基于att7037的电参量表的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于att7037的电参量表的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

窃电功能。 FLTON=0 时选择关闭自动防窃电功能，用户可以根据当前有效电流通道状态CHNSEL()进行通道选择； FLTON=1 时开启自动防窃电功能，防窃电单元根据窃电阈值的 设置，自动选择相应的通道进行计量 [8]。 时钟管理 系统时钟管理模块包含系统时钟生成和系统时钟控制两部分。 系统时钟 fsys 有两种生成形式：一是低频晶振输出 fosc 频率为 32KHz，二是 PLL 输出高频 fpri 频率。 由时钟配置寄存器 CLKCFG 的 SYSCK 位决定。 上电复位后，片上低频振荡电路开始工作， OSC 产生 的时钟，系统时钟来自片上低频晶振电路 fosc,此时钟电路一值保持开启；高频时钟频率由 PLL 电路产生；芯片外围单元 RTC、 LCD、 WDT、 PMU、 TBS 部分的时钟直接来自低频晶体振荡电路的输出 fosc，外围单元 SPI、 I2C、 PWM 和处理器 R8051XC 的时钟都来自系统时钟 fsys，即可选择低频时钟 fosc，也可选择高频时钟 fpri。 电能计量单元 EMU 的时钟来自于 fpll 分频后的固定频率。 红外 38K 模块时钟由 fpll 分频提供[9]。 外部低频晶体振荡电路是为外部 的晶体而设计的， OSCI 是晶体振荡电路的输入引脚， OSCO 是晶体振荡电路的输出引脚。 上电复位后，外部低频晶体振荡电路开始工作，输出 时钟， 振荡电路的工作不受复位的影响，也不受系统运行模式福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 6 的影响，外部低频晶体振荡电路提供 RTC 的时钟，也可作为系统节电模式的系统时钟源 [6]。 WDT Watchdog Timer 是一个特殊的定时器，计时计满预定时间则发出溢出脉冲，产生 WDTR 复位信号；在溢出脉冲发生前将 Watchdog Timer 清零，则不会发出 WDTR 复位。 特点如下：采用硬件狗设计 ； SLEEP模式下 WDT开启 /关闭可选 ； 可以通过外部引脚 JTAG_WDTEN进行控制。 Altium Designer 原理图设计基础 电路设计的一般步骤 一般情况下，一个产品的的电路设计目的就是获得印制电路板。 这个过程的电路设计有 5 个主要步骤如下： ，主要依靠 Altium Designer 的原理图设计系统来实现。 ，通过网络表连接原理图设计和印制电路板设计，网络表可以从原理图和印制电路板中的任何一个中获得。 ，印制电路板的设计是基于 Altium Designer 另外一个部分 pcb来实现的，在这个过程中完成电路板的板面设计，并完成 想对复杂的布线工作。 ，其有关报表和打印印制电路板图也是重要的步骤。 ，在 pcb制造之前，生成钻孔文件和光绘文件也是必不可少的 [10]。 原理图设计的一般步骤 原理图的设计是电路设计的基础，原理图设计的质量关系到后续设计的进展。 一般来说原理图的设计包括： ，应该根据实际电路的大小来设置图纸的尺寸。 ，根据电路的具体情况，从元件库中选取电路中需要的元件逐 一放在工作平面上。 再根据实际情况调整元件在工作平面上的位置，并定义、设置元件的封装。 ,利用 Altium Designer 的工具和指令进行走线，用具有电气意义的导线和符号将各个元件按电路需要连接起来，构成一个正确的原理图。 ,为了保证原理图的正确和美观，需要对 所绘制的原理图做进一步的调整，包括导线位置的调整，图形大小、属性、以及排列的调整。 pdf文件， 这个过程是管理设计的图形文件输出 [10]。 基于 ATT7037的电参量表的设计 7 第 3 章 硬件电路的设计 在整体方案的指导下，本次设计主要做硬件电路的设计运用模块化的设计方法去进行硬件电路的设计。 本次设计硬件电路主要包括以下几个部分 :单片机最小系统、电源模块、交流电量采集模块、 RS232 串行通信、 LCD 显示电路、按键电路、报警电路等。 下面对各个模块的硬件电路设计进行一一介绍。 ATT7037 最小系统 ATT7037 最小系统由 ATT7037 芯片、模拟电源电路、 JTAG 接口电路、时钟电路、复位电路组成。 将这些电路连接在一起就构成了 ATT7037 最小系统。 最小系统原理图如下： 图 31 ATT7037最小系统原理图 ATT7037芯片 ATT7037是一款单相多功能计量 SOC（ System on Chip）芯片，高性能，低功耗。 芯片内部有三路 ADC，可同时提供两路计量功率及两路校验参数，支持单相两线制、单相三线制。 支持防窃电功能，窃电阈值可灵活设置； 提供三路 ADC 的原始采样数据和同步波形采样数据；电流和电压采样通道具有 4级模拟 /数字增益可调，支持分流器和互感器直接接福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 8 入 ；片内基准电压： 177。 2%（温度系数177。 25ppm/℃）； 提供有功、无功、视在电能脉冲输出，并开放 快速脉冲计数寄存器，可保存掉电电能 ；提供多种电能累加方式 [6]。 ATT7037引脚定义如表 表 表 所示： 表（ 1） ATT7037芯片引脚功能介绍 表（ 2） ATT7037芯片引脚功能介绍 基于 ATT7037的电参量表的设计 9 表（ 3） ATT7037芯片引脚功能介绍 福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 10 模拟电源电路 模拟电源电路主要功能是将 + 的电源信号转换成单片机内部 A/D 转换器使用的电源信号。 电路图如下 : 图 32 模拟电源电路 其中的普通电容 c40， c33主要是去耦合，正常来说取。 极性电容 c37， c39主要是稳压的功能，正常取 10uF。 JTAG 接口电路 JTAG 是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试，跟其他高级芯片一样，ATT7037同样也适合用 JTAG 来测试。 JTAG 引脚功能如下： TCK 可以用来测试时钟输入，数据从 TDI 引脚输入，数据从 TD0输出， TMS 提供多种测试模式选择。 每种型号的单片机都有相应的仿真器用来支持在线调试，如果单纯想把编译好的目标文件下载到芯片内部，可以自己制作下载编译器。 下载程序的引脚是 、 、 ，外加一根驱动线即可。 在电路设计时特别要注意的是 JTAG 口与 PC 并口的连接线要尽可能短，原则上不大于 15cm。 还有 6和 8引脚要接地才能把程序烧写进去 [11]。 JTAG 接口电路图如下所示： 图 33 JTAG接口电路 基于 ATT7037的电参量表的设计 11 在实际应用中正常需要上拉电阻或者下拉电阻。 其电阻值也需要根据接口电路器件的数目进行调整，一般情况下取 10k。 时钟电路 单片机内部有产生振荡信号的放大电路，可以产生单片机的时钟。 该振荡电路即时钟电路由单片机内部放大电路，外接晶振等器件构成。 XTAL1 与 XTAL2 是芯片内部振荡电路的输入端，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。 在 XTAL XTAL2 的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。 一般来说晶振可以在 ~12MHz之间任选，但是频率越高功耗就越大。 本设计由于采用了串口通信，常用波特率通常按规范取 1200,2400,4800,9600...若采用 晶振 12MHz 或 6MHz，计算出来的 T1 定时器初值将不是一个整数，这样通信时便会产生误差，进而产生波特率误差，影响串行通信的同步性能。 而使用 的晶振可以得到非常准确的数值，误差为 0。 因此本设计采用 的晶振。 ATT7037 芯片内部有一个高增益的反向放大器，两端接晶振及两个电容，就构成自激振荡器。 两个电容通常取 15pF 或者 30pF，这里取 c4=c5=30pF。 电路如图 34所示： 图 34 时钟电路 复位电路 复位电路分成两部分，第一部分是系统 上电时，单片机自动复位一次： 由电容串联电阻构成 ,由图并结合 电容电压不能突变 的性质 ,可以知道 ,当系统一上电 ,RST 脚将会出现高电平 ,并且 ,这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定 .典型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位 ,所以 ,适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位。 福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 12 第二个功能就是当系统运行出现故障， 当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位 ， 可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。 ATT7037芯片有一个复位引脚 RST，低电平有效。 在时钟电路工作以后 在外部电路的影响下，如果 RST 端出现 24个振荡周期以上的低电平，系统复位。 正常来说只有 RST 引脚上保持 10ms 以上的低电平才能保证有效复位。 本次采用的是手动复位即使用按键使电路复位，按键按下后，电容可以为 RST 引脚提供低电平实现复位。 RST 引脚低电平持续时间取决于复位电路的时间常数 RC 之积，大约是 正常上拉电阻比较大取 10k，因此外接电容 c 可以减少到 到 ,本次取[8]。 复位电路如图 35所示 : 图 35 复位电路 电源模块 电源模块的主要作用是将生活中 的 220V 交流电压变成 直流电压供单片机使用。 电源模块电路原理图如图 36所示 : 图 36 电源电路 基于 ATT7037的电参量表的设计 13 220V 交流电经变压器降压以后，经全桥整流电路整流后变为直流电压，经电容滤波，输入到稳压器 W1，这时候就可以在输出端得到稳定的 5V 直流电压。 再经过另一个稳压器W2就可以在输出端得到稳定的 直流电压，正好供单片机使用。 两个稳压器的输入端和输出端的普通电容主要是起到去耦合的作用，故全部取值为。 而极性电容主要起到稳压的作用，数值较大，全部取 10uF。 这些电容使得输入电压信号和输出电 压信号的性能达到很大的改善。 交流电量采集模块 交流电量采集模块中， 0~5A 的交流电流输入经电流互感器，电流互感器接精密电阻，变换成电压信号，经过电容滤波，滤除干扰信号，然后进行电压平移，进行采样。 0~250V交流电压输入经电压互感器，变换电压，经滤波处理，滤除干扰信号，然后进行电压平移，行采样。 采样好的信号存入单片机的 RAM中供软件处理 [12]。 交流采集电路如图 37所示： 图 37 交流电量采集原理图 在交流电量采集电路中，电阻的取值主要取决于电流互感器和电压互感器的变比，本次设计采用的 电压互感器是 HPT205A，原边电流为 2mA，副边电流为 2mA，电压互感器原边输入电压是 220V，故电阻 R10=220/=110k。 因为副边电流为 2mA，采样电压通道的电福州大学本科生毕业设计 (论文 ) 14 压约为 ，故 R11 与 R12 大约取 3k 欧姆。 采用的电流互感器是 HCT204B，原边电流 2A，副边电流 ，采样电压同样是 ，由（ R7+R8+R9） //R6=，大概可得 R6=2k，R7=2k， R8=1k， R9=1k，去耦合电容全部取 [13]。 RS232串行通信 以 51 为内核的 ATT7037 芯片输入和输出电平都是 TTL 电平，跟 PC 机的 RS232C 标准串行接口的电气规范差别很大。 在 TTL 电平中，用 +5V 表示高电平 1，用 0V表示低电平 0：RS232C 标准电平用 3V~15 表示高电平 1，用 +3V~+15V 表示低电平 和 pc 机之间的通讯，必须进行电平转换。 本次采用 MAX232 单芯片实现他们之间的通信。 采用 MAX232 接口的单片机与 pc机的串行通信电路如图 38所示： 图 38 采用 MAX232接口的串行通信电路 在实际应用中，因为期间 对电源噪声很敏感，所以 C1+、 C C2+、 C C1 C1C20 必须要去耦合，所以取值为 的电解电容，提高抗干扰能，在实际应用中可以选用 的非极性瓷片电容代替 电解电容。 可用 T1I 接单片机的串行发送端 TXD：R1o 接单片机的串行接收端 RXD： T1o 接 pc 机的 RS232 串口接收端 RXD： R1I 接 pc 机的RS232串口发送端 TXD。 MAX232 芯片中的两路接受、发送可以任选一路作为接口。 显示电路 显示电路采用的是液晶显示，液晶体积小，功耗低，显示操作简单，被广泛应 用。 本次设计显示电路采用的是 1602LCD，它是 5V 电压驱动，带背光，可显示两行，每行 16 个字符，内置含 128 个字符的 ASCII 字符集字库，为并行接口。 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚： VSS 为电源地 第 2 脚： VCC 接 5V 电源正极 基于 ATT7037的电参量表的设计 15 第 3 脚： V0 为 液晶显示器 对比。