基于单片机的多功能电表设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的多功能电表设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

ADE7755 只在 ADC 和基准源中使用模拟电路 ,所有其它信号处（如相乘和滤波）都使用数字电路 , 这使 ADE7755 在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。 ADE7755 引脚 F1 和 F2 以较低频率形式输出有功功率平均值 ,能直接驱动机电式计度器或与微控 制器（ MCU）接口。 引脚CF 以较高频率形式输出有功功率瞬时值 ,用于校验或与 MCU 接口。 ADE7755内部包含一个对 AVDD 电源引脚的监控电路。 在 AVDD 上升到 4V 之 前 ,ADE7755 一直保持在复位状态。 当 AVDD 降到 4V 以下 ,ADE7755 也被复位 ,此时 F1,F2 和 CF 都没有输出。 内部相位匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的 ,无论通道 1 内的高通滤波器（ HPL）是接通的还是断开的。 内部的空载阈值特性保证 ADE7755 在空载时没有潜动。 额 ADE7755单相表计量 原理框图 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 基于单片机的多功能电表设计 5 图 21 AD7755面临的问题及注意事项 1，在某些特殊场合的使用过程中 ,有时会出现 AD7755 的 CF 和 F1/F2 两个输出有不同步现 象 ,这是由于在负载电流小于国际标准 IEC1036 和国家标 GBN7215规定的启动电流时 (AD7755 的启动电流要小于标准规定的启动电流 ),AD7755 的CF 端的工作方式和 F1/F2 端的工作不完全相同 ,F1/F2 端可能会处于工作和不工作之间 ,导致两端口输出不完全一致 ,按标准规定 ,负载电流小于启动电流 ,电能表可以不作计量 ,因此虽然不同步但输出结果都符合国家标准。 2，为了使电源的纹波和噪声减小到最低程度 ,DVDD(数字电源引脚 )、 AVDD(模拟电源引脚 )REFIN/OUT(基准电压输入输出引脚 )都应使用 10μ F电容并联 100nF瓷介电容进行去耦。 3， CF的输出即使在稳定负载条件下仍然随时间变化 ,这种变化是由于瞬时有功功率信号中的 cos2ω t 引起的 .CF 以高频输出时 ,对瞬时有功功率进行累加完成频率转换的过程 ,累加时间较短 ,减弱了对 cos2ω t 的平均作用 ,部分瞬时功率信号成分通过了数字 — 频率转换器 ,解决办法是 CF的输出频还应该用频率计数器进一步平均 ,消除纹波。 CF 用于带微处理器的计量场合 ,也应平均后再计算功率。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 基于单片机的多功能电表设计 6 4， AD7755 是对 ESD(静电放电 )敏感的器件 ,在人体和测试设备上的静电荷很容易累计高达 4000V,并 在没有察觉的情况下被放电 ,虽然有 ESD 保护电路 ,但高能量的放电仍能造成器件的永久性损坏 ,因此应该采取静电放电预防措。 数据处理部分 此部分由 825单片机和 LCD 显示电路组成 .芯片 8253 内部有 3 个独立 16位计数器 ,计数频率达 2MHz,而 AD7755 在输入满度交流信号的情况下 ,CF 的最高输出频率为 ,完全可满足 AD7755 的计数要求 ,可通过单片机的控制实现多路测量 .内部定时器设定积分时间内对 CF 输出的脉冲计数 ,平均功率正比于平均频率 :平均功率 =脉冲个数 /积分时间 .一个周期内消耗的 电能为 :电能 =平均功率积分时间 =脉冲个数 .本文重点分析三相交流电的测量 .[2]三相交流电有三相三线制和三相四线制 ,三相三线制一般 iA+iB+ic=0,其三相有功功率为 P=uANiA+uBNiB+uCNiC=uANiA+uBNiBuCN(iA+iB)=uACiA+uBCiB (4) 三相四线制其三相有功功率之和为 P=uANiA+uBNiB+uCNiC (5) 由式 (4),式 (5)可知 ,三相三线制功率输入信号为线 电压和相电流 ,三相四线制为相电压和相电流 ,我们可在测量原理图的基础上用图 4 对三相有功功率进行测三线四线制时 ,直接取 3个相电压和 3 个相电流分送 3个 AD7755,AD7755 输出脉冲送 8253,由它的 3个独立计数器计量功率脉冲 .三相三线制只需接 2个 AD7755,另一个 AD7755 没有脉冲输出 ,对应计数器值为零。 图 22： 三相有功功率测量原理示意图 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 基于单片机的多功能电表设计 7 AD7755 有关电路 核心芯片，分流器，分压电路，基本电压源，保护电路，光电耦合器输出电路。 图 23： 原理示意图 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 基于单片机的多功能电表设计 8 第三章 多功能电表核心 74HC164与 LED数码显示 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 20xx 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 +12 5 176。 C。 中央 处 理器（ CPU）。 是 单 片机的核心 单 元，通常由算 术逻辑运 算部件 ALU 和控制部件构成。 CPU就象人的大 脑 一 样 ， 决定了单 片机的 运 算能力和 处 理速度。 并行 输 入 /输 出 （ I/O）口 :通常 为独 立的 双向 口，任何口既可以用作 输 入方式，又可以作 输 出方式，通过软 件 编 程 来设 定。 现 代的 单 片机的 I/O 口也有不同的功能 ，有的 内 部具有上拉或下拉 电阻 ，有的是漏极 开 路 输 出，有的能提供足 够 的 电 流可以直 接驱动 外部设备。 I/O 是 单 片机的重要 资 源，也是衡量 单 片机功能的重要指 针 之一。 串口 输入 /输 出口 :用于 单 片机和串行 设备 或其它单 片机的通信。 串行通信有同步和异步之分， 这 可以用硬件或通用串行收 发 器 件来实现。 不同的 单 片机可能提供不同 标准的串行通信接口，如 UART、 SPI、 2IC、 Micro Wire 等。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 基于单片机的多功能电表设计 9 LED 数码管 led 数码管（ LED Segment Displays）是由多个 发光二极管 封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连 接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。 led 数码管常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3 位 “+1”型。 位数有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 ....， led 数码管根据 LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。 图 2 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。 颜色有红，绿，蓝，黄等几种。 led 数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。 选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 基于单片机的多功能电表设计 10 第四章 AT24C16和单片机连接的中转站 I2C总线 I2C 总线介绍 I2C 总线支持任何 IC 生产过程 (NMOS CMOS、双极性）。 两线 ―― 串行数据（ SDA）和串行时钟 （ SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。 每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是 微控制器 ——MCU、 LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。 很明显，LCD 驱动器只是一个接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。 除了发送器和接收器外器件在执行数 据传输时也可以被看作是主机或从机（见表 1）。 主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。 此时，任何被寻址的器件都被认为是从机。 I2C 总线的系统结构与接口 在数据的传输过程中 ，必须确定数 据传送的其实和结束。 在 i2c 总线技术规范中 ，有严格的时序表示起始信号和结束信号，或起始信号和停止信号。 在传输数据开始前，主控器件应发送起始位，通知从器件做好接收准备，在传输数据结束时，主控器件应发送停止位，通知从器件停止接收。 起始位时序 ，当 SCL 位为高位时 ， SDA 线由高到低的转换。 启动信号是一种电平跳变时序信号 ，而不是一个电平信号。 启动信号是由主控器主动建立的，在建立该信号之前 I2C 总线必须处于空闲状态 ，总线在起。