單相液晶雙向電能表的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 學(xué) 院 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 指導(dǎo)教師 二零一一年六月 本科畢業(yè)論文 單相液晶雙向電能表單相液晶雙向電能表 single-phase lcd two-way watt-hour meter 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院名稱：學(xué)院名稱：電氣與信息工程電氣與信息工程 專專 業(yè)：業(yè)：電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： _ 學(xué)學(xué) 號：號： _ 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 職職 稱：稱： 副教授副教授_ 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 摘摘 要要 該系統(tǒng)主要由顯示模塊、鍵盤模塊、時(shí)鐘模塊、存儲模塊、通訊模

2、塊、 cpu 模塊、cs5460a 電能表芯片模塊和前端電路調(diào)理模塊部分組成。前端電路調(diào) 理模塊采用 220v/5v 的電壓互感器和 50a/25ma 電流互感器和精密電阻實(shí)現(xiàn)對市 電的轉(zhuǎn)換，并采用 rc 濾波網(wǎng)絡(luò)濾波,然后采用由美國 crystal 公司的新型電能 計(jì)量芯片 cs5460 芯片實(shí)現(xiàn)對電流、電壓和電能的測量與轉(zhuǎn)換；時(shí)鐘模塊采用 ds1302 時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)提供時(shí)鐘基準(zhǔn)，存儲模塊采用 at24c02，為系統(tǒng)提供數(shù) 據(jù)存儲；顯示模塊用 lcd12864 液晶，指示模塊使用 led 發(fā)光二極管，指示正向 電能和負(fù)向電能，通信模塊采用 max485 芯片，并利用 msp430 組成的

3、cpu 模塊 控制所有芯片的工作、測量、計(jì)算電能，送往顯示模塊和存儲模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯 示和存儲。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：cs5460a；msp430；485 通訊；lcd12864；ds1302 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ii abstract this system is mainly revealed the module, keyboard module, clock module, store module, communicate module, cpu module, cs5460a electric energy meter chip module and front

4、circuit look after the part of the module to make up. the front circuit recuperates the module and adopts electric current mutual inductor and 220v/5v electric current mutual inductor and accurate resistance of 50a/25ma to realize the conversion of the city electricity, and adopt rc to strain the wa

5、ve network and strain the wave, then adopt measure chip, cs5460 of chip, realize to electric current, voltage, measurement and conversion of electric energy by new electric energy of company, crystal of u.s.a.; the clock module adopts ds1302 clock chip to offer the clock basis for system, stores the

6、 module and adopts at24c02, offer the data for system to store; reveal the module uses lcd12864 liquid crystal, instruction module uses led light emitting diode, instructions, positive electricity and negative electricity ,the communication module adopts max485 chip, and utilize cpu module that msp4

7、30 makes up to control the work of all chips; measure, calculate electric energy, send to is shown the module and stores the module and pays revealing and storing in real time. keywords: cs5460a; msp430; 485communication;lcd12864;ds1302 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論-1 1.1 選題的目的和意義 -1 1.2 電能表的發(fā)展概況

8、 -1 1.3 設(shè)計(jì)概況 -1 第二章第二章 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)-2 2.1 設(shè)計(jì)功能要求-2 2.2 系統(tǒng)的基本方案-2 2.3 電能計(jì)量部分 -3 2.4 cs5460a 概述-3 2.4.1 基本結(jié)構(gòu)及功能-3 2.4.2 主要特性-4 2.4.3 操作時(shí)序-4 2.5 其他模塊部分 -5 2.5.1 前端調(diào)理電路部分 -5 2.5.2 主控芯片 -5 2.5.3 顯示部分-6 2.5.4 通信模塊-6 2.5.5 時(shí)鐘模塊 -6 2.5.6 存儲部分 -7 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-8 3.1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) -8 3.2 前端電路調(diào)理模塊的設(shè)計(jì)-8

9、 3.2.1 電壓調(diào)理部分 -8 3.2.2 電流調(diào)理部分-9 3.3 電能測量模塊的設(shè)計(jì) -10 3.4 通訊模塊的設(shè)計(jì) -11 3.5 液晶顯示的設(shè)計(jì) -11 3.6 鍵盤的設(shè)計(jì) -12 3.7 led 指示模塊的設(shè)計(jì) -12 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)-13 4.1 主流程圖 -13 4.2.系統(tǒng)初始化 -13 4.2.1 硬件初始化-13 4.2.2 軟件初始化-13 4.3 系統(tǒng)子系統(tǒng)模塊 -14 4.3.1 電能測量模塊-14 4.3.2 cs5460a 的設(shè)置和啟動 -14 4.3.3 電能存儲模塊-15 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iv 第第五五章章 系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)試試-1

10、6 5.1 軟硬件調(diào)試-16 5.1.1 硬件調(diào)試-16 5.1.2 軟件調(diào)試-16 5.1.3 軟硬聯(lián)調(diào)-16 5.2 cs5460a 校準(zhǔn) -16 5.2.1 校準(zhǔn)概述-16 5.2.2 校準(zhǔn)順序-16 5.3 電能表精度測試及分析 -17 5.3.1 電能表功能及誤差測試-17 5.3.2 誤差的定性分析及改進(jìn)措施-17 結(jié)結(jié) 論論-18 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)-19 致謝辭致謝辭-19 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 0 第一章第一章 緒論緒論 1.1 選題的目的和意義選題的目的和意義 在現(xiàn)代化社會中，電能已經(jīng)成為最重要的能源。電力工業(yè)的發(fā)展需要電能計(jì)量儀 表制造業(yè)的進(jìn)步與之相適應(yīng)，發(fā)電、輸電、配電與

11、用電均需要準(zhǔn)確的計(jì)量電能。在世 界資源匱乏的今天，電能的節(jié)約與有效利用均具有十分重要的意義。 為了實(shí)施可持續(xù)發(fā)展，解決環(huán)境與發(fā)展的矛盾，世界許多國家正在積極探索綠色 能源來減少傳統(tǒng)發(fā)電方式對環(huán)境的污染和不可再生資源的損耗，或?yàn)榱斯?jié)省投資，降 低能耗，提高系統(tǒng)安全性和靈活性，采用大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的供電 方式。各種家用太陽能供電系統(tǒng)，家用風(fēng)力供電系統(tǒng)等家用潔凈能源已經(jīng)出現(xiàn)，比如 法國已經(jīng)利用太陽能光電屋面瓦發(fā)電，日本神鋼電機(jī)公司風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)被不同百 姓家庭使用等。經(jīng)過系統(tǒng)科學(xué)地設(shè)計(jì)和電能市場合理地規(guī)劃，這些分布式的小規(guī)模供 電系統(tǒng)不僅可以解決居民的能源問題而且可以把富余的電能反

12、饋到電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)以電 償電，從而減輕供電系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，減少不可再生資源的消耗。在我國，分布式發(fā)電系 統(tǒng)也日益得到重視，據(jù)國家發(fā)改委能源研究所梁志鵬博士預(yù)測，到 2020 年，中國分布 式發(fā)電的市場需求潛力在 2 億千瓦以上，可達(dá)到電力總?cè)萘康?20%以上。目前，許多 國家規(guī)定用戶自己的發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生并入電網(wǎng)的電能可以等價(jià)換取等量電網(wǎng)的電能。雖 然在我們國家還沒有開始實(shí)施，但這是一種發(fā)展方向。為了滿足這種應(yīng)用需要，必須 設(shè)計(jì)一種可以計(jì)量用戶消耗電能（即正向電能）又可以計(jì)量用戶反饋到電網(wǎng)的電能 （即反向電能）的電能表，即雙向電能表。本課題研究對新一代電表發(fā)展具有重要意 義。 1.2 電能表的發(fā)展概況電

13、能表的發(fā)展概況 作為測量電能的專用儀表電能表,自誕生至今已有 100 多年的歷史。隨著電力系統(tǒng) 及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電能管理系統(tǒng)的不斷完善,電能表的結(jié)構(gòu)和性能也經(jīng)歷了不斷 更新、優(yōu)化的發(fā)展過程:由最初的感應(yīng)電能表,發(fā)展到后來的感應(yīng)系脈沖電能表,直至現(xiàn)在 的純電子式電能表。感應(yīng)系電能表是利用處于交變磁場的金屬圓盤中的感應(yīng)電流與有 關(guān)磁場形成力的原理制成的。感應(yīng)系脈沖電能表仍采用感應(yīng)系電能表的測量機(jī)構(gòu)作為 工作元件,由光電傳感器完成電能脈沖轉(zhuǎn)換,然后經(jīng)電子電路對脈沖進(jìn)行處理,從而實(shí)現(xiàn)對 電能的測量。純電子式電能表的原理是采用電子電路來實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量,所以電子式電能 表的共同特點(diǎn)是采用乘法器,根據(jù)所

14、依托的乘法器為模擬的還是數(shù)字的分為模擬乘法器 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 型電子電能表和數(shù)字乘法器型電子電能表。 隨著電能管理的現(xiàn)代化,需要訪問電能表很多信息,同時(shí)決策還要與電能表進(jìn)行雙向 通訊 ,由于數(shù)字乘法器型電能表是以微處理器為核心,所以功能容易擴(kuò)展,易和配電自動 化系統(tǒng)集成,因此本文設(shè)計(jì)了一種基于電能計(jì)量芯片 cs5460a 的電子式電能表, cs5460a 是一種帶有串行接口的單相雙向功率電能集成電路芯片,極易與微處理器連接。 1.3 設(shè)計(jì)概況設(shè)計(jì)概況 本設(shè)計(jì)在參閱了大量前人設(shè)計(jì)的電子式電能表的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合電 能表芯片 cs5460a 構(gòu)建了一個(gè)單相雙向電子式電能表。本文

15、首先簡要介紹了設(shè)計(jì)電能 表的主要功能以及系統(tǒng)的總體方案，然后詳細(xì)介紹了單相電子式電能表的設(shè)計(jì)流程， 以及硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并給出了硬件電路的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，包括各部分電路的 走向、芯片的選擇以及方案的可行性分析等。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第二章第二章 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)功能要求功能要求 設(shè)計(jì)制作一只交流電能表表，設(shè)計(jì)的主要要求如下： （1）該交流電能表能實(shí)現(xiàn)對單相交流電能的測量； （2）電表參數(shù)：額定電壓 220v,額定電流 10a,最大電流 20a，最大計(jì)度容量： 99999.99kw.h； （4）能測量并顯示當(dāng)前的電壓和電流的有效值； （5）顯示當(dāng)前日期和時(shí)間

16、，具有分時(shí)計(jì)量功能； （6）具備 485 通訊功能，便于遠(yuǎn)程傳輸電能表數(shù)據(jù)； （7）正向、負(fù)向電量脈沖輸出； （8）停電不丟失電能數(shù)據(jù)； （9）能雙向測量電能，并能同時(shí)顯示消耗的電能和反饋的電能。 2.2 系統(tǒng)的基本方案系統(tǒng)的基本方案 該系統(tǒng)主要由電源模塊、顯示模塊、led 指示模塊、通訊模塊、鍵盤控制模塊、 mcu 模塊、電能表芯片 cs5460a 模塊、時(shí)鐘模塊、存儲器模塊和前端電路調(diào)理模塊部分 組成。前端電路調(diào)理模塊采用電子式電流型電壓互感器，電流互感器和精密電阻電路 變換電壓電流信號以差模電壓的形式接到由 cirrus logic 公司生產(chǎn)的電能表芯片 cs5460a，取樣電阻的阻值由

17、被測信號的最大值決定，然后經(jīng) cs5460a 轉(zhuǎn)換后將電壓、 電流、功率、電能等信號傳給單片機(jī) msp430f2274，msp430f2274 組成的 mcu 模塊控制 所有芯片的工作、截止及計(jì)算和模塊的顯示，顯示模塊采用 lcd12864 液晶模塊，液晶 正常顯示當(dāng)前測量的電能值、日期、時(shí)間；led 指示模塊可以指示電能方向和用電功率 大小；通訊模塊采用 max485 芯片實(shí)現(xiàn)電能表遠(yuǎn)程通信。時(shí)鐘模塊采用 dls1302 芯片， 為電能表提供時(shí)間基準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)多費(fèi)率打下基礎(chǔ)，存儲模塊采用 at24c02，為系統(tǒng)提供 數(shù)據(jù)存儲，可以做到掉電不丟失數(shù)據(jù)，還可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄，該系統(tǒng) 可

18、以實(shí)現(xiàn)對電能等電參量測量、顯示及采集處理的目的。系統(tǒng)硬件框圖如圖 2-1 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 電壓 信號 電壓互感器電阻分壓 電流 信號 電流互感器電阻分壓 電能計(jì) 量芯片 cs5460a ds1302 msp430f2274 key lcd1 2864 485 通訊 eeprom led 脈沖指示 圖 2-1 系統(tǒng)硬件框圖 2.3 電能計(jì)量部分電能計(jì)量部分 方案一：采用 a/d 轉(zhuǎn)換芯片分別對電壓、電流回路采樣，然后送給單片機(jī)，經(jīng)單 片機(jī)計(jì)算，算出電能、功率等電量。該方案電路設(shè)計(jì)較麻煩，并且容易受外部干擾， 準(zhǔn)確度低，單靠 ad 芯片無法分辨電能方向，并且編程較麻煩。 方案二：

19、采用現(xiàn)在比較流行的電能計(jì)量芯片 cs5460a 實(shí)現(xiàn)對電能等電量的采集和 測量。cs5460a 是 crystal 公司推出的用于測電流、電壓、功率等的芯片, 是 cs5460 的增強(qiáng)版, 精度高、性能強(qiáng)且成本低。cs5460a 包含兩個(gè) 24 位 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器 （adc）、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高度集成的 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。它可以 精確測量和計(jì)算有功電能、瞬時(shí)功率、irms 和 vrms ，分辨電能方向，用于研制開發(fā) 單相 2 線或 3 線電表。cs5460a 可以使用低成本的分流器或互感器測量電流，使用分壓電阻或電壓 互感器測量電壓。cs5460a 具有與微控制器通訊的雙向串口，芯片

20、的脈沖輸出頻率與有 功能量成正比。cs5460a 具有方便的片上 ac/dc 系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，準(zhǔn)確度高，在 1000：1 動態(tài)范圍內(nèi)線性度為0.1%?！白砸龑?dǎo)”的特點(diǎn)使 cs5460a 能獨(dú)自工作，在 系統(tǒng)上電后自動初始化。在自引導(dǎo)模式中，cs5460a 從一個(gè)外部 eeprom 中讀取校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)和啟動指令。使用該模式時(shí)，cs5460a 工作時(shí)不需要外加微控制器，因此當(dāng)電表用 于大批量住宅電能測量時(shí)，可降低電表的成本。并且本芯片集成度較高便于編程控制， 故本設(shè)計(jì)采用此方案。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2.4 cs5460acs5460a 概述概述 2.4.1 基本結(jié)構(gòu)及功能基本結(jié)構(gòu)及功能 cs5

21、460a 的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示： 圖 2-2 cs5460 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 可測量瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值和 電能計(jì)量; 具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器（watch dog timer）與內(nèi)部電源監(jiān)視器; 雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接; 兩個(gè)高速數(shù)字濾波器 具有機(jī)械計(jì)度器步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動器; 外部時(shí)鐘最高頻率可達(dá) 20mhz; 一個(gè)可以檢測電力不足或電源故障的電源監(jiān)視器 一個(gè)持續(xù)監(jiān)視串口通訊的看門狗 一個(gè)電能、脈沖變換器 2.4.2 主要特性主要特性 （1）在片計(jì)算和處理功能； （2）可以從串行 e2prom 智能“自引導(dǎo)”,不需要微

22、控制器,具有電能-脈沖轉(zhuǎn)換功能； （3）具有 ac 或 dc 系統(tǒng)校準(zhǔn)功能； （4）具有簡單的三線數(shù)字串行接口,可以方便地進(jìn)行讀寫； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （5）看門狗定時(shí)器； （6）片上 2.5 v 基準(zhǔn)（最大溫漂 60ppm/）,單電源 +5 v 或雙向 2.5v10電源； （7）根據(jù)電網(wǎng)上電流與電壓相位夾角變化，實(shí)時(shí)判斷一個(gè)系統(tǒng)功率方向并具有功率方 向輸出指示； （8）能夠測量瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流、瞬時(shí)功率、電能、電壓有效值和電流有效值，能 完成電能/脈沖轉(zhuǎn)換； （9）v 對 i 的相位補(bǔ)償； （10）具有相位補(bǔ)償和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能； （11）具有機(jī)械計(jì)度器/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器； （12）內(nèi)帶

23、電源監(jiān)視器； （13）電能數(shù)據(jù)線性度：在 1000 ：1 動態(tài)范圍內(nèi)線性度為 0.1%； （14）功率消耗12mw； （15）電源配置： va+=+5v,va-=0v;vd+=+3v+5v 或 va+=2.5v,va-=-2.5v;vd+=+3v。 2.4.3 操作時(shí)序操作時(shí)序 cs5460a 串行口包括 4 條控制線：串行時(shí)鐘（sclk）、串行數(shù)據(jù)輸入（sdi）、串 行數(shù)據(jù)輸出（sdo）和片選（cs），器讀寫時(shí)序如圖 2-3 所示：cs5460a 的串行接口部 分集成了一個(gè)帶有發(fā)送/接收緩沖器的狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)在 sclk 的上升沿解釋 8 位命令 字。根據(jù)對命令的解碼，狀態(tài)機(jī)將執(zhí)行相應(yīng)的操作

24、，或者為被尋址的寄存器的數(shù)據(jù)傳 輸做準(zhǔn)備。讀操作需將被尋址的內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩存區(qū)，寫操作在數(shù)據(jù) 傳輸前要等 24 個(gè) sclk 周期。內(nèi)部寄存器用于控制 adc 的功能，所有寄存器都是 24 位。 上電復(fù)位后，串行狀態(tài)機(jī)初始化為命令模式，等待接收有效的命令（輸入串口的 前 8 為數(shù)據(jù)）。在完成對有效命令的接收和解碼后，狀態(tài)機(jī)將指示轉(zhuǎn)換器執(zhí)行系統(tǒng)操 作或從內(nèi)部寄存器輸入輸出數(shù)據(jù)。 當(dāng)啟動了讀命令，串口將在下 8 個(gè)、16 個(gè)或 24 個(gè) sclk 周期啟動 sdo 腳上的寄存 器內(nèi)容的轉(zhuǎn)移（從高位開始）。寄存器讀指令可以終止在 8 位的邊界上（例如，讀出 時(shí)可只讀 8，16 或 24

25、 位）。同樣，數(shù)據(jù)寄存器讀出允許采用“命令鏈”。 因此讀寄 存器時(shí)，微控制器可同時(shí)發(fā)送新指令，新指令將被立即執(zhí)行，并可能終止讀操作。例 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 如，命令字送入狀態(tài)機(jī)讀取某一輸出寄存器，進(jìn)行了 16 個(gè)連續(xù)的讀 圖 2-3 cs5460a 操作時(shí)序圖 數(shù)據(jù)串行時(shí)鐘脈沖后，執(zhí)行寫命令字（如狀態(tài)寄存器清零命令），數(shù)據(jù)從 sdi 引腳輸 入，同時(shí)剩下的 8 位讀出數(shù)據(jù)被傳送到 sdo 引腳。又如，用戶僅需從讀操作中獲取 16 位有效位時(shí)，可在 sdo 讀出 8 位數(shù)據(jù)后從 sdi 輸入第二個(gè)讀命令。在讀周期，當(dāng)從 sdo 引腳輸出數(shù)據(jù)時(shí)，必須用 sync0 指令（nop ）使 sdi

26、 引腳處于選通態(tài)。 2.5 其他模塊部分其他模塊部分 2.5.1 前端調(diào)理電路部分前端調(diào)理電路部分 方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)分壓、分流的方式將大電壓、大電流轉(zhuǎn)換成 cs5460a 能接 收的電壓信號，該方案電路復(fù)雜，難于調(diào)試，精度低，且不能實(shí)現(xiàn)芯片與電網(wǎng)的隔離， 故不采用。 方案二：采用電流互感器與精密電阻網(wǎng)絡(luò)組成調(diào)理電路，將電壓和電流轉(zhuǎn)換為芯 片可以就收的電壓信號。該方案設(shè)計(jì)簡單，精度高，且實(shí)現(xiàn)了芯片與電網(wǎng)的隔離，保 證了芯片的安全，故本設(shè)計(jì)采用此方案。 2.5.2 主控芯片主控芯片 電子式多功能電能表硬件的核心 mcu 主控制器,它負(fù)責(zé)按鍵輸入掃描、工作狀 態(tài)檢測,計(jì)量數(shù)據(jù)的讀入、計(jì)算和存儲、

27、電表參數(shù)的現(xiàn)場配置以及與外界的通信控 制等。 本系統(tǒng)采用 msp430f2274 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)大的處理能力 msp430 系列單片機(jī)是 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 一個(gè) 16 位單片機(jī)，采用了精簡指令集（risc）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種 操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址），簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令； 大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令； 有較高的處理速度，在 8mhz 晶振驅(qū)動下指令周期為 125ns。這些特點(diǎn)保證了可編 制高效率的源程序。因此，使用該 mcu 作為主控芯片可以方便的設(shè)計(jì)電路。 2.5.3 顯示部分顯示部分 由于本

28、設(shè)計(jì)顯示的參數(shù)較多，顯示部分采用 lcd12864 液晶。lcd12864 液晶顯示模 塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。 采用 spi 串口控制接口，減少了與 msp430f2274 引腳連接數(shù)目，只需 5 個(gè)控制引腳。 所有的功能，包含顯示 ram，字型產(chǎn)生器，都包含在一個(gè)芯片里面，只要一個(gè)最小的微 處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。 主要參數(shù)： 1、工作電壓(vdd):4.55.5v 2、邏輯電平:2.75.5v 3、lcd 驅(qū)動電壓(vo):07v 4、工作溫度(ta):055(常溫)/-2075（寬溫）保存溫度(tstg):-1065 (常溫)/-

29、3085(寬溫) 本液晶不僅可以顯示漢字，而且可以顯示多行，可以同時(shí)顯示多測量量，便于觀 看和讀??；還可以串行通信，占用 i/o 口少，便于控制。 2.5.4 通信模塊通信模塊 同步通信占用的資源較多，而且需要外部時(shí)鐘提供同步信號以提高接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn) 確性，外圍電路比較復(fù)雜，傳輸中出現(xiàn)錯誤，則成批數(shù)據(jù)報(bào)廢，而異步通信外圍電路 簡單，傳輸速度快。所以我們采用串口異步通信。使用 rs-485 做接口標(biāo)準(zhǔn)的通訊模塊， 最大傳輸距離約為 1219m,最大傳輸速率約為 10mbps。有利于進(jìn)一步的功能擴(kuò)展，使用 也比較方便。 2.5.5 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘模塊采用 dallas 公司推出的 ds130

30、2 。它內(nèi)部含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) ram ，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分、 時(shí)、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 am/pm 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格式， 。ds1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串 行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線：1 res 復(fù)位，2 i/o 數(shù)據(jù)線，3 sclk 串行時(shí) 鐘時(shí)鐘，ram 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信，ds1302 工 作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mw，ds1302 是由 ds1

31、202 改進(jìn)而來 增加了 以下的特性，雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，vcc1 為可編程涓流充 電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲器，它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器 儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域，其管腳功能圖如圖 2-4 所示。考慮到用電過程中停電的情況為 ds1302 提供備用電池，以保證電能表時(shí)間準(zhǔn)確，方便計(jì)量電能。其硬件連接圖如圖 2- 5 所示。 圖 2-5 ds1302 硬件連接圖 2.5.6 存儲部分存儲部分 存儲部分采用at24c02存儲芯片，其具有以下特性特性： 1、與400khz i2c總線兼容； 2、1.8到6.0伏工作電壓范圍； 3、低功耗cmos技術(shù)； 4、寫保護(hù)功能當(dāng)wp

32、為高電平時(shí)進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài)； 5、頁寫緩沖器； 6、自定時(shí)擦寫周期； 7、1,000,000 編程/擦除周期； 8、可保存數(shù)據(jù)100年； 9、8 腳 dip soic 或 tssop 封裝； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 10、溫度范圍商業(yè)級工業(yè)級和汽車級。 at24c02 支持 i2c 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議,i2c 總線協(xié)議規(guī)定,任何將數(shù)據(jù)傳送到總 線的器件作為發(fā)送器,任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器,數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行 時(shí)鐘和所有起始停止信號的主器件控制的,主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收 器,但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式。 由于其控制引腳較少，占用單片機(jī)口線較少，在少量數(shù)據(jù)存儲中有

33、非常大優(yōu)勢， 因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，我們只需將校表數(shù)據(jù)及少量的電能數(shù)據(jù)存儲其中，以做到系統(tǒng)掉 電時(shí)不丟失數(shù)據(jù)，故選用控制引腳簡潔的 at24c02 將非常的合適。其硬件連接圖如 圖 2-6 所示。 圖2-6 24c02硬件連接圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3.1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 電源電路是整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的前提和關(guān)鍵，系統(tǒng)中的各個(gè)單元電路都需要使 用直流電源供電，特別是為電壓互感器提供正負(fù) 15v 工作電源，保證電壓的順利采集。 本設(shè)計(jì)采用自制電源供電方式，將 220v 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再 經(jīng)過橋式整

34、流電路整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器的兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的 直流電壓，此直流電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓和電容的頻率補(bǔ)償，便在穩(wěn)壓電源的輸 出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。得到15v，5v，3.3v 直流電源，為 互感器，電能芯片，mcu 等模塊提供穩(wěn)定的工作電源。自制電源原理如圖 3-1 所示： 圖 3- 1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 3.2 前端電路調(diào)理模塊的設(shè)計(jì)前端電路調(diào)理模塊的設(shè)計(jì) 3.2.1 電壓調(diào)理部分電壓調(diào)理部分 對于系統(tǒng)的前端電壓調(diào)理部分，我們采用新型有源交流電壓互感器，該互感器由于 內(nèi)置運(yùn)算放大器，所以測量精度高，該互感器同時(shí)可以外接電容，補(bǔ)償相移，可將相 移補(bǔ)償?shù)?5

35、。同時(shí)需要為該電壓互感器提供正負(fù) 15v 工作電源。然后在二次側(cè)得 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 到大約 5v 交流電壓，再經(jīng)過精密電阻分壓得到 131.6mv 的輸入電壓，可以為 cs5460a 提供電壓信號，不超出芯片的測量范圍。并加入 rc 濾波網(wǎng)絡(luò)對信號初步濾波，并加入 放抖動電容保護(hù)芯片。電阻 r3 的計(jì)算:考慮裕量可以測量 250v 交流電壓，則二次側(cè)對 應(yīng)的交流電壓為 5.682v，假設(shè)此時(shí) r6 電阻上電壓為 150mv（不超過 cs5460a 的測量范 圍，最高可以測，176mv），而 r6 和 r7 固定為 1，由電阻分壓比計(jì)算k ，計(jì)算得到 r3=35.88，所以取 r3=

36、36。 v v kr k 682 . 5 15 . 0 23 1 kk 圖 3-2 電壓互感器連接電路 圖 3-3 電壓互感器二次側(cè)電阻分壓電路 3.2.2 電電流流調(diào)調(diào)理理部部分分 電流調(diào)理部分采用變比 2000：1 的電流互感器，然后經(jīng)一精密電阻將電流信號轉(zhuǎn) 變成電壓信號。并加入 rc 濾波網(wǎng)絡(luò)對信號初步濾波，并加入放抖動電容保護(hù)芯片。經(jīng) 變換后的補(bǔ)測信號以差模電壓的形式接到 cs5460a 的模擬信號輸入端。由于互感器角 差的影響，可能造成輸入信號的相移，使功率測量的誤差增大。而 cs5460a 具有相位 補(bǔ)償功能（可進(jìn)行-2.4至+2.5的相位補(bǔ)償，步進(jìn) 0.34），可以大大減小互感器

37、 角差的影響。電阻 r10 的計(jì)算:最多測量 20a 交流電壓，則二次側(cè)對應(yīng)的交流電壓為 2v，假設(shè)此時(shí) r12 電阻上電壓為 150mv（不超過 cs5460a 的測量范圍，最高可以測， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 176mv），而 r12 和 r13 固定為 1，由電阻分壓比計(jì)算，計(jì)算得k v v kr k 2 15 . 0 210 1 到 r3=11.33，所以取 r3=12。kk 圖 3-4 電流互感器連接電路 圖 3-5 電流互感器二次側(cè)分壓電路 3.3 電能測量模塊的設(shè)計(jì)電能測量模塊的設(shè)計(jì) 經(jīng)調(diào)理電路調(diào)理的電壓信號、電流信號通過 iin+、iin-、vin+、vin-接口送入電 能

38、表芯片 cs5460，芯片經(jīng)放大、濾波、采樣、計(jì)算，計(jì)算出瞬時(shí)功率，并根據(jù)周期計(jì) 數(shù)寄存器內(nèi)設(shè)定的計(jì)數(shù)周期計(jì)算出電能值、電流有效值、電壓有效值，并將其存入相 應(yīng)的寄存器中，然后單片機(jī)通過與芯片通信將相應(yīng)寄存器中的電能值、電壓有效值、 電流有效值讀出，并送予液晶顯示。cs5460 可將電能轉(zhuǎn)化成與電能成正比的脈沖，將 eout 口和 edir 口配置成正向電能和負(fù)向電能脈沖輸出，以便于電能表的檢定，也可指 示電能方向。 cs5460 硬件連接圖如圖 3-2 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 3-2 cs5460 硬件連接圖 3.4 通訊模塊的設(shè)計(jì)通訊模塊的設(shè)計(jì) rs-485 接口是采用平衡

39、驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗 噪聲干擾性好。rs-485 最大的通信距離約為 1219m，最大傳輸速率為 10mb/s，傳輸速 率與傳輸距離成反比，在 100kb/s 的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果 需傳輸更長的距離，需要加 485 中繼器。rs-485 總線一般最大支持 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使 用特制的 485 芯片，可以達(dá)到 128 個(gè)或者 256 個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到 400 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 因 rs-485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其 成為首選的串行接口。 圖 3-3 rs-485 硬件連接圖 3.5 液晶顯示的設(shè)

40、計(jì)液晶顯示的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用串行接口的液晶，單片機(jī)通過液晶的串行口 sio 向液晶寄存器寫命令， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對液晶顯示的控制。lcd12864 硬件連接圖如圖 3-4： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 液晶引腳說明如表 3-1 所示。 圖 3-4 lcd12864 硬件連接圖 表 3-1：串行模式引腳說明 引腳名稱方向說明引腳名稱方向說明 1vss-gnd(0v)8sidi 串行數(shù)據(jù) 2vdd-vcc(3/5v)9/resi 復(fù)位 4rs- 0:命令；1：數(shù)據(jù) 15/csi 片選 7sclki 串行時(shí)鐘 19bl- 背光源負(fù)極(gnd) 其余nc(空腳) 20bl+ 背光源正極(+5v) 3.6 鍵

41、盤的設(shè)計(jì)鍵盤的設(shè)計(jì) 鍵盤用四個(gè)按鍵和四個(gè)下拉電阻構(gòu)成簡單的鍵盤，四個(gè)按鍵分別與單片機(jī)的平 p2.4、 p2.5、 p2.6、 p2.7 口連接，當(dāng)鍵盤被按下后相應(yīng)口被拉低為低電平，進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)對單片機(jī)的控制，方便時(shí)間不準(zhǔn)時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間及 lcd 顯示更多電能信息等實(shí)現(xiàn)更多的 功能。連接圖如圖 3-5： 圖 3-5 鍵盤硬件連接圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 3.7 ledled 指示模塊的設(shè)計(jì)指示模塊的設(shè)計(jì) 采用兩個(gè)不同顏色的 led 指示電能方向和用電負(fù)載大小，方便以后電能表檢定。 為了保護(hù) led，必須在 led 上串聯(lián)限流電阻。由于紅色和綠色 led 壓降不同，所有限流 電阻有所差別。綠色 l

42、ed 壓降大約為 2.8v，紅色 led 壓降大約為 1.2v，電流取 5ma， 則，取 100 5 8 . 13 . 3 18 ma vv r 420 5 2 . 13 . 3 17 ma vv r =，。led 指示燈硬件電路圖如圖 3-6 所示： 18 r100 470 17 r 圖 3-6 led 硬件連接圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)測量系統(tǒng)中，軟件的重要性與硬件同等重要。硬件是軀體，軟件是靈魂， 但系統(tǒng)的硬件電路確定之后，系統(tǒng)的主要功能還要靠軟件來實(shí)現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計(jì)很 大程度上決定了系統(tǒng)的性能。 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是在 iar fo

43、r msp430 v4.10 的軟件環(huán)境下采用 c 語言編程和調(diào) 試的，iar 系列軟件具有良好的調(diào)試界面，優(yōu)秀的編譯效果，豐富的使用資料，應(yīng)用十 分廣泛，而 c 語言功能豐富，表達(dá)能力強(qiáng)，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，即具有高 級語言的優(yōu)點(diǎn)，又具有低級語言的許多特點(diǎn)，兩者的完美結(jié)合，很好的實(shí)現(xiàn)了軟件功 能。 4.1 主流程圖主流程圖 為了實(shí)現(xiàn)電能表的功能,軟件可劃分為:功能操作模塊及系統(tǒng)參數(shù)自校正模塊。系 統(tǒng)功能操作模塊的主要功能為:為系統(tǒng)與操作人員之間提供友好的交互界面,對系統(tǒng)進(jìn) 行有效的管理。因此該功能模塊為該電能表的核心部分。其工作流程圖如圖 4 -1 所示。 其中系統(tǒng)參數(shù)包括時(shí)間常數(shù)、

44、電能常數(shù)等,相應(yīng)的初始化流程包括初始化系統(tǒng)電能 常數(shù),初始化電流偏置、增益系數(shù),初始化電壓偏置、增益系數(shù),初始化功率系數(shù)，脈沖 速率系數(shù)，計(jì)算周期系數(shù)等。主功能管理模塊主要包括 lcd 實(shí)時(shí)顯示模塊、電量測量 功能模塊、電能存儲模塊、日歷時(shí)鐘顯示功能模塊。 4.2 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化包括硬件初始化和軟件初始化，硬件初始化主要對系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行 初始化操作，軟件初始化主要對電能數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，保證電能數(shù)據(jù)計(jì)算正確。 4.2.1 硬件初始化硬件初始化 系統(tǒng)開始運(yùn)行后，首先要對系統(tǒng)所有硬件模塊進(jìn)行初始化，硬件初始化流程圖如 圖 4-2 所示。 4.2.2 軟件初始化軟件初始化 軟件初始化

45、包括初始化各種變量數(shù)據(jù)，是否需要設(shè)置時(shí)間，是否需要清 0 電能數(shù) 據(jù)，以及電能數(shù)據(jù)從 eeprom 讀取恢復(fù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 4-1 系統(tǒng)總流程圖 讀 eeprom 電能數(shù)據(jù) lcd 顯示初始界面 對電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 讀電能表各項(xiàng)數(shù)據(jù) 讀 rtc 時(shí)間 lcd 顯示時(shí)間及各項(xiàng) 電能數(shù)據(jù) 將電能數(shù)據(jù)存儲到 eeprom 掃描按鍵 設(shè)置時(shí)間 中斷標(biāo)志 是否清 0 電能數(shù)據(jù) n 0 清 0 電能數(shù)據(jù) y mcu 初始化 硬件初始化 采樣時(shí)間標(biāo)志置位 rs485 遠(yuǎn)程傳輸電能數(shù)據(jù) 1 鍵盤掃描 設(shè)置時(shí)間 圖 4-1 電能表軟件流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 mcu 時(shí)鐘初始化

46、lcd12864 液晶初始化 ds1302 時(shí)鐘初始化 eeprom 初始化 cs5460a 電能芯片初始化 圖 4-2 硬件初始化 4.3 系統(tǒng)子系統(tǒng)模塊系統(tǒng)子系統(tǒng)模塊 4.3.1 電能測量模塊電能測量模塊 cs5460a 測量程序用來控制 cs5460a 對模擬輸入電量的測量、轉(zhuǎn)換和計(jì)算，并 將相應(yīng)的測量量，如：瞬時(shí)功率、電壓有效值、電流有效值讀取到單片機(jī)相應(yīng)的寄存 器中，然后單片機(jī)根據(jù)系統(tǒng)程序進(jìn)行調(diào)用、輸出、顯示。其流程圖如圖 4-3： 4.3.2 cs5460acs5460a 的設(shè)置和啟動的設(shè)置和啟動 步驟：1.復(fù)位 cs5460a，對 cs5460a 的復(fù)位腳發(fā)復(fù)位脈沖，脈沖不少于

47、10ms； 2.寫同步控制命令字； 3.將校準(zhǔn)字寫入相應(yīng)的校準(zhǔn)寄存器，包括校準(zhǔn)之后得到的電壓、電流偏置校準(zhǔn)， 增益校準(zhǔn)以及功率偏置校準(zhǔn)； 4.寫控制寄存器，設(shè)置各寄存器參數(shù)，為了使 led 指示明顯，設(shè)置脈沖輸出為 4800imp/kwh，脈沖速率的計(jì)算由 cs5460a 的說明書給出對應(yīng)設(shè)置脈沖輸出寄存器為 0 x000221，設(shè)置計(jì)算周期為 1s; 5.清狀態(tài)寄存器； 6.啟動 cs5460a 開始轉(zhuǎn)換； 7.讀 cs5460a 的 ad 轉(zhuǎn)換值或計(jì)算結(jié)果。 4.3.3 電能存儲模塊電能存儲模塊 實(shí)際得到的電能數(shù)據(jù)并不能直接存儲或顯示，所以要進(jìn)行單位換算。程序流程圖 如圖 4-3 所示。

48、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 這一周期獲得的正向電能或 負(fù)向電能（w/s） 轉(zhuǎn)化為 kwh 加上歷史正向電能或負(fù)向電能 分別對電能數(shù)據(jù)整數(shù)部分和小 數(shù)部分處理，并將每一位存儲 到數(shù)組里，考慮精度，整數(shù) 5 位、小數(shù)精確到 7 位 lcd 顯示 電能數(shù)據(jù) 將數(shù)組里數(shù)據(jù)存 儲到 eeprom 電能數(shù)據(jù)是 否超過滿度 n 對電能數(shù)據(jù)清 0 y 圖 4-3 電能數(shù)據(jù)存儲流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第第五五章章 系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)試試 根據(jù)方案設(shè)計(jì)的要求，測試過程共分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件 聯(lián)調(diào)。電路按模塊調(diào)試，各模塊逐個(gè)調(diào)通后，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。先調(diào)試好 mcu 及 jtag 下 載模塊，確

49、保 mcu 電路正常工作后，再與其它硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 5.1 軟硬件調(diào)試軟硬件調(diào)試 5.1.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 硬件調(diào)試，查看個(gè)硬件模塊電路的連線是否與邏輯圖一致，用萬用表檢測有無短 路或短路現(xiàn)象，器件的規(guī)格、極性是否有誤。檢查完畢，用萬用表測量一下電路板正 負(fù)電源端之間的電阻，排除電源短路的可能性。電源模塊通電后，在萬用表輸出端測 量能否得到正負(fù) 15v，5v，3.3v 直流電壓，不能則檢查電路直至調(diào)通。 5.1.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 本系統(tǒng)的軟件調(diào)試因 msp430f2274 核心模塊的使用而變得相對容易，iar 軟件開 發(fā)環(huán)境，能判斷語法差錯和邏輯差錯，判斷程序無誤后，可以直接下載到單片

50、機(jī)中進(jìn) 行調(diào)試。 5.1.3 軟硬聯(lián)調(diào)軟硬聯(lián)調(diào) 在軟件和硬件都基本調(diào)通的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)調(diào)。按照由上向下，模 塊化設(shè)計(jì)的理念對模塊逐個(gè)調(diào)試：首先，調(diào)通 mcu 及 jtag 下載模塊，使寫好的程序 能夠正常地下載到單片機(jī)里，接著單獨(dú)調(diào)試 lcd 液晶模塊，ds1302 模塊，24c02 模 塊和 cs5460 模塊，并單獨(dú)為各個(gè)模塊寫驅(qū)動程序，為最后整個(gè)系統(tǒng)的整合打下良好的 基礎(chǔ)。 5.2 cs5460acs5460a 校準(zhǔn)校準(zhǔn) 為了保證電能表測量的準(zhǔn)確性，必須要進(jìn)行校準(zhǔn)。 5.2.1 校準(zhǔn)概述校準(zhǔn)概述 cs5460a 提供數(shù)字校準(zhǔn)功能，用戶通過寫指定的值到 cs5460a 校準(zhǔn)命令

51、寄存器即 可實(shí)現(xiàn)不同的校準(zhǔn)功能。cs5460a 有兩類基本類型的校準(zhǔn)：系統(tǒng)偏置校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)。 當(dāng)執(zhí)行某種校準(zhǔn)命令時(shí)，必須輸入響應(yīng)的電壓電流通道的輸入端。 5.2.2 校準(zhǔn)順序校準(zhǔn)順序 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 因?yàn)闄z測的是交流電，故只需校準(zhǔn)交流電壓，電流偏置、增益和功率偏移校準(zhǔn)。 校準(zhǔn)步驟如下： 1.在校準(zhǔn)之前，必須使 cs5460a 處于活動狀態(tài)，同時(shí)使其接受有效命令，并 清除狀態(tài)寄存器的 drdy 位； 2.將合適的校準(zhǔn)信號加到電壓電流通道的輸入端。在執(zhí)行交流電壓、電流偏 置校準(zhǔn)時(shí)加入零信號，執(zhí)行電壓、電流增益校準(zhǔn)時(shí)加入滿度信號，校準(zhǔn)功率偏移校 準(zhǔn)時(shí)在電壓端加入電壓信號，電流端加入零信

52、號； 3.寫校準(zhǔn)控制命令字； 4.檢查狀態(tài)寄存器的 drdy 位，直至置 1 之后才讀響應(yīng)的校準(zhǔn)寄存器，并記 錄下來。 因?yàn)槭?220v 電壓，考慮到安全性故校準(zhǔn)是采用在互感器二次側(cè)外加可調(diào)交流電壓 的方式來校準(zhǔn)電能表。 電壓增益校準(zhǔn)時(shí)考慮裕量加 5.68v 交流電壓進(jìn)行增益校準(zhǔn)，電流增益校準(zhǔn)時(shí)在電 流互感器二次側(cè)加 2v 交流電壓。由于電壓有效值寄存器值范圍為 01，所以讀出的電 壓有效值的寄存器的值并不能直接拿來使用，在電壓增益校準(zhǔn)時(shí)，電壓有效值比例系 數(shù)，電流有效值比例系數(shù)也是一樣的道理。最后電能表采集 寄存器中的電壓有效值 v68 . 5 的值再乘以電壓互感器和電流互感器的變比，就是實(shí)

53、際的電壓和電流了。 5.3 電能表精度測試及分析電能表精度測試及分析 5.3.1 電能表功能及誤差測試電能表功能及誤差測試 完成了整體調(diào)試后，對本設(shè)計(jì)進(jìn)行功能測試，首先對電能表是否能正常檢測出正 向電能和負(fù)向電能進(jìn)行測試，正向電能下紅色 led 閃爍，綠色 led 常滅，同時(shí)對正 向電能數(shù)不斷增長，負(fù)向電能維持不變。為了模擬負(fù)向電能，將進(jìn)線和出線的電源和 負(fù)載進(jìn)行對調(diào)，發(fā)現(xiàn)綠色 led 閃爍，紅色 led 常滅，同時(shí)負(fù)向電能不斷增長，正向 電能維持不變，這就驗(yàn)證了本電能表能夠分別對正向電能和負(fù)向電能進(jìn)行記錄和指示。 為了檢驗(yàn)其精度,采用人工方法對其進(jìn)行了檢定,由于沒有標(biāo)準(zhǔn)電能表，所以對電 能表

54、 led 脈沖進(jìn)行初略的精確度估算。由于設(shè)置的 led 脈沖速率為 4800imp/kwh0.0020833kwh,電能表上電加負(fù)載，測初始電能和閃爍 11 次后的電 能差并計(jì)算電能誤差。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 1.正向電能測試： 測試 電壓 (v) u（v）i（a） 電壓 誤差 初始電能 （kwh） 閃爍 11 次之后電 能 （kwh ） 消耗電能 （kwh ） 電能 誤差 210v210v 209.90.7310.0476%1.483645 148573 4 0.0020890.274% 215v215v 214.9 0.721 0.0465%1.489720 149179 6 0.

55、0020760.350% 220v220v219.80.7010.0909%1.4997391.5018150.0020760.350% 225v225v 224.80.690 0.0889% 1.516510 1.5185970.0020870.178% 230v230v229.8 0.671 0.0870%1.5281961.5302950.0020890.274% 2.負(fù)向電能測試： 測試 電壓 (v) u（v）i（a） 電壓 誤差 初始電能 （kwh） 閃爍 11 次之后電 能 （kwh ） 消耗電能 （kwh ） 電能 誤差 210v210v209.80.7300.0952%0.02

56、28250.0249150.0020900.322% 215v215v214.9 0.700 0.0465%0.0347360.0368310.0020950.350% 220v220v 219.8 0.7010.0909%0.0405960.0426620.0020910.370% 225v225v 224.80.681 0.0889%0.0567230.0546320.0020910.370% 230v230v 229.90.651 0.0435%0.0621590.0642530.0020940.514% 5.3.2 誤差的定性分析及改進(jìn)措施誤差的定性分析及改進(jìn)措施 由于器件精度的限制，前段調(diào)理電路很難做的十分精確，并且各種干擾對儀表的 正常工作都是有害的，電子式表的設(shè)計(jì)中除含有隨機(jī)