行時(shí)間順序主要為:當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)通電之后，微處理器就對(duì)各個(gè)芯片執(zhí)行初始化命令，然后進(jìn)入的循環(huán)，而且還是個(gè)死循環(huán)；在循環(huán)過(guò)程中，微處理器先運(yùn)行清看門(mén)狗的子程序；然后讀取CS5460的電能寄存器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)1S的延時(shí)再次讀取該寄存器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行累加；再然后，讀取時(shí)鐘芯片的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，判斷代表月份的數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生變化，如果是就把累加的數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)寄存器X5045中；最后，運(yùn)行按鍵掃描的子程序，如果查詢到某個(gè)按鍵并確定他已經(jīng)按下，然后就跳到相應(yīng)的子程序中。智能電表的執(zhí)行過(guò)程如圖5-1。根據(jù)圖5-1來(lái)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行編程，從而達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)使所需要的功能。圖5-1智能電表的主程序控制順序程序框圖5.2CS5460數(shù)據(jù)交換方法CS5460芯片中包含有16個(gè)24位不同類型的寄存器，它們分別是實(shí)現(xiàn)配置、直流電流偏移、交流電壓、直流/交流電流增益、直流/交流電壓增益、周期計(jì)數(shù)、脈沖速率、有符號(hào)、無(wú)符號(hào)、時(shí)基校準(zhǔn)、功率偏移、交流或電壓的偏移、狀態(tài)、屏蔽、控制等功能的16個(gè)不同類型的寄存器。它們是主要是用來(lái)對(duì)CS5460進(jìn)行配置、輸入端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和串行端口的輸入輸出來(lái)進(jìn)行。這些寄存器所相應(yīng)的地址如下表5-1所示：表5-1CS5460A的內(nèi)部寄存器相對(duì)應(yīng)的名稱和地址其中，當(dāng)A為1或0時(shí)，分別表示寫(xiě)和讀寄存器。CS5460芯片的串行通訊接口有一個(gè)緩沖區(qū)，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，CS5460會(huì)對(duì)單片機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行解析。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)在上升沿的時(shí)候，CS5460就會(huì)對(duì)單片機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行解析，當(dāng)命令解析完畢之后，CS5460就會(huì)立即執(zhí)行相應(yīng)的命令，當(dāng)它與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，緩沖區(qū)就會(huì)用來(lái)暫時(shí)存放發(fā)送或接收與微處理器交換的數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，CS5460芯片就會(huì)被初始化，同時(shí)它還會(huì)處在有效的操作狀態(tài)中，也就是說(shuō)，系統(tǒng)上電之后，CS5460芯片就等待單片發(fā)送命令字。當(dāng)芯片上的狀態(tài)機(jī)接收到有效的命令字以后，他就會(huì)立刻進(jìn)行解碼，同時(shí)命令轉(zhuǎn)換器就會(huì)做出相應(yīng)的動(dòng)作。要對(duì)CS5460芯片的某一寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)就要經(jīng)過(guò)串行端口來(lái)進(jìn)行，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟钜矔?huì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)亩丝赟DI口來(lái)進(jìn)行傳輸，并且先從高位開(kāi)始傳送8位代碼字實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。假如命令字中含有寫(xiě)操作命令時(shí)，串行端口將會(huì)在之后的24個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，記錄方式還是按照高位在先的原則。寫(xiě)操作需要24位數(shù)據(jù)，而讀操作可能需要8位、16位或者24位不等。如果單片機(jī)在讀取寄存器的數(shù)據(jù)是，又發(fā)送新的命令，那么之前的讀操作就會(huì)立即停止，并執(zhí)行新的命令。我們可以根據(jù)串口傳輸?shù)臅r(shí)序來(lái)編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的子程序。5.3時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)流程智能電表中的時(shí)間是由DS1302來(lái)提供的，它與單片機(jī)是通過(guò)串行端口來(lái)進(jìn)行通訊的。如果電表要進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)時(shí)，單片機(jī)就會(huì)向它發(fā)送相應(yīng)的命令；如果系統(tǒng)要判斷時(shí)間時(shí)，就會(huì)讀取它的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，并且與之前所得的實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行比較，從而得出相應(yīng)的結(jié)果。時(shí)鐘芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)全部都是有單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的命令，在由其進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作，時(shí)鐘芯片所有數(shù)據(jù)的傳輸都是根據(jù)命令來(lái)執(zhí)行的。比如說(shuō)它的最高位就一定要置為高電平時(shí)才會(huì)有效，否則的話就會(huì)不允許對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行寫(xiě)操作，只能讀里面的數(shù)據(jù)。位6為邏輯零時(shí)就表示對(duì)時(shí)鐘數(shù)據(jù)執(zhí)行讀寫(xiě)，反之就是對(duì)RAM實(shí)行讀寫(xiě)。當(dāng)最低位被置為低電平時(shí)，就可以把數(shù)據(jù)寫(xiě)入芯片中，反之就是把芯片的數(shù)據(jù)讀出來(lái)。而在串行時(shí)鐘的上升沿，數(shù)據(jù)就會(huì)寫(xiě)入芯片，在下降沿，數(shù)據(jù)就會(huì)從芯片中讀出來(lái)，并且每個(gè)數(shù)據(jù)都是從最低位開(kāi)始讀起。最后，剩下的5個(gè)位就表示為芯片內(nèi)指定的寄存器。下表5-2為DS1302命令字的格式：表5-2DS1302的命令格式1RAMA4A3A2A1A0RDCKWR765432105.4外部寄存芯片的讀寫(xiě)流程在X5045芯片中包含三個(gè)寄存器，其中它們分是指令、狀態(tài)和寫(xiě)使能等寄存器。它與微處理器是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)行連接的。串行端口SI是用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模珻S端口和WP端口則分別是給芯片提供片選信號(hào)和寫(xiě)保護(hù)信號(hào)的，其中CS在低電平是有效，WP在高電平時(shí)有效，而它與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳入是在串行時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行的，也就是說(shuō)在下降沿時(shí)輸出數(shù)據(jù)。該芯片的數(shù)據(jù)全部由高位開(kāi)始。不過(guò)在進(jìn)行寫(xiě)操作之前，我們要先執(zhí)行WREN命令，這是要讓寄存器能夠進(jìn)行寫(xiě)操作，在寫(xiě)完數(shù)據(jù)之后要進(jìn)行復(fù)位，運(yùn)用WRDI指令。同時(shí)，我們能夠利用狀態(tài)寄存器，對(duì)看門(mén)狗的執(zhí)行的定時(shí)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。下表5-3為X5045的命令名稱及其格式：表5-3X5045的命令名稱及其格式假如要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)的上升沿期間被鎖存在輸入線上，那么該數(shù)據(jù)就會(huì)在串行數(shù)據(jù)信號(hào)的下降沿傳送到輸出線上。單片機(jī)STC89C51與X5045的接口軟件設(shè)計(jì)中，要設(shè)置X5045的使能鎖存器、讀狀態(tài)寄存器和看門(mén)狗的初始值，同時(shí)還要編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的子程序，只有這些還不夠，我們還要編寫(xiě)字節(jié)的讀寫(xiě)子程序。我們把這塊芯片的相應(yīng)的子函數(shù)合理的調(diào)用，那么我們想要它執(zhí)行的功能就會(huì)