基于單片機的多用戶多功能電表的課程設(shè)計(共30頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計報告多用戶多功能電能表的設(shè)計姓名： 學(xué)號： 學(xué)院： 專業(yè)： 班級： 聯(lián)系方式： 學(xué)年：時間： 目錄一、 設(shè)計任務(wù)及要求1二、 設(shè)計原理分析1三、 硬件電路分析3四、 軟件設(shè)計3.1 單片機電路板設(shè)計33.2+5V穩(wěn)壓電源53.3光電隔離電路63.4 芯片相關(guān)電路73.5 參數(shù)設(shè)定103.6 用戶清零電路的設(shè)計五、 軟件設(shè)計4.1 流程圖104.2 程序清單134.3 實驗元件圖22六、設(shè)計總結(jié)29一、設(shè)計任務(wù)及要求 設(shè)計任務(wù)：基于單片機的多用戶電子式單相電能表設(shè)計與調(diào)試 設(shè)計目的：了解單片機在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，在全面掌握單片機的功能基礎(chǔ)上，初步接觸它在本專業(yè)的

2、應(yīng)用范圍。 設(shè)計內(nèi)容：硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。硬件設(shè)計包括：單片機整體電路設(shè)計、+5V穩(wěn)壓電源電路設(shè)計、光電隔離電路設(shè)計、基于單片機的電能脈沖發(fā)生器電路設(shè)計；軟件設(shè)計包括：用C8051F360單片機編寫具有掉電保護功能和清零功能的用戶電量顯示程序。設(shè)計要求：1.AD7555電能脈沖發(fā)生器電路僅作電路硬件設(shè)計，其電能脈沖由C8051F360單片機P2口所接撥碼開關(guān)產(chǎn)生的脈沖模擬；2.用戶電量顯示要求精確到小數(shù)點以后三位；3.1000個電量脈沖為1度電；4.每個用戶顯示時間為3s左右；5.為防止突然停電而使用戶電量數(shù)據(jù)丟失，需要設(shè)計單片機24C621模塊，使其具有掉電保護功能；6.為了能夠方便記取各個

3、用戶電量，需要為每一位用戶設(shè)計清零程序。二、設(shè)計原理分析電子式電能表是在數(shù)字功率表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用乘法器實現(xiàn)對電功率的測量，其工作原理如框圖所示。被測量的高壓u、大電流i經(jīng)電壓變換器和電流變換器轉(zhuǎn)換后送至乘法器M，乘法器M完成電壓和電流瞬時值相乘，輸出一個與一段時間內(nèi)的平衡功率成正比的直流電壓U，然后再利用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器，U被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率f，將該頻率分頻，并通過一段時間內(nèi)計數(shù)器計數(shù)，顯示出響應(yīng)的電能。乘法器電壓轉(zhuǎn)換器計數(shù)顯示控 制U/f變換電流變換器三、硬件電路分析3.1單片機電路板設(shè)計本設(shè)計采用的是C8051F360單片機為核心的電路板。C8051F360單片機整體電路板包

4、含：C單片機、LED/FMQ報警、RS-232通信、USB接口、電源接口、LM36-2.5、下載/復(fù)位、外接器件、5V-3.3V、兩路AD輸入、信號輸入、PCF8563、24C16、74C165、74HC164顯示等模塊。C8051F360單片機為主要部件，它具有片內(nèi)上電復(fù)位電路、VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器器件，是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲器還具有系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新8051固件。用戶聽軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省損耗。其P1.0，P1.1口產(chǎn)生的脈沖向74HC164顯示輸送數(shù)據(jù)，使其顯示相關(guān)信息，

5、P2口接撥碼開關(guān)，模擬AD7755電量脈沖，OCF8563、24C16不剪實時存儲用戶電量信息，并在掉電后保存，單片機上電復(fù)位后能夠從中讀取數(shù)據(jù)。FM24C16使用先進的鐵電技術(shù)制造的16K位的非易失憶性的記憶鐵電隨機存儲器FRAM具有非易失憶性并且可以像RAM一樣快速寫數(shù)據(jù)在掉電可以保存10年且比EEPROM或其他非易失憶性存儲器可靠性更高系統(tǒng)更簡單。FM24C16以總線速度進行寫操作無延時數(shù)據(jù)送到FM24C16直接寫到具體的單元地址下可以立即執(zhí)行FM24C16可以承受超過100億次的讀寫或者是比EEPROM高一萬倍的寫操作。FM24C16的寫能力使得它在需要對非易失憶性記憶體快速寫的狀態(tài)下

6、非常理想。舉例說數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中對寫入數(shù)據(jù)的頻率要求高即速度要求非常快，使用EEPROM可能丟失數(shù)據(jù)，這種優(yōu)勢合并使得系統(tǒng)可以更靠靠的實時采集數(shù)據(jù)。以下是電路板的相關(guān)電路圖：（C8051F360P1.2接PC8563P1.6口，C8051F360P1.6接PC8563P1.3口）3.2 +5V穩(wěn)壓電源電源是電能表設(shè)計的重要部分，其設(shè)計的好換對整個系統(tǒng)的性能有較大影響。此次設(shè)計使用的穩(wěn)壓電源是由MC7805實現(xiàn)的，輸入電壓220V，輸出電壓+5V。集成三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、容易設(shè)計和制作、體積小、重量輕、成本低、維修簡單。7805集成三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖所示，這

7、是一個輸出+5V直流電壓的穩(wěn)壓電路。IC采用集成三級管穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸出端和輸入端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。電路如下圖：3.3 光電隔離電路在實際應(yīng)用中，許多電路連接之間需要非直接的連接，從而在提供數(shù)據(jù)的同時避免來自系統(tǒng)某一部分的危險電壓或電流對另一部分造成破壞，造成這種破壞的可能是電源質(zhì)量低劣、接地故障等各種故障。電路隔離的主要目的是通過隔離元件把干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制干擾的目的。選用光電隔離法，光電隔離 元件里包含兩個基本元件：光發(fā)射元件和光接收原件。因為光電隔離元件中的光發(fā)射元件和光接受云間是以光的形式互相聯(lián)系的，在電氣上沒有直接相連，從而達(dá)到在電器上的隔離作用。

8、光電耦合的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定。光電耦合電路如下圖3.4 ADD7755相關(guān)電路AD7755是AD公司推出的脈沖輸出的一種高準(zhǔn)確度電能測量芯片，AD7755在低輸出端提供平均功率信息，在高輸出端輸出頻率正比有效功率的脈沖，AD7755還有自校準(zhǔn)功能。AD7755內(nèi)部包含一個對AVDD電源引腳的監(jiān)控電路。在AVDD上升到4V之前，AD7755一直保持復(fù)位狀態(tài)。黨AD7755降到4V以下，AD7755也被復(fù)位，此時F1、F2和CF都沒有輸出。AD7755相關(guān)電路圖如下，來自網(wǎng)絡(luò)資料：3.5 參數(shù)設(shè)定+5V穩(wěn)壓電源的參數(shù)：變壓器副邊繞組的

9、交流電壓有效值，整流元件的參數(shù)，電容C1、C2的數(shù)值以及集成三端穩(wěn)壓器的選用。參數(shù)計算：1)電容：2）變壓器欺負(fù)邊繞組的交流電壓有效值：3）橋式整流電路中，每個整流二極管在交流電網(wǎng)電壓最高時承受的最大反向峰值電壓為：4）變壓器副邊繞組電流有效值要比輸出電流大，這里取5）電容C2的作用時間小穩(wěn)壓電源輸出端有輸入電源引入的低頻干擾，其數(shù)值在100uF左右。四、 軟件設(shè)計4.1 流程圖設(shè)計4.1.1 主函數(shù)流程圖4.1.2 AT24C16讀寫函數(shù)流程圖4.1.3 用戶掃描函數(shù)流程圖4.1.4 數(shù)碼管顯示函數(shù)流程圖五、附錄：程序清單： $NOMOD51 $include (c8051f360.inc)

10、 CLK EQU P11;/LED 時鐘 DATE EQU P10;/LED 數(shù)據(jù) PB0 EQU P2.0 PB1 EQU P2.1 PB2 EQU P2.2 PB3 EQU P2.3 PB4 EQU P2.4 PB5 EQU P2.5 PB6 EQU P2.6 PB7 EQU P2.7 ORG 00H LJMP MAIN ORG 0BH LJMP T0_INT ORG 0100H/主程序/MAIN: LCALL CHUSHI LCALL RD01MAIN1: MOV 20H,P2 ; 讀取外部P2口狀態(tài) MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0D5H MOV TL0,#0A0H ;

11、 利用計數(shù)器T0讀取外部脈沖 SETB ET0 SETB EA SETB TR0BEGIN: MOV R0, #60H MOV R7, #1HLOOP: MOV A,R0 MOV B,#10 DIV AB PUSH ACC MOV A,B LCALL XS;顯示個位 POP ACC MOV B,#10 DIV AB PUSH ACC MOV A,B LCALL XS;顯示十位 POP ACC MOV B,#10 DIV AB PUSH ACC MOV A,B LCALL XS;顯示百位 POP ACC MOV B,#10 DIV AB PUSH ACC MOV A,B LCALL XS;顯示千

12、位 MOV A,#10 LCALL XS;顯示 MOV A,R7 LCALL XS;顯示戶名 LCALL XS LCALL XS INC R0 INC R7 LCALL DELAY CJNE R7, #9, LOOP LCALL WR01 LJMP BEGIN/初始化程序/CHUSHI: /MOV SFRPGEN,#01H MOV SFRPAGE,#0FH MOV P1MDIN,#0FFH MOV P1MDOUT,#0EFH ;推挽輸出 MOV XBR1,#40H ;交叉開關(guān)使能 MOV PCA0MD,#00H ;關(guān)閉看門狗clear Watchdog Enablei /MOV FLKEY,#

13、0a5H MOV PSCTL,#13H MOV OSCICN,#83H ;內(nèi)部振蕩器允許，不分頻 RET/中斷子程序/T0_INT: MOV TH0, #0D5H MOV TL0, #0A0H PUSH ACC MOV A, 20H MOV 20H, P2 JNB ACC.0, BJ1 NEXT1: JNB ACC.1, BJ2 ;判斷外部脈沖的狀態(tài) NEXT2: JNB ACC.2, BJ3 ;判斷外部脈沖的狀態(tài) NEXT3: JNB ACC.3, BJ4 ;判斷外部脈沖的狀態(tài) NEXT4: JNB ACC.4, BJ5 ;判斷外部脈沖的狀態(tài) NEXT5: JNB ACC.5, BJ6 ;判

14、斷外部脈沖的狀態(tài) NEXT6: JNB ACC.6, BJ7 ;判斷外部脈沖的狀態(tài) NEXT7: JNB ACC.7, BJ8 ;判斷外部脈沖的狀態(tài) JMP DONE BJ1: JB PB0,ADD1 ;與原來外部的狀態(tài)進行比較 JMP NEXT1 ;若相等則繼續(xù)讀外部狀態(tài) BJ2: JB PB1,ADD2 ;若不等則相應(yīng)的用戶的脈沖數(shù)加一 JMP NEXT2 BJ3: JB PB2,ADD3 JMP NEXT3 BJ4: JB PB3,ADD4 JMP NEXT4 BJ5: JB PB4,ADD5 JMP NEXT5 BJ6: JB PB5,ADD6 JMP NEXT6 BJ7: JB PB

15、6,ADD7 JMP NEXT7 BJ8: JB PB7,ADD8 JMP DONE ADD1: INC 60H JMP NEXT1 ADD2: INC 61H JMP NEXT2 ADD3: INC 62H JMP NEXT3 ADD4: INC 63H JMP NEXT4 ADD5: INC 64H JMP NEXT5 ADD6: INC 65H JMP NEXT6 ADD7: INC 66H JMP NEXT7 ADD8: INC 67H DONE:POP ACCRETI/顯示子程序/-顯示子程序-XS: PUSH ACC MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV

16、R4,#08hRR1: RRC A JC SET1 JNC SET0SET1: CLR CLK SETB DATE SETB CLK DJNZ r4,RR1 JMP RETURNSET0: CLR CLK CLR DATE SETB CLK DJNZ R4,RR1RETURN: POP ACC RET/延時子程序/DELAY: MOV R2,#0ffH MOV R3,#0ffH MOV R5,#07H LOOP0001 :NOP DJNZ R2,CC01 LJMP CC1 CC01: LJMP LOOP0001CC1: DJNZ R3,CC02 LJMP CC2 CC02: LJMP LOOP

17、0001CC2: DJNZ R5,CC03 LJMP CC3 CC03: LJMP LOOP0001CC3:RET/往XRAM寫數(shù)據(jù)子程序/WR01: MOV EMI0CF ,#20H MOV DPTR,#0100H MOV R0,#60H MOV R7,#00HLOOP2: MOV A,R0 INC DPTR INC R0 INC R7 CJNE R7,#08,LOOP2 RET/讀XRAM的數(shù)據(jù)/RD01: MOV EMI0CF , #00H MOV DPTR , #0100H MOV R7 , #00H MOV R0 , #60HLOOP3 : MOVX A,DPTR MOV R0 , A INC R0 INC