家用電器耗電測試計(jì) 終稿

1、北京印刷學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要本電路是基于家用電器耗電量計(jì)量的家用電器耗電測試電路設(shè)計(jì)，選用8位單片機(jī)P89V51RD2作為主控芯片。本次設(shè)計(jì)的家用電器耗電測試電路為八個(gè)部分：電能計(jì)量部分、電壓采樣電路、電流采樣電路、單片機(jī)控制電路、電源電路、顯示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、模式設(shè)定電路。此系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)思想就是利用ADE7755作為電能計(jì)量核心，處理經(jīng)過采樣電路獲得的信號，再把輸送進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，利用E2PROM儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)處理信息。通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示。還可通過按鍵選取不同的計(jì)量方式，獲得不同的計(jì)量信息。本電路功能齊全，使用方便，用戶可根據(jù)不同的方式進(jìn)行測試，隨時(shí)查看被測電器的耗電量，電費(fèi)金額，

2、用電時(shí)間等信息， 關(guān)鍵詞：單片機(jī) ADE7755 數(shù)碼管 E2PROMABSTRACTThe circuit design of household appliances household appliances power consumption test circuit power consumption measurement based, uses the 8 bit MCU P89V51RD2 as the main control chip. Household appliances

3、 power consumption test circuit the design into eight parts: the electric energy meteringsection, a voltage sampling circuit, current sampling circuit, single-chip microcomputer control circuit, power supply circuit, display circuit, real-time c

4、lock circuit, the mode setting circuit. The main idea is to use the ADE7755 design of the system as the core of electric energy metering, processing signal obtainedafter sampling circuit, then the processed transport into the

5、 microcontroller, data processing using E2PROM storage. For through the digital tube display. Also canchoose different measurement methods through the button, to obtain the measurement information of different.Key Words: inverter ADE77

6、55 digital tube E2PROM目錄1 緒論 1.1 課題背景和意義 1.2 家用電器耗電測試電路目前現(xiàn)狀1.3 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容與工作要求2 電器電功率測量原理2.1電功率測量原理2.1.1 電度表的測量與工作原理2.1.2 多功能萬用表2.1.3測試電功率的鉗形表2.2 本次設(shè)計(jì)的電能計(jì)量電路的設(shè)計(jì)方案2.2.1 主要面向人群2.2.2 主要設(shè)計(jì)方案3 家用電器耗電測試電路的硬件電路設(shè)計(jì)3.1 電能計(jì)量部分3.1.1 ADE7755功能特點(diǎn)3.1.2 管腳說明3.1.3 ADE7755的工作原理3.1.4 功率因數(shù)的考慮3.1.5計(jì)量電路的設(shè)計(jì)方案3.1.6 硬

7、件原理圖3.2電壓電流采樣部分3.2.1電壓采樣電路設(shè)計(jì)方案與電路原理圖3.2.2電流采樣電路設(shè)計(jì)方案與電路原理圖3.3單片機(jī)控制電路部分3.3.1 P89V51RD2的功能特點(diǎn)3.3.2 P89V51RD2的管腳說明3.3.3 24LC01的功能特點(diǎn)與管腳說明3.3.4 利用24LC01存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法3.3.5 單片機(jī)及外圍電路的設(shè)計(jì)方案3.3.6 單片機(jī)及外圍電路原理圖3.4電源電路3.4.1 電源電路的設(shè)計(jì)方案3.4.2 電源電路的電路原理圖3.5顯示電路3.5.1 MAX7291的功能特點(diǎn)3.5.2顯示電路的設(shè)計(jì)方案3.5.3顯示電路的電路原理圖3.6 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路3.6.1時(shí)鐘電

8、路設(shè)計(jì)方案3.6.2鐘電路電路原理圖 3.7模式設(shè)定電路3.7.1 模式選擇電路設(shè)計(jì)方案3.7.2 模式選擇電路的電路原理圖4 家用電器耗電測試電路的程序設(shè)計(jì)4.1 主程序4.2 按鍵檢測子程序4.3 顯示子程序4.4 外部中斷0服務(wù)程序4.5 外部中斷1服務(wù)程序4.6 定時(shí)器1溢出中斷服務(wù)程序5 家用電器耗電測試計(jì)電路的制作與調(diào)試5.1 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作5.1.1電路原理圖的繪制5.1.2 印制電路（PCB）板設(shè)計(jì)5.2 安裝與調(diào)試5.2.1 系統(tǒng)安裝5.2.2 電路的調(diào)試6 總結(jié)7 參考文獻(xiàn)附錄一：家用電器耗電測試電路的控制原理圖附錄二：家用電器耗電測試電路的計(jì)量電路原理圖附錄三：家用電

9、器耗電測試電路的顯示電路原理圖9 致謝1 緒論1.1課題背景和意義隨著社會(huì)不斷發(fā)展，人們的生活已經(jīng)離不開用電，并且用電量逐年增加，日趨緊張。對于一般居民來講，主要的用電器就是各類大小黑色白色家用電器，家電的用電情況只能通過入戶電表來反映，但是電表只能反映出整個(gè)家庭用電的總和，并不能準(zhǔn)確的了解每件家電的耗電情況，簡單的說就是到底家里的電器中誰是“耗電大戶”，誰在偷偷的浪費(fèi)自己的電費(fèi)，用戶都不容易知道，尤其目前普通家庭中家用電器繁多，最少也有七、八件，很多電器并不是均勻耗電，如冰箱、空調(diào)等，很多電器關(guān)機(jī)后在待機(jī)狀態(tài)仍然在耗電，用戶更是難以分辨這些電器的耗電情況。 清楚的了解每件家電的耗電情況可以使

10、用戶更加合理有效的用電，例如在電費(fèi)計(jì)費(fèi)峰值時(shí)段（對于復(fù)費(fèi)率計(jì)費(fèi)的用戶）盡量避免長時(shí)間使用耗電多的電器，對于待機(jī)耗電多的電器在不用時(shí)徹底關(guān)閉等等。逐步養(yǎng)成良好的用電習(xí)慣，對于用戶自己可以明顯節(jié)約電費(fèi)支出，對于社會(huì)可以有效的緩解用電緊張的局面。 1.2 家庭電功率計(jì)量與家用電器耗電測試電路目前現(xiàn)狀家庭電功率計(jì)量主要是采用家用電表，家用電表一般稱單相電能表(電度表)，是用來測量每個(gè)家庭消耗的電能的總量的計(jì)量設(shè)備。家用電度表的缺陷有很多，除了較容易出現(xiàn)機(jī)械故障外，家用電度表并不能單獨(dú)測量單個(gè)用電器的某段時(shí)間內(nèi)的用電量。雖然現(xiàn)在已經(jīng)開始使用只能電表作為新一代的家用電表，但是依然沒有解決單獨(dú)測量這個(gè)問題，

11、智能電表只是多了與供電單位的數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。完全無法使用戶了解家庭內(nèi)某一用電器的具體用電量。1.3 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容與工作要求本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)家用電器耗電測試計(jì)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)分為控制電路，計(jì)量電路，顯示電路。計(jì)量電路采用ADE7755為計(jì)量核心。工作要求：1、充分了解對某一電器耗電情況，以及進(jìn)行電能計(jì)量的功能與需求。2、以單片機(jī)為控制系統(tǒng)整體的方案設(shè)計(jì)。3、進(jìn)行系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。4、電路原理圖設(shè)計(jì)、編寫程序。5、元器件的選擇與電路的設(shè)計(jì)搭建，系統(tǒng)調(diào)試。2 電器電功率測量原理及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1電功率測量原理 電功率包括直流功率、交流（有功）功率和交流無功功率。按測量對

12、象，電功率測量分為直流功率測量、單相功率測量、三相系統(tǒng)功率測量和無功功率測量。 直流功率測量 直流電功率PUI,U 為被測電路部分兩端的電壓,I 為流過該部分的電流。測量時(shí),可用電壓表和電流表分別測出U 和I,將兩者相乘得到P;也可用功率表直接測得P。若負(fù)載電阻R 已知,則只需測出U 或I， 再按公式PU2/RI2R 計(jì)算出功率。 單相(有功)功率測量 對于單相正弦交流電路，功率PUIcos，U、I分別為交流電壓、電流的有效值，是電壓和電流相量間的夾角。此功率反映單位時(shí)間消耗的能量，所以又稱有功

13、功率。單相功率常采用功率表直接測量，電表的聯(lián)接方法與圖1相同。 圖1:電功率測量三相系統(tǒng)功率測量 對于三相四線系統(tǒng)(圖1),可用3個(gè)功率表分別測得A、B、C3條線與中線N之間的功率,即A、B、C三相的功率,將三者相加即為三相總功率。對于三相三線系統(tǒng)，可將兩個(gè)功率表接入三條線A、B、C 中的任兩線中。理論證明，兩表讀數(shù)之和即為三相總功率。上述兩種測量方法中，可采用將 3個(gè)或兩個(gè)功率測量機(jī)構(gòu)裝在一起形成適用于四線制或三線制的三相功率表，電表指示的即為三相總功率。這兩種方法也適用于三相負(fù)載非對稱情況。 無功功率測量 單相正弦交流電路中,無功功率QUIsin。將

14、加在單相功率表上的電壓在相位上移后90°，或?qū)⒘鬟^其中的電流在相位上移前90°,就可利用功率表測量無功功率。2.1.1 電度表的測量與工作原理家用電表一般稱單相電能表(電度表)，是用來測量某段時(shí)間內(nèi)所消耗的電能的計(jì)量設(shè)備。它的工作原理是當(dāng)電能表的電壓線圈和電流線圈有電流通過時(shí)，電壓線圈在其鐵芯中建立磁通，電流線圈在其鐵芯中建立磁通。與電流一起交變的磁通皆穿過鋁盤，并在鋁盤中感應(yīng)出渦流。該渦流與電壓磁通、電流磁通相互作用，產(chǎn)生推動(dòng)鋁盤旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的數(shù)值與負(fù)載消耗的有功功率成正比，即：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩m=負(fù)載電壓u×負(fù)載電流i×功率因數(shù)cos。電能表的制

15、動(dòng)力矩是由制動(dòng)磁鐵產(chǎn)生的，其產(chǎn)生的過程是：當(dāng)鋁盤在制動(dòng)永久磁鐵的兩極間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋁盤將切割永久磁鐵穿過鋁盤的磁通，在鋁盤中產(chǎn)生電流，該電流與永久磁鐵的磁場相作用，形成制動(dòng)力矩，這個(gè)制動(dòng)力矩與鋁盤的轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與制動(dòng)力矩相等時(shí)，鋁盤勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)電能表所測電量與鋁盤轉(zhuǎn)速成正比。2.1.2多功能萬用表萬用表的功能，主要就是測試用電器實(shí)時(shí)的電流大小與加載在用電器兩端的電壓大小，通過觀測這兩個(gè)數(shù)值，來自行計(jì)算用電器的功率的大小。2.1.3測試電功率的鉗形表鉗形電流表的工作原理是建立在電流互感器工作原理的基礎(chǔ)上的，當(dāng)握緊鉗形電流表扳手時(shí)，電流互感器的鐵心可以張開，被測電流的導(dǎo)線進(jìn)入鉗口內(nèi)部作為電

16、流互感器的一次繞組。當(dāng)放松扳手鐵心閉合后，根據(jù)互感器的原理而在其二次繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)，從而指示出被測電流的數(shù)值。值得注意的是：由于其原理是利用互感器的原理，所以鐵心是否閉合緊密，是否有大量剩磁，對測量結(jié)果影響很大，當(dāng)測量較小電流時(shí)，會(huì)使得測量誤差增大。這時(shí)，可將被測導(dǎo)線在鐵心上多繞幾圈來改變互感器的電流比，以增大電流量程。2.2 本次設(shè)計(jì)的電能計(jì)量電路的設(shè)計(jì)方案2.2.1 主要面向人群 本次設(shè)計(jì)的電能計(jì)量電路主要就是價(jià)格低廉，測量方便，對于一般家庭來說，非常方便。尤其是對于那些想知道家里某一個(gè)電器的具體用電情況的家庭來說，本次設(shè)計(jì)的電能計(jì)量電路是最好的選擇。2.2.2 主要設(shè)

17、計(jì)方案 本電路主要由八部分構(gòu)成,分別是能計(jì)量部分、電壓采樣電路、電流采樣電路、單片機(jī)控制電路、電源電路、顯示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、模式設(shè)定電路構(gòu)成。具體如圖2所示：電能計(jì)量電路電流采樣電路電壓采樣電路單片機(jī)控制電路模式設(shè)定電路顯示電路實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路電源電路 圖2：系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖從原理上講，家用電器耗電測試電路其實(shí)就是一臺(tái)功能特殊的單項(xiàng)電能表。電能表按結(jié)構(gòu)及工作原理可以分為感應(yīng)式電能表和電子式電能表。感應(yīng)式電能表即傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)電能表，已經(jīng)有上百年的歷史了，雖然它在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，但仍存在一些明顯的缺點(diǎn)，如使用中會(huì)有機(jī)械磨損、抄表方式單一落后、容易竊電、無法滿足復(fù)費(fèi)率計(jì)費(fèi)要求等，目前已經(jīng)趨于淘汰。

18、電子式電能表采用專用集成電路對電壓和電流進(jìn)行采樣并將采樣結(jié)果處理后輸出頻率與有功功率成正比的脈沖，再由微控制器（MCU）根據(jù)脈沖進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電量顯示、抄表等功能，它具有感應(yīng)式電能表不可比擬的有點(diǎn)，將逐步取代感應(yīng)式電能表。 家用電器耗電測試計(jì)也是采用電子式電能表專用集成電路設(shè)計(jì)的，常見的電能表專用集成電路的工作院子如圖三所示：數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器瞬時(shí)有功功率信號CFF2F1電流采樣信號電壓采樣信號差分放大 差分放大模數(shù)轉(zhuǎn)換器瞬時(shí)功率信號低通濾波器號模數(shù)轉(zhuǎn)換器圖3：電能表專用集成電路工作原理 電流和電壓的采樣信號分別經(jīng)過放大后各送入1個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，之后講轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量相乘得到瞬時(shí)功率信

19、號，再經(jīng)過低通濾波器后就得到瞬時(shí)有功功率信號，將其分為2路分別進(jìn)行累加后通過數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換為脈沖輸出。其中F1、F2這路累加時(shí)間較長，輸出脈沖頻率正比于平均有功功率；CF這路累加時(shí)間較短，輸出脈沖正比于舒適有功功率，可以用于在負(fù)載穩(wěn)定的條件下對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。對于使用MCU的電子式電能表設(shè)計(jì)一般都選擇CF輸出的脈沖信號作為計(jì)量脈沖，但CF反應(yīng)的是瞬時(shí)有功功率，計(jì)量是應(yīng)將計(jì)量脈沖頻率進(jìn)一步平均，以消除波紋。MCU可以設(shè)定一個(gè)積分時(shí)間，再次時(shí)間內(nèi)對脈沖計(jì)數(shù)，顯然平均頻率為： （1）而平均功率有正比于平均頻率，因此在一個(gè)積分周期內(nèi)消耗的電能與計(jì)量脈沖個(gè)數(shù)的關(guān)系如下式所示： （2）即電能與脈沖個(gè)數(shù)成正比。

20、不難看出，積分時(shí)間越長計(jì)量脈沖頻率越平均，得到的電能計(jì)數(shù)值波動(dòng)也越小，但顯示的更新也越慢，因而在設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡考慮。在家用電器耗電測試計(jì)的設(shè)計(jì)中，積分時(shí)間并不是固定的，而是一MCU接收到的4個(gè)或8個(gè)脈沖為一個(gè)積分周期，計(jì)量脈沖頻率越高積分時(shí)間越短，反之則積分積分時(shí)間越長，這樣可以保證在測量功率較大的負(fù)載時(shí)具有較快的更新速率，在測量功率較小的負(fù)載是能夠累計(jì)足夠數(shù)量的脈沖對頻率進(jìn)行平均。由于計(jì)量脈沖與單片機(jī)控制的計(jì)時(shí)器并不同步，所以可能會(huì)丟失一個(gè)脈沖，倒是測量誤差，特別是在輕載的情況下，脈沖數(shù)量少，誤差會(huì)更明顯，一次選擇較長的測量時(shí)間，是MCU累計(jì)更多的脈沖可以有效的較少測量誤差。3 家

21、用電器耗電測試電路的硬件電路設(shè)計(jì)3.1 電能計(jì)量部分電能計(jì)量電路，主要采用采用的是電子式電能表專用的集成電路ADE7755為核心。3.1.1 ADE7755功能特點(diǎn)ADE7755是一款適用于單相配電系統(tǒng)的高精度電能計(jì)量IC。它可提供基于輸電線電壓和電流計(jì)算的瞬時(shí)有功功率和平均有功功率。該器件規(guī)范超過IEC61036標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度要求。ADE7755中使用的唯一模擬電路是ADC和參考電壓電路。所有其它信號處理（例如乘法和濾波）都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的。這種信號處理方法可在隨環(huán)境條件和時(shí)間變化的很大范圍內(nèi)提供優(yōu)異的穩(wěn)定性和精度。ADE7755是一種高準(zhǔn)確度電能測量集成電路,其技術(shù)指標(biāo)超過IEC1036

22、規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。ADE7755只在 ADC 和基準(zhǔn)源中使用模擬電路,所有其它信號處（如相乘和濾波）都使用數(shù)字電路, 這使ADE7755 在惡劣的環(huán)境條件下仍能保持極高的準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性。ADE7755 引腳 F1 和 F2 以較低頻率形式輸出有功功率平均值,能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)度器或與微控制器（MCU）接口。引腳CF 以較高頻率形式輸出有功功率瞬時(shí)值,用于校驗(yàn)或與MCU 接口。ADE7755內(nèi)部包含一個(gè)對 AVDD 電源引腳的監(jiān)控電路。在 AVDD 上升到 4V 之前,ADE7755一直保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)AVDD 降到 4V 以下,ADE7755也被復(fù)位,此時(shí) F1,F2 和 CF 都沒有輸

23、出。內(nèi)部相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的,無論通道1 內(nèi)的高通濾波器（HPL）是接通的還是斷開的。內(nèi)部的空載閾值特性保證 ADE7755在空載時(shí)沒有潛動(dòng)。電流通道提供高增益模式,可直接連接低阻值分流電阻器而不損失動(dòng)態(tài)范圍。兩通道之間的增益校準(zhǔn)在器件外部進(jìn)行調(diào)整。ADE7755采用SSOP封裝。在各種負(fù)載條件下提供低頻（F1/F2）和高頻（CF）同步輸出。3.1.2 管腳說明 ADE7755的內(nèi)部原理圖如圖4所示：圖4：ADE7755內(nèi)部原理圖ADE7755的管腳說明如表1所示表1：ADE7755管腳說明3.1.3 ADE7755的工作原理工作原理 兩個(gè)ADC對來自電流和電壓傳感器

24、的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化，這兩個(gè)ADC都是16位二階E一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，過采樣速率達(dá)900kHzo AD7755的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動(dòng)態(tài)范圍，大大簡化了傳感器接日(可以與傳感器直接連接)，也簡化了抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)。電流通道中的PGA進(jìn)一步簡化了傳感器接日。電流通道中的HPF濾掉電流信號中的直流分量，從而消除了由于電壓或電流失調(diào)所造成的有功功率計(jì)算上的誤差，詳見HPL和失調(diào)影響部分。 有功功率是從瞬時(shí)功率信號推導(dǎo)計(jì)算出來的，瞬時(shí)功率信號是用電流和電壓信號直接相乘得到的。為了得到有功功率分量(即直流分量)，只要對瞬時(shí)功率信號進(jìn)行低通濾波就行了。圖五出示了如何通過對瞬時(shí)功率信號進(jìn)行低通濾波來獲取有功功率，

25、這個(gè)設(shè)計(jì)方案也能正確計(jì)算非正弦電流和電壓波形在不同功率因數(shù)情況下的有功功率。所有的信號處理都是由數(shù)字電路完成的，因此具有優(yōu)良的溫度和時(shí)間穩(wěn)定性。圖5：獲取有功功率 AD7755的低頻輸出是通過對上述有功功率信息的累計(jì)產(chǎn)生，即在兩個(gè)輸出脈沖之間經(jīng)過長時(shí)間的累加，因此輸出頻率正比于平均有功功率。當(dāng)這個(gè)平均有功功率信息進(jìn)一步被累加(例如通過計(jì)度器累加)，就能獲得電能計(jì)量信息。CF輸出的頻率較高，累加時(shí)間較短，因此CF的輸出頻率正比于瞬時(shí)有功功率，這對于在穩(wěn)定負(fù)載條件下進(jìn)行系統(tǒng)校驗(yàn)是很有用的。3.1.4 功率因數(shù)的考慮上述從瞬時(shí)功率信號獲取有功功率信息的方法(即低通濾波)對于電壓和電流信號不同相的情況

26、也是有效的。圖6出示了相移功率因數(shù)(PF)等于1和0. 5兩種情況，后者也就是電流信號滯后于電壓信號600。假設(shè)電壓和電流波形都是正弦的，那么瞬時(shí)功率信號中的有功功率分量(即直流分量)為: （3）圖6:用瞬時(shí)功率信號的直流分量表示有功功率信息PF<13.1.5計(jì)量電路的設(shè)計(jì)方案電能計(jì)量電路采用電子式電能表專用的集成電路ADI的ADE7755為核心。為了防止采樣的失真（出現(xiàn)混疊現(xiàn)象），電路在電流和電壓通道的輸入端設(shè)計(jì)了抗混疊濾波器。濾波器由1個(gè)1K電阻和1個(gè)0.033F電容組成，是典型的低通濾波器，它在900kHz的頻率下衰減大于40dB，可以有效的衰減輸入信號中的高頻分量，減小了內(nèi)部AD

27、C采樣頻率（900kHz）附近（鏡像頻率落入有用頻帶）的高頻分量對有用頻帶（02kHz）內(nèi)信號采樣結(jié)果的影響。對于電壓通道，即使將所有跳線都短路，由于R111和R112的存在，分壓網(wǎng)絡(luò)的總阻值仍遠(yuǎn)大于R6，不會(huì)對低通濾波器的特性有影響。ADE7755輸出計(jì)量脈沖的頻率與電流和電壓通道輸入電壓的關(guān)系如下式所示： （4）式中：FF1、F2輸出的脈沖頻率（Hz）； V1電流通道差分輸入電壓有效值（V）； V2電壓通道差分輸入電壓有效值（V）； G電流通道可編程增益放大器增益； F1-4主時(shí)鐘分頻后的頻率（Hz），分頻系數(shù)可以通過S0，S1選擇； VREF參考電壓（V），這里為2.5V±8%

28、。根據(jù)家用電器耗電測試計(jì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)指標(biāo)以及ADE7755數(shù)據(jù)表推薦的一般電能表設(shè)計(jì)劉成選擇F1-4為3.4Hz，S0和S1則對應(yīng)設(shè)置為1和0，將SCF設(shè)置為0是CF輸出脈沖的頻率事故F1、F2的32倍。按設(shè)計(jì)指標(biāo)中儀表常數(shù)的要求，F(xiàn)1、F2每千瓦時(shí)應(yīng)輸出100個(gè)脈沖，即在1kW的負(fù)載下F的理論值為0.02778Hz。電路校準(zhǔn)時(shí)，當(dāng)校準(zhǔn)電流和電壓確定后式3中各個(gè)變量除了V2外均不能調(diào)整，因此校準(zhǔn)時(shí)的過程就是通過調(diào)整分壓電阻使V2逼近理論值的過程。假設(shè)校準(zhǔn)電流為5A,校準(zhǔn)電壓為220V,通過計(jì)算可以得出此時(shí)F的理論值為0.03056Hz,V1為1.75mV,由式3可以進(jìn)一步計(jì)算出V2的理論值為24

29、8.9mV。在此情況下，校準(zhǔn)后V2的實(shí)際值等于或非常接近248.9mV。3.1.6 硬件原理圖圖7：計(jì)量電路原理圖ADE7755的工作電流很小，所以電源電路中采用了成本低廉的電容降壓的方式。市電的大部分電壓都落在C102上，降壓后經(jīng)過整流濾波電路送入穩(wěn)壓電路78L05，輸出的5V電壓作為ADE7755的工作電壓。為了避免電磁干擾，電路中信號輸入端使用了磁珠，壓敏電阻RV101用于吸收浪涌電流，使電路更可靠的工作，計(jì)量脈沖輸出通過光電耦合器OP101進(jìn)行隔離，便于與其他電路連接。LED101與計(jì)量脈沖的輸出是同步的，可以用來監(jiān)測電路是否正常。3.2電壓電流采樣部分3.2.1電壓采樣電路設(shè)計(jì)方案與

30、電路原理圖為了降低成本同時(shí)也便于校準(zhǔn)，電壓測量沒有使用電壓互感器，而是直接用電阻將電網(wǎng)電壓分壓，分壓電阻網(wǎng)絡(luò)有組織從大到小的若干個(gè)電阻構(gòu)成，在校準(zhǔn)時(shí)通過跳線短路不同的電阻，是電壓通道差分輸入電壓滿足要求。這里使用了多個(gè)電阻而沒有用電位器是為了使電路工作更穩(wěn)定可靠。按公式（3）中的參數(shù)，當(dāng)負(fù)載在220V的電壓下工作，所有的跳線都短路時(shí)電壓通道差分輸入電壓有效值為332.8mV，其最大值不會(huì)超多數(shù)據(jù)表中規(guī)定的滿幅電壓（±660mV）并具有一定余量。圖8：電壓采樣電路原理圖3.2.2電流采樣電路設(shè)計(jì)方案與電路原理圖電流的測量可以選擇電流互感器或者分流器，前者是電流測量的常用的器件，在電能表

31、中使用電流互感器可以使電能表承受更大的電流而且功耗很低，但使用分流器可以是成本更低而且不會(huì)出現(xiàn)磁飽和或影響相位，此外ADE7755內(nèi)部電流通道具有可編程增益放大器，允許使用小阻值的分流器，所以這里采用分流器測量電流。分流器實(shí)際上就是一個(gè)阻值很小的電阻，一般采用低溫度系數(shù)的錳銅合金材料制成。本電路中選用阻值為350的分流器，在25A的最大工作電流下，功耗約為0.22W。將ADE7755的G0和G1通道均設(shè)為1，此時(shí)芯片內(nèi)部可編程增益放大器增益為16倍，當(dāng)負(fù)載工作電流為25A的時(shí)候，電流通道差分輸入電壓有效值為8.75mV，其最大值不會(huì)超過數(shù)據(jù)表中規(guī)定的滿幅電壓（±30mV）并具有一定余

32、量。圖9：電流采樣電路3.3單片機(jī)控制電路部分3.3.1 P89V51RD2的功能特點(diǎn)P89V51RD2是一款80C51微控制器，包含64kB Flash和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM 。P89V51RD2的典型特性是它的X2方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)工程師可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的80C51時(shí)鐘頻率(每個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘)或X2方式(每個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)時(shí)鐘)的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，選擇X2方式可在相同時(shí)鐘頻率下獲得2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時(shí)鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾(EMI)。Flash程序存儲(chǔ)器支持并行和串行在系統(tǒng)編程(ISP)。并行編程方式提供了高速的分

33、組編程(頁編程)方式，可節(jié)省編程成本和上市時(shí)問。ISP允許在軟件控制下對成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用固件的產(chǎn)生/更新能力實(shí)現(xiàn)了ISP的大范圍應(yīng)用。P89V51RD2也可采用在應(yīng)用中編程(IAP)，允許隨時(shí)對Flash程序存儲(chǔ)器重新配置，即使是應(yīng)用程序正在運(yùn)行也不例外。3.3.2 P89V51RD2的管腳說明圖10：P89V51RD2的管腳示意圖 表2：P89V51RD2的管腳說明3.3.3 24LC01的功能特點(diǎn)與管腳說明24LC01支持雙向、2線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。如果器件被定義為發(fā)送器，則該器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線；如果器件被定義為接收器，則該器件接收來自總線的數(shù)據(jù)?？偩€由主器件控制，24LC01作

34、為從器件。主器件提供串行時(shí)鐘（SCL），控制總線訪問和產(chǎn)生起始和停止條件。主器件和從器件皆可作為發(fā)送器或接收器，但必須由主器件決定采取何種工作模式。圖10：24LC01的內(nèi)部原理圖圖11：24LC01的封裝示意圖表3：24LC01的管腳說明管腳名稱I/O功能描述A0-A2I地址輸入SDAI/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出SCLI串行時(shí)鐘數(shù)的據(jù)輸入WPI寫保護(hù)VSS-電源負(fù)極VCCI電源正極3.3.4 利用24LC01存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法利用24LC01的字節(jié)寫操作來進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。字節(jié)寫操作以來自于主器件的起始位開始，4位控制碼緊隨其后（見圖12-1 和圖12-2）。接下來的3 位是存

35、儲(chǔ)塊尋址位（不帶地址輸入引腳的器件）或片選位（帶地址輸入引腳的器件）。然后主發(fā)送器將R/W 位（該位為邏輯低電平）發(fā)送到總線。從器件在第九個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生一個(gè)確認(rèn)位。主器件發(fā)送的第二個(gè)字節(jié)是地址字節(jié)（128位到16千位器件）或高位地址字節(jié)（32-512千位器件）。對于32-512千位器件，在高位地址字節(jié)之后傳送的是低位地址字節(jié)。這兩種情況下，24LC01每一個(gè)地址字節(jié)作出確認(rèn)，并把地址位鎖存進(jìn)器件內(nèi)部的地址計(jì)數(shù)器。對于24LC01 器件，只使用地址字節(jié)的低4 位。高4位可為任意值。送出最后一個(gè)地址字節(jié)后，24LC01器件發(fā)出確認(rèn)信號ACK。主器件在接收到該確認(rèn)信號后

36、即發(fā)送數(shù)據(jù)字，該數(shù)據(jù)字將被寫入已尋址的存儲(chǔ)器位置。24LC01再次發(fā)出確認(rèn)信號，之后主器件產(chǎn)生停止條件，啟動(dòng)內(nèi)部寫周期。如果在 WP引腳保持高電平時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)器寫操作，器件會(huì)確認(rèn)命令，但不會(huì)啟動(dòng)寫周期，也不會(huì)寫入數(shù)據(jù)，而會(huì)立即接受新的命令。寫命令為一個(gè)字節(jié)，在發(fā)送寫命令后，內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器增加，指向下一個(gè)要尋址的位置。寫周期期間，24LC01不會(huì)對命令進(jìn)行確認(rèn)。圖12(1):字節(jié)寫操作:128位至16千位器件圖12(2) 字節(jié)寫操作:32至512千位器件3.3.5 單片機(jī)及外圍電路的設(shè)計(jì)方案單片機(jī)選用NXP半導(dǎo)體的80C51系列40腳低功率單片機(jī)P89V51RD2。如圖所示，IC401的

37、2個(gè)中斷口INT0和INT1分別與電腦計(jì)量電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路連接，檢測電能計(jì)量脈沖和計(jì)時(shí)脈沖。IC402為串行E2PROM，用于保存電費(fèi)單價(jià)等數(shù)據(jù)，它和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路都采用I2C總線通信，占用兩個(gè)I/O口。P0.0P0.6用于檢測7個(gè)按鍵，P1.01.3控制顯示電路。3.3.6 單片機(jī)及外圍電路原理圖圖13：單片機(jī)及外圍電路原理圖3.4電源電路3.4.1 電源電路的設(shè)計(jì)方案電源電路比較簡單，如圖所示，市電由CON401接入，通過變壓器T401降為交流7.5V。之后經(jīng)過B401整流和C408、C409濾波后得到+V1，再經(jīng)過穩(wěn)壓電路IC403后得到穩(wěn)定的5V電壓。3.4.2 電源電路的電路原理圖圖

38、14: 電源電路的電路原理圖3.5顯示電路3.5.1 MAX7291的功能特點(diǎn) MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED。其上包括一個(gè)片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè)8*8的靜態(tài)RAM用來存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)、只有一個(gè)外部寄存器用來設(shè)置各個(gè)LED的段電流。 一個(gè)方便的四線串行接口可以聯(lián)接所有通用的微處理器。每個(gè)數(shù)據(jù)可以尋址在更新時(shí)不需要改寫所有的顯示。MAX7219還允許用戶對每一個(gè)數(shù)據(jù)選擇編碼或著不編碼 整個(gè)設(shè)備包含一個(gè)150uA的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮

39、度控制，一個(gè)掃描限制寄存器允許用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有LED發(fā)光的檢測模式。3.5.2顯示電路的設(shè)計(jì)方案顯示電路部分，MAX7219可以驅(qū)動(dòng)8為數(shù)碼管，本電路只使用了7位，8個(gè)單獨(dú)的LED作為1位數(shù)碼管與其余6為數(shù)碼管的公共端與MAX7219的DIG6DIG0相連。電路中數(shù)碼管各段與MAX7219的段輸出并非一一對應(yīng)，因而在使用時(shí)只能選擇非譯碼模式。改變R201的阻值可以調(diào)節(jié)各段LED的最大工作電流，從而改變顯示亮度，此外也可以通過軟件修改亮度寄存器的值來調(diào)節(jié)亮度。MAX7219的LOAD、DIN、CLK與單片機(jī)相連，單片機(jī)用過3個(gè)I/O口對其進(jìn)行控制。CON202用于與本電路相同

40、的電路進(jìn)行級聯(lián)顯示，增強(qiáng)電路的通用性，是這個(gè)電路也可以用于其他制作中。3.5.3顯示電路的電路原理圖圖15：顯示電路電路原理圖3.6 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路3.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)方案實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路選用RS5C372A，它具有低工作電壓。低時(shí)間保持電壓、低功耗、功能完備、使用靈活等特點(diǎn)，只要電源電壓不低于1.3V，時(shí)間數(shù)據(jù)就不會(huì)丟失。RS5C372A僅有8個(gè)引腳，通過I2C總線控制，它具有兩個(gè)中斷輸出，其中INTRA在測試過程中設(shè)置為每秒輸出一個(gè)脈沖用于計(jì)時(shí)，INTRB可以設(shè)置為輸出32.768kHz的脈沖用于時(shí)鐘校準(zhǔn)，中斷輸出在不用的情況下應(yīng)關(guān)閉，以降低功耗。晶體的選擇對于時(shí)鐘的準(zhǔn)確性很重要，最好選擇負(fù)載

41、電容為68pF是晶體。3.6.2鐘電路電路原理圖 圖16：時(shí)鐘電路原理圖如圖所示，電路斷電后由超級電容（雙電層電容）C501提供后備電源。R501為限流電阻，避免上電時(shí)瞬間電流過大損壞超級電容，同時(shí)削弱了C501對VDD端電壓上升時(shí)間的影響，避免由此造成單片機(jī)在期間初始化時(shí)無法對IC501操作。后備電源工作時(shí)電流極其微弱，所以R501上壓降非常小，功耗極少，幾乎沒有任何影響。D501要選擇低壓降的肖特基二極管，以保證超級電容上有較高的電壓，同時(shí)在后備電源工作時(shí)不會(huì)由于漏電而浪費(fèi)電能。3.7模式設(shè)定電路3.7.1 模式選擇電路設(shè)計(jì)方案 模式選擇電路非常簡單，就是利用7個(gè)按鍵，與單片機(jī)的p0.0p

42、0.6相連，通過按鍵，與單片機(jī)內(nèi)部程序，來實(shí)現(xiàn)模式的選擇。3.7.2 模式選擇電路的電路原理圖圖17：模式選擇電路原理圖4 家用電器耗電測試電路的程序設(shè)計(jì)家用電器耗電測試計(jì)的程序包括主程序，按鍵檢測子程序，顯示子程序，外部中斷0服務(wù)程序，外部中斷1服務(wù)程序和定時(shí)器1溢出中斷程序幾個(gè)部分。4.1 主程序主程序的流程圖見下圖，主要由初始化程序和祝循環(huán)程序兩部分組成。單片機(jī)初始化完成后執(zhí)行器件初始化程序，對MAX7219和RS5C372A的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。MAX7219設(shè)置為非譯碼模式。7位掃描，內(nèi)部PWM亮度調(diào)節(jié)占空比為23/32。RS5C372A的初始化可以參考其數(shù)據(jù)表推薦的流程，首先等待期間

43、內(nèi)部初始化完成，然后通過XSTP位判斷內(nèi)部震蕩是否停止即時(shí)間數(shù)據(jù)是否有效，當(dāng)由于后備電源電壓過低而倒是器件內(nèi)部震蕩停止的時(shí)需要對器件進(jìn)行重新設(shè)置，時(shí)、分、秒將寄存器初始值均設(shè)為0，顯示設(shè)為24小時(shí)制，各個(gè)中斷均關(guān)閉。器件初始化程序中還包括一個(gè)簡單的用戶自檢程序，自檢是LED及數(shù)碼管全部點(diǎn)亮，最后讀出E2PROM中儲(chǔ)存的電費(fèi)單價(jià)，并設(shè)置相關(guān)的即參數(shù)的初始值。開始單片機(jī)初始化器件初始化設(shè)置相關(guān)寄存器初始值顯示按鍵檢測 圖18：主程序流程圖NNNNNNNNNYYYYYYYYYNYN按鍵檢測子程序按鍵全部釋放？按鍵按下標(biāo)志=1？清按鍵按下標(biāo)志清按鍵定時(shí)標(biāo)志清按鍵使能標(biāo)志模式鍵按下？清按鍵使能標(biāo)志置按鍵

44、按下標(biāo)志按鍵使能標(biāo)志=1？設(shè)置鍵按下？啟動(dòng)鍵按下？暫停鍵按下？停止鍵按下？增大鍵按下？減小鍵按下？模式鍵處理置按鍵按下標(biāo)志設(shè)置鍵處理置按鍵按下標(biāo)志啟動(dòng)鍵處理置按鍵按下標(biāo)志暫停鍵處理置按鍵按下標(biāo)志停止鍵處理按鍵使能標(biāo)志=1？按鍵使能標(biāo)志=1？置按鍵按下標(biāo)志置按鍵按下標(biāo)志裝載按鍵定時(shí)值置按鍵定時(shí)標(biāo)志裝載按鍵定時(shí)值置按鍵定時(shí)標(biāo)志置按鍵按下標(biāo)志置按鍵按下標(biāo)志返回減小鍵處理增大鍵處理4.2 按鍵檢測子程序圖19：按鍵檢測子程序按鍵檢測子程序的流程圖如圖19所示。7個(gè)按鍵中，增大鍵和減小鍵比較特殊，這2個(gè)按鍵被按下后均會(huì)啟動(dòng)按鍵定時(shí)程序，1s后按鍵使能標(biāo)志置位，允許相應(yīng)的按鍵再被檢測1次，以后每個(gè)200毫

45、秒，按鍵使能標(biāo)志置位1次，這樣每秒響應(yīng)的按鍵檢測5次，實(shí)現(xiàn)按鍵按下1S后自動(dòng)連續(xù)執(zhí)行操作的功能。其余5個(gè)按鍵為一般操作方式，按鍵按下后只響應(yīng)1次。各按鍵處理程序主要是根據(jù)不同的模式和狀態(tài)，對相關(guān)標(biāo)志位進(jìn)行設(shè)置并修改保存相關(guān)寄存器的值，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)的功能。啟動(dòng)鍵處理程序?qū)?shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置使其輸出計(jì)時(shí)脈沖，之后將計(jì)時(shí)使能標(biāo)志置位，但此時(shí)并未允許電能計(jì)量，直到第一個(gè)計(jì)時(shí)脈沖到來是由外部中斷1服務(wù)程序?qū)㈦娔苡?jì)量使能標(biāo)志置位，電能計(jì)量才開始，同時(shí)計(jì)時(shí)也從這一刻開始，這樣做可以保證測試實(shí)際開始時(shí)刻與計(jì)時(shí)脈沖同步，計(jì)時(shí)更加準(zhǔn)確。4.3 顯示子程序顯示子程序的流程圖如圖20所示，這部分程序的主要人物是：根據(jù)當(dāng)前的

46、顯示模式計(jì)算出相應(yīng)的顯示數(shù)值并更新狀態(tài)指示，在控制MAX7219完成顯示內(nèi)容的刷新。為了能夠充分合理的利用6位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，程序中根據(jù)不同的顯示模式和數(shù)值設(shè)計(jì)了對應(yīng)的顯示格式。在電量和電費(fèi)的顯示模式下，最初數(shù)碼管顯示格式為“X.XXXXX”（“X”代表1位數(shù)字），當(dāng)顯示數(shù)值超過9.99999時(shí)數(shù)碼管顯示格式變?yōu)椤癤X.XXXX”。在電費(fèi)單價(jià)設(shè)置狀態(tài)數(shù)碼管只有后3位顯示，格式為“X.XX”。當(dāng)電量顯示數(shù)超過99.9975溢出時(shí)，數(shù)碼管前五位顯示“Error”。在計(jì)時(shí)和時(shí)鐘顯示模式下數(shù)碼管的顯示格式為“XX.XX.X”，即“時(shí).分.秒”為了符合人們的習(xí)慣，“時(shí)”的首位如果為0則不顯示。電量、計(jì)時(shí)

47、和定時(shí)的運(yùn)算比較簡單，而電費(fèi)金額的計(jì)算相對復(fù)雜些，如果直接計(jì)算電量和單價(jià)的乘積將需要更大的寄存器來保存數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)算也變得更繁瑣，所以這里用下式來計(jì)算： C=EP/100 （5） C=(E/25)P/4 （6）式中，C為電費(fèi)金額，占用3個(gè)字節(jié)；E為電量，占用3個(gè)字節(jié)；P為電費(fèi)單價(jià)，占用一個(gè)1個(gè)字節(jié)。在測試過程中，電量每次更新是E在數(shù)值增加125或25，因此E可以被25整除，在計(jì)算時(shí)首先通過“3字節(jié)數(shù)/1字節(jié)數(shù)”除法運(yùn)算求得E/25，顯然計(jì)算結(jié)果不會(huì)超過2字節(jié)，在通過“2字節(jié)數(shù)*1字節(jié)數(shù)”乘法運(yùn)算將E/25與P相乘，最后通過向右移位的方法完成除以4的運(yùn)算。如果計(jì)算結(jié)果超過999999則還需要將計(jì)

48、算結(jié)果再除以10，計(jì)算完成后再將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為BCD碼用于10進(jìn)制顯示。YYNNN顯示子程序當(dāng)前為電費(fèi)顯示模式電量顯示處理狀態(tài)顯示處理顯示數(shù)據(jù)送入MAX7219返回電費(fèi)顯示處理計(jì)時(shí)顯示處理時(shí)鐘顯示處理當(dāng)前為計(jì)時(shí)顯示模式當(dāng)前為時(shí)鐘顯示模式Y(jié)圖20：顯示子程序流程圖4.4 外部中斷0服務(wù)程序外部中斷0服務(wù)程序的主要任務(wù)是完成電量的累計(jì)，每當(dāng)電能計(jì)量電路輸出1個(gè)脈沖產(chǎn)生外部中斷后，這部分程序之行一次，流程圖如下圖。NNNNNYYYYYY外部中斷0保護(hù)現(xiàn)場置計(jì)量脈沖顯示標(biāo)志電能計(jì)量使能標(biāo)志=1？電量10倍顯示標(biāo)志=1？計(jì)量脈沖計(jì)數(shù)器+1計(jì)量脈沖計(jì)數(shù)器+1計(jì)量脈沖數(shù)=4計(jì)量脈沖數(shù)=8計(jì)量脈沖計(jì)數(shù)器清0計(jì)

49、量脈沖計(jì)數(shù)器清0電量寄存器=999875？電量寄存器=999975？電量寄存器+125電量寄存器+125置電量溢出標(biāo)志暫停測試置LED提示標(biāo)志置電量顯示更新標(biāo)志恢復(fù)現(xiàn)場當(dāng)電量低于10.0000kWh時(shí)每接收到4個(gè)脈沖電量寄存器增加一次，對應(yīng)電量增加0.00125kWh，否則每接收到8個(gè)脈沖電量寄存器增加一次，對應(yīng)電量增加0.0025kWh。中斷返回置電量10倍顯示標(biāo)志電量寄存器賦值100000圖21：外部中斷0服務(wù)程序流程圖N4.5 外部中斷1服務(wù)程序測試開始后，實(shí)時(shí)時(shí)鐘每秒輸出1個(gè)計(jì)時(shí)脈沖，由此產(chǎn)生外部中斷，之行一次外部中斷1服務(wù)程序。這部分程序主要是實(shí)現(xiàn)測試狀態(tài)下計(jì)時(shí)和定時(shí)的功能，流程圖如

50、下：NYNYNYNY外部中斷1保護(hù)現(xiàn)場計(jì)時(shí)使能標(biāo)志=1？電能計(jì)量使能標(biāo)志=1？計(jì)時(shí)值+1s當(dāng)前為定時(shí)測試方式？定時(shí)時(shí)間到？清定時(shí)測試標(biāo)志暫停測試置LED提示更新標(biāo)志置計(jì)時(shí)顯示更新標(biāo)志恢復(fù)現(xiàn)場中斷返回圖22：外部中斷1服務(wù)程序流程圖置電能計(jì)量使能標(biāo)志4.6 定時(shí)器1溢出中斷服務(wù)程序定時(shí)器1溢出中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是為按鍵檢測，閃爍顯示及LED的提示等按需要定時(shí)處理的程序提供時(shí)間基準(zhǔn)，每隔1ms執(zhí)行一次，流程圖如下：YNYNYNYNYNYN定時(shí)器1溢出中斷保護(hù)現(xiàn)場定時(shí)器1初值重裝載按鍵定時(shí)標(biāo)志=1？按鍵定時(shí)處理設(shè)置標(biāo)志=1？慢閃爍定時(shí)處理測試標(biāo)志=1？快閃爍定時(shí)處理LED提示標(biāo)志=1？LED提示

51、定時(shí)處理LED短亮標(biāo)志=1？LED提示短亮定時(shí)處理計(jì)量脈沖顯示標(biāo)志=1？計(jì)量脈沖顯示定時(shí)處理恢復(fù)現(xiàn)場中斷返回圖23：定時(shí)器1溢出中斷服務(wù)程序流程圖5 家用電器耗電測試計(jì)的制版與調(diào)試5.1 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制版5.1.1電路原理圖的繪制根據(jù)前面第2-3章對整個(gè)家用電器耗電測試計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用在Protel99SE 環(huán)境下繪制和設(shè)計(jì)電路原理圖和 PCB，具體操作過程如下： 1、選擇放置多個(gè)電子元器件 選擇需要的元器件，并將它們放在圖紙上。 2、編輯個(gè)元器件 如果元器件需要修改屬性，可以執(zhí)行編輯命令，對各元器件進(jìn)行編輯。 3、精確調(diào)整元器件位置 如果元器件的位置放置很零亂，

52、可以對元器件的位置進(jìn)行調(diào)整，精確調(diào)整后，就可以線路連接操作，線路連接與接點(diǎn)放置是可以同時(shí)進(jìn)行的。4、連接線路 首先將Wiring Tools 工具欄裝載到當(dāng)前圖紙，然后執(zhí)行連線命令，也可以執(zhí)行 Place/Wire菜單命令來實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行該命令后，就可以進(jìn)行個(gè)接點(diǎn)的連線布置。按照以上四個(gè)步驟，我們對整個(gè)設(shè)計(jì)中的控制電路，計(jì)量電路和顯示電路原理圖分別進(jìn)行設(shè)置。5.1.2 印制電路（PCB）板設(shè)計(jì)完成了電路原理圖的繪制后，可以直接進(jìn)入PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其一般步驟如下：1、規(guī)劃電路板 在繪制印制電路板之前，要對電路板有一個(gè)初步的規(guī)劃，比如電路板采用多大的尺寸，采用基層電路板，各元器件采用何種封裝形式以及安

53、裝位置等。2、設(shè)置參數(shù) 設(shè)置參數(shù)主要是元器件的布置參數(shù)、層參數(shù)、布線參數(shù)等等。3、裝入網(wǎng)絡(luò)表及元器件封裝 網(wǎng)絡(luò)表是電路板自動(dòng)布線的靈魂，也是電路原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)與印制電路板系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接口。因此這一環(huán)節(jié)非常重要。只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入之后，才能完成對電路板的自動(dòng)布線。元器件的封裝就是元器件的外形，對于每個(gè)裝入的元器件必須有相應(yīng)的外形封裝，才能保證電路板布線的順利進(jìn)行。4、元器件的布置 元器件的布局可以讓 Protel99SE 自動(dòng)布局。規(guī)劃好電路板并裝入網(wǎng)絡(luò)表后，用戶可以讓程序自動(dòng)裝入元器件，并自動(dòng)將元器件布置在電路板邊框內(nèi)。元器件的布局合理，才能進(jìn)行下一步的布線工作。5、自動(dòng)布線 Protel99SE

54、采用世界先進(jìn)的無網(wǎng)格，基于形狀的對角線自動(dòng)布線技術(shù)。只要將有關(guān)的參數(shù)設(shè)置得當(dāng)，元器件的布局合理，自動(dòng)布線的成功率很高。6、手工布線 自動(dòng)布線結(jié)束后，往往存在令人不滿意的地方，需要手工調(diào)整。5.2 安裝與調(diào)試5.2.1 安裝系統(tǒng)對于剛拿回來的新PCB板，我們首先要大概觀察一下，板上是否存在問題，例如是否有明顯的裂痕，有無短路、開路等現(xiàn)象。如果有必要的話，可以檢查一下電源跟地線之間的電阻是否足夠大。然后就是安裝元件了。相互獨(dú)立的模塊，如果您沒有把握保證它們工作正常時(shí)，最好不要全部都裝上，而是一部分一部分的裝上（對于比較小的電路，可以一次全部裝上），這樣容易確定故障范圍，免得到時(shí)遇到問題時(shí)，無從下手。一般來說，可以把電源部分先裝好，然后就上電檢測電源輸出電壓是否正常。如果在上電時(shí)您沒有太大的把握（即使有很大的把握，也建議您加上一個(gè)保險(xiǎn)