智能数显表的设计论文(编辑修改稿)

智能数显表的设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

转换电压输出；端(负端)，外接电容C2；LV(6)：芯片内置电源，低电压端，当VDD 时，此端开路；VDD 时，应将此端接地，以改善电路的低压工作性能；OSC(7)：振荡器外接电容或时钟输出端。 此端不接电容时，振荡频率为10kHz，若需降低内部振荡频率，应外接电容C。 当C=l00pF 时，f≈lKHz；C=1000pF 时，f≈100Hz。 振荡信号亦可由此端引出；VDD(8)：正电源端,～。 本设计中ICL7660的是用来给CD4051提供负电压，： 采样电路设计 此次设计对电流的采样主要运用CS5460A电能芯片，CS5460A 是Crystal 公司推出的用于测电流、电压、功率等的芯片, 是CS5460 的增强版, 精度高、性能强且成本低。 CS5460A 包含两个ΔΣ模数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ 模数转换器。 它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS 和VRMS ，用于研制开发单相2 线或3 线电表 ICL7660的连接图 CS5460A可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。 CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量 成正比。 CS5460A 具有方便的片上AC/DC 系统校准功能。 “自引导”的特点使CS5460A 能独自工作，在系统上电后自动初始化。 在自引导模式中，CS5460A 从一个外部EEPROM 中读取校准数据和启动指令。 使用该模式时，CS5460A 工作时不需要外加微控制器[5]，因此当电表用于大批量住宅电能测量时，可降低电表的成本，： CS5460A的内部结构图 从上图可以看出CS5460A的内部结构是由一个增益为10和50可选的电流通道可编程增益放大器其，一个增益为10的电压通道固定增益放大器，两个同时采样的AD模数转换器，两个高速数字滤波器，两个可选用的高通滤波器，一个功率计算引擎，一个片内电压基准，一个可以检测电力不足或电源故障的电源监视器，一个持续监视串口通讯的看门狗，一个可选的内部时钟发生器，一个双向串行接口，一个电能、脉冲变换器和一个校准用SRAM组成。 CS5460A有很多特性，它的主要特性如下： ； 智能“自引导”,不需要微控制器,具有电能脉冲转换功能； ； ,可以方便地进行读写； ； V 基准（60106/OC）,单电源 +5 V 或双向 177。 10℅电源； ； 、瞬时电流、瞬时功率、电能、电压有效值和电流有效值，能完成电能/脉冲转换； ：%； ； ； ； ：在1000 ：1 动态范围内线性度为 177。 %； 12mW； ： VA+=+5V,VA=0V。 VD+=+3V～+5V或VA+=,VA=。 VD+=+3V CS5460A的引脚图及其各个引脚功能。 ： CS5460A的引脚图 各个引脚的功能描述如下：XOUT ：晶体振荡器输出；XIN ：晶体振荡器输入；CPUCLK ：CPU 时钟输出；VD+ ：数字电路电源正极；DGND ：数字地；SCLK ：串行时钟输入；SDO ：串行数据输出端，当CS 高时，其输出将处于高阻抗状态；CS ：片选；MODE ：模式选择；VIN + ：差分电压正输入端；VIN ：差分电压负输入端；VREFOUT ：参考电压输出；VREFIN ：参考电压输入；VA ：模拟地负极；VA + ：模拟电源正极；IIN ：差分电流负输入端；IIN + ：差分电流正输入端；PFMON ：电源掉电监视输出；NC ：空脚；RESET ：复位输入；INT ：中断输出；EOUT ：电能脉冲输出；EDIR ：能量方向指示输出；SDI ：串行数据输入；由于CS5460A 具有很多优点且方便以后升级成为一个具有测量电流、电压瞬时值，电流、电压有效值，功率和电能，且能与外部进行通信的综合性智能数显表，对于本次设计采用该芯片硬件软件设计都会比较简单，所以此次设计智能数显表的采样电路将选择CS5460A 芯片为核心。 本次设计CS5460A。 其中CS5460A 芯片的RESET 引脚连接STC12C5410 I/O 口，以控制CS5460A复位； 口连接CS5460A 芯片的INT 当普通I/O 口使用，为升级方便，以便于使用中断； 口连接CS5460A 芯片的SDI 引脚；口连接CS5460A 芯片的CS 引脚； 口连接CS5460A 芯片的SDO 引脚；口连接CS5460A 芯片的SCLK 引脚，建立传送数据时序。 CS5460A的连接图 键盘显示电路的设计 各种显示器件的介绍和选择 本次设计中有显示模块，而常用的显示器件比较多，有数码管，LED点阵，1602液晶，12864液晶等。 数码管是最常用的一种显示器件，它是由几个发光二极管组成的8字段显示器件，其特点是价格非常的便宜，使用也非常的方便，显示效果非常的清楚。 小电流下可以驱动每光，发光响应时间极短，体积小，重量轻，抗冲击性能好，寿命长。 数码管只能是显示0——9的数据。 不能够显示字符。 所以一般适合用于只需要显示数字的场合。 LED点阵显示器件是由好多个发光二极管组成的。 具有高亮度，功耗低，视角大，寿命长，耐湿，冷，热等特点，LED点阵显示器件可以显示数字，英文字符，中文字符等，所以它的使用范围比较大的。 1602液晶是工业字符型液晶，能够同时显示16*2即32个字符。 1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 使用时直接编写软件程序按一定的时序驱动即可。 它的特点是显示字迹清楚，价格相对便宜。 12864液晶也是一种工业字符型液晶，它不仅能够显示1602液晶所可以显示的字符，数字等信息，而且还可以显示8*4个中文汉字和一些简单的图片，显示信息也非常的清楚。 使用时也直接编写软件程序按一定的时序驱动即可。 不过它的价格比1602液晶贵了很多[6]。 根据实际需要，本次选择数码管显示，将每相电流电压功率值以四位LED 显示。 LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由4个发光二极管组成，其中7个按‘8’字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。 把8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，我们采用共阳极接法。 当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。 显示电路的设计 由于系统外接的键盘和数码管的数量较多,所以本次设计将采用BC7281A 键盘显示芯片。 BC7281A是数码管及键盘的专用接口芯片。 通过外接位移寄存器(如74HC164,74LS595等)，最多可以控制16位数码管或128只独立的LED。 可以和各种驱动电路配合，适合于任何尺寸的数码管。 除常用的BCD译码和HEX译码外，它还有专注于光柱显示的光柱译码和段寻址译码方式。 BC7281A可以最多连接64键的键盘矩阵。 内部具有去抖功能，键盘为互锁式，扫描到的键值被锁存在内部的寄存器中直至被读出。 BC7281A的主要特点如下： 位或16 位数码管显示或64/128 只独立LED； 键键盘接口内含去抖动功能； 种键盘工作模式，适应不同应用需求； 4. 独具光柱译码方式，可独立控制两条段光柱显示； ； ，闪烁速度软件可调； ，可配合各种形式的驱动电路； ； ； 线高速串行接口 ： BC7281的引脚图 各个引脚功能描述如下：DAT：串行通讯数据端，双向数据传输口，作为输出时需外接上拉电阻。 KEY：键盘有效输出端，该脚输出低电平，并一直保存到键值被读出。 CLK：串行通讯时钟端，下降沿有效。 RST：复位端，低电平有效，内部具有上电复位电路，一般将该脚与VCC 直接相连。 VCC,GND：电源正负端。 OSCO：RC 振荡输出端，一般悬空。 RC：接RC 振荡器端，给内部扫描等电路提供时钟。 SCLK：外接段驱动移位寄存器时钟端。 SDAT：外接段驱动移位寄存器数据端,低位在前。 DIG0～DIG7：位驱动输出端，与第8～15 位显示位驱动共用，同时也是键盘矩阵的行。 BC7281 内部共有26个寄存器,包括16个显示寄存器和10个特殊功能寄存器,所有操作均通过这26个寄存器完成[7]。 1. 显示寄存器(00H～0FH) :可读写的寄存器,分别对应16 个显示位 2. 闪烁开关控制寄存器(10H,19H) :控制显示位的闪烁属性。 由于第0～7 位与第8～15 位共用一组驱动,故第8～15 位显示不能单独控制闪烁属性相应的数据位为1 时,表示该位正常显示。 为0时,该位闪烁。 3. 闪烁速度控制寄存器(11H) :通过将不同的值写入闪烁控制寄存器,可以改变闪烁速度,其值范围为00H～FFH ,值越小闪烁速度越快。 4. 工作模式控制寄存器(12H) :为和各种驱动电路配合,BC7281 有多种工作模式,由工作模式控制寄存器控制。 5. 键值锁存寄存器(13H) :只读寄存器。 当BC7281检测到有效按键后,其值被锁存在此寄存器中, KEY脚输出低电平 6. 译码寄存器(14H～18H) :BCD 译码寄存器为14H ,写入数据格式为:高4 位是显示地址,取值范围0～F ,对应第0～15 位显示。 低4 位是待译码的数据。 HEX译码寄存器为15H ,写入数据格式同上。 16H、17H 为光柱译码器,18H 为段寻址译码器,可独立控制每个显示段。 BC7281的振荡电路 BC7281A 采用外接的RC 振荡电路为显示和键盘扫描提供时钟驱动外接元件的典型，参数为R=，C=20pF ，在VCC=5V 的情况下振荡电路的典型。 BC7281A 的OSCO 端为内部振荡电路的输出端一般将此脚悬空即可。 在电路板布线时振荡电路的元件应尽可能地靠近BC7281A 芯片并尽量使连线最短。 BC7281A的振荡电路 BC7281的复位电路 芯片的RST 引脚为复位端,因为BC7281A 的内部有上电复位电路,在一般情况下不需要特殊的复位电路只需将RST 引脚直接连接到VCC端就可以了。 与单片机的接口电路 BC7281A 与单片机的接口共需要三根线数据线DAT、时钟线CLK 和按键指示KEY，其中时钟线CLK 和按键指示KEY 分别为输入和输出引脚，而DAT 脚则为双向口，其内部为OPEN DRAIN 结构，需要外接一20K 左右的上拉电阻，以使其能可靠地输出高电平。 其中DAT I/O 口，KEY I/O 口，本次不以中断运用，仅方便以后升级，CLK I/O 口。 所示。 BC7281A 的DIG0DIG7 连接位驱动电路。 详细电路图： 位驱动电路 虽然DIG0DIG7 本身具有一定的驱动能力，但为了保证足够的显示亮度且不影响键盘部分的操作应该另加以外部驱动电路，外部驱动电路比较简单，只需要8只NPN型三极管即可三。