基于单片机的多功能电能表设计

基于单片机的多功能电能表设计内容摘要：

图所示。 从图可见， 即使在稳定负载条件下 CF 输出频率仍然随时间变化，这种频率的变化是由瞬时有功功率信号中的 cos(2ωt)成分引起的。 CF 输出频率能高达 F1 和 F2 输出频率的2048 倍。 CF 能以较高的频率输出，是因为在对瞬时有功功率进行累加完成频率转换的过程中，采用了较短的累加世间。 较短的累加世间意味着减弱了对 cos(2ωt)的平均作用，于是部分瞬时功率信号成分通过了数字－频率转换器，但这在实际应用中不成为问题。 当 CF 用于校验时， CF 输出频率还应该用频率计度器进一步平均，以消除纹波。 如果 CF 用于带微处理器的电能计量场合， CF 也 应该进行平均后再计算功率。 F1 和 F2 以很低的频率输出，对瞬时有功功率已有足够的平均作用，因此大大衰减了正弦分量，获得几乎无纹波的输出。 山东科技大学学士学位论文 脉冲输出的电能计量集成电路 13 图 有功功率到频率的转换 传递函数 AD7755 通过计算通道 1 和通道 2 两个输入电压的乘积，然后对乘积进行低通滤波，获取有功功率信 息。 再将这个有功功率信息进一步转换成频率，以低电平有效的脉冲信号从引脚 F1 和 F2 输出。 这个脉冲信号的频率是相当低的，例如，在 S0=S1=1， 交流输入的情况下，最高频率仅。 这意味着，这个频率是对有功功率信号经过相当长时间累计后产生的，因此这个输出频率与平均有功功率成正比，有功功率的平均过程是隐含在数字－频率转换中完成的。 输出频率与输入电压大小有关，由下式确定： VFVV R E FGF 24121 /)(  式中： F―― 引脚 F1， F2 输出的脉冲频率（ Hz） V1―― 通道 1 差动输入电压有效值（ V） V2―― 通道 2 差动输入电压有效值（ V） G――1 ， 2， 8， 16，取决于 PGA 的增益，由 G0 和 G1 的逻辑输入确定 VREF―― 基准电压（ 177。 8%）（ V） F14―― 由主时钟 CLKIN 分频获得，分频系数由 S0 和 S1 确定 山东科技大学学士学位论文 脉冲输出的电能计量集成电路 14 S1 S0 F14（ Hz） 分频系数 0 0 221 0 1 220 1 0 219 1 1 218 表 F14 的频率选择（ CLKIN=） 交流输入的最高输出频率总是直流输入的一半。 表 列出了所有可能的最高输出频率。 S1 S0 最高输出频率 直流输入 交流输入 0 0 0 1 1 0 1 1 表 F1 和 F2 的最高输出频率 脉冲输出 CF 端主要用于仪表校验。 CF 端输出的脉冲频率可高达 F1和 F2 的输出脉冲频率的 2048 倍。 F14 频率选的越 高 ， CF 的倍率越高（高频 方式 SCF=0,S1=S0=1 的情况出外）。 表 给出了两者之间的关系，它们取决于逻辑输入 S0， S1 和 SCF 的状态。 因为 CF 输出的频率比较高，它与瞬时有功功率成正比。 如同 F1 和 F2 一样， CF 输出频率也是在相乘后经低通滤波器获得的。 然而，因为输出频率较高，有功功率累积的时间非常山东科技大学学士学位论文 脉冲输出的电能计量集成电路 15 短，因此在数字－频率转换过程中完成的平均作用较小。 由于对有功功率信号的平均作用较小，所以 CF 的输出对功率波动的影响比较敏感。 SCF S1 S0 F14（ Hz） CF 的最高输出频率（ HZ） 1 0 0 128*F1， F2= 0 0 0 64*F1， F2= 1 0 1 64*F1， F2= 0 0 1 32*F1， F2= 1 1 0 32*F1， F2= 0 1 0 16*F1， F2= 1 1 1 16*F1， F2= 0 1 1 2048*F1， F2=5570 表 CF 的最高输出频率（交流信号） 山东科技大学学士学位论文 74HC164 与 LED 数码显示 16 3 74HC164 与 LED 数码显示 八位串入、并出移位寄存器 74HC164 . 概述 74HC164 是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。 74HC164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。 数据通过两个输入端（ A 或 B）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。 两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。 时钟 (CLK) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（ A 和 B）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。 主复位 ( MR________ ) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。 . 特性 门控串行数据输入 异步中央复位 符合 JEDEC 标准 no. 7A 静电放电 (ESD) 保护： HBM EIA/JESD22A114B 超过 2020 V MM EIA/JESD22A115A 超过 200 V。 多种封装形式 额定从 40 176。 C 至 +85 176。 C 和 40 176。 C 至 +125 176。 C。 . 逻辑图与引脚说明 山东科技大学学士学位论文 74HC164 与 LED 数码显示 17 图 74HC164 的逻辑图 引脚说明 符号 引脚 说明 A 1 数据输入 B 1 数据输入 Q0~Q3 3~6 输出 GND 7 地 (0 V) CLK 8 时钟输入（低电平到高电平边沿触发） MR____ 9 中央复位输入（低电平有效） Q4~Q7 10~13 输出 VCC 14 正电源 罗 LED 数码管显示 简介 LED 数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。 这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。 当数码管特定山东科技大学学士学位论文 74HC164 与 LED 数码显示 18 的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的个 8数码管字样。 发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。 常用 LED 数码管显示的数字和字符是 0、 A、 B、 C、 D、 E、 F。 LED 数码管 具有许多优点，它不仅有工作电压低 (～ 3V)、体积小、寿命 长、可靠性高等优点，而且响应速度快 (≤100ns)、亮度比较高。 一般 LED 的工作电流选在 5~10mA，但不允许超过最大值（通常为 50mA）。 LED 可以直接由门电路驱动。 共阴和共阳 LED 数码管几种八段编码表 显示数字 共阳 共阴 小数点亮 小数点暗 小数点亮 小数点暗 0 40H 0C0H 0BFH 3FH 1 79H 0F9H 86H 06H 2 24H 0A4H 0DBH 5BH 3 30H 0B0H 0CFH 4FH 4 19H 99H 0E6H 66H 5 12H 92H 0EDH 6DH 6 02H 82H 0FDH 7DH 7 78H 0F8H 87H 07H 8 00H 80H 0FFH 7FH 9 10H 90H 0EFH 6FH 表 数码管编码表 74HC164 与 LED 数码管的连接电路图 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eCD a t e : 25 A pr 2 01 2 S h e e t o f F il e : F :\ s i la b s \ 3 60 .D D B D r a w n B y:V i n3ADJ1+ V o ut2W Y 1L M 31 7T 稳压C 1710 4/ 0. 1 uF g f a b d p c d e+5 g f a b d p c d e g f a b d p c d e g f a b d p c d e g f a b d p c d e g f a b d p c d e+5 +5 +5 +5 +5 +5C O M C O M C O M C O M C O M C O MP 1. 0P 1. 1A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U174 H C 1 64+5A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U974 H C 1 64A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U374 H C 1 64A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U674 H C 1 64A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U274 H C 1 64A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U774 H C 1 64A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U874 H C 1 64R61KR 2339 0A1B2CLK8/MR9Q713Q612Q511Q410Q36Q25Q14Q03U574 H C 1 64+5S M 3 S M 4 S M 5 S M 6 S M 7 S M 8R 225. 1KR 215. 1K+574 H C 16 4 显示 g f a b d p c d eC O M S M 2 g f a b d p c d eC O M S M 1 图 74HC164 与 LED 数码管的连接电路图 山东科技大学学士学位论文 串行接口 I2C 总线 19 4 串行接口 I2C总线 I2C 总线介绍 ： I2C(Inter－ Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线， 用于连接微控制器及其外围设备。 它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方便简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。 它通过双向信号线 SDA（串行数据线）和 SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并通过软件寻址识别每个器件，而不需要片选线。 I2C 接口的标准传输速率 标准模式下： 100Kbps， 快速模式下：400Kbps， 高速模式下：。 在 I2C 总线系统中，器件是发送器件还是接收器件由器件的功能决定。 另外 I2C 总线接口在数据传输过程中还可以被区分为主机和从机，总线上主机和从 机的关系并。