基于单片机的电能表设计文档格式.docx
- 文档编号:16133053
- 上传时间:2022-11-20
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:558.56KB
基于单片机的电能表设计文档格式.docx
《基于单片机的电能表设计文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的电能表设计文档格式.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
其中,单片机以AT89C51为电能表的核心控制芯片,它是电能表的“大脑”,外围所有的硬件模块都是在它的控制协调下进行工作的。
单片机通过控制在其中的各种程序,控制着其它硬件模块的工作状态,由它智能化地形成并可靠地提供电能计算、时段判断、费率切换、IC卡读写、电能量控制及负荷控制等功能。
1.4.1AT89C51单片机简介
Ⅰ、89C51单片机的基本组成
本电能表的硬件设计原则是在低功耗的前提下,实现多功能目的,该芯片功耗低,特别适用于电能表控制线路多、功能全、功耗低的要求。
它能方便地读取IC卡的数据,并控制液晶显示器的工作,同时还可以将电能表的数据存入EEPROM进行永久保存并可通过串口送至表外的数据终端,大大地提高了电能表的智能化功能。
在一小块芯片上,集成了一个微型计算机的各个组成部分,即89C51单片机芯片内包括:
(1)一个8位的微处理器(CPU)。
(2)片内256字节数据存储器RAM/SFR,用以存放可以读/写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。
(3)片内4KB程序存储器FlashROM,用以存放程序、一些原始数据和表格。
(4)4个8位并行I/O端口P0-P3,每个端口既可以用作输入,也可以用作输出。
(5)两个16位的定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成计数方式。
(6)具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统。
图1硬件系统框图
(7)一个全双工UART的串行I/O口,用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。
(8)片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。
(9)具有节电工作方式,即休闲方式和掉电方式。
以上各个部分通过片内八位数据总线相连接。
Ⅱ、89C51单片机引脚及其功能
如图2所示为单片机AT89C51的引脚图。
图2单片机AT89C51的引脚图
(1)XTAL1(19脚):
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
(2)XTAL2(18脚):
振荡器反相放大器的输出端。
(3)RST(9脚):
复位输入,当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
(4)P0口(39~32脚):
P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。
作为漏极开路的输出端口,每位能驱动8个LS型TTL负载。
当P0口作为输入口使用时,应先向口锁存器写入全1,此时P0口的全部引脚浮空,可作为高阻抗输入。
(5)P3口(10~17脚):
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O多功能口。
P3口输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口,此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
当CPU不对P3口进行SFR寻址访问时,即用作第二功能输出/输入线时,由内部硬件使锁存器Q置1。
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处低电平10ms来完成。
在芯片擦除操作中,代码陈列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
1.4.2电能计量芯片模块
采用现在比较流行的电能计量芯片CS5460A实现对电能等电量的采集和测量。
CS5460A是Crystal公司推出的用于测电流、电压、功率等的芯片,是CS5460的增强版,精度高、性能强且成本低。
CS5460A包含两个ΔΣ模-数转换器(ADC)、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ模-数转换器。
它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS,用于研制开发单相2线或3线电表。
CS5460A可以使用低成本的分流器或互感器测量电流,使用分压电阻或电压互感器测量电压。
CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口,芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。
CS5460A具有方便的片上AC/DC系统校准功能。
“自引导”的特点使CS5460A能独自工作,在系统上电后自动初始化。
在自引导模式中,CS5460A从一个外部EEPROM中读取校准数据和启动指令。
使用该模式时,CS5460A工作时不需要外加微控制器,因此当电表用于大批量住宅电能测量时,可降低电表的成本。
并且本芯片集成度较高便于编程控制,故本设计采用此方案。
CS5460A概述
Ⅰ、基本结构及功能
图3CS5460内部结构图
CS5460A的内部机构图如上图3所示,其组成模块如下:
·
一个电流通道可编程增益放大器其增益为10和50可选
一个电压通道固定增益放大器,其增益为10
两个同时采样的AD模数转换器
两个高速数字滤波器
两个可选用的高通滤波器
一个功率计算引擎
一个片内电压基准
一个可以检测电力不足或电源故障的电源监视器
一个持续监视串口通讯的看门狗
一个可选的内部时钟发生器
一个双向串行接口
一个电能、脉冲变换器
一个校准用SRAM
Ⅱ、主要特性
(1)在片计算和处理功能;
(2)可以从串行E2PROM智能“自引导”,不需要微控制器,具有电能-脉冲转换功能;
(3)具有AC或DC系统校准功能;
(4)具有简单的三线数字串行接口,可以方便地进行读写;
(5)看门狗定时器;
(6)片上2.5V基准(60×
10-6/OC),单电源+5V或双向2.5V±
10℅电源;
(7)具有功率方向输出指示;
(8)能够测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率、电能、电压有效值和电流有效值,能完成电能/脉冲转换;
(9)电能测量精度:
0.1%;
(10)具有相位补偿和系统校准功能;
(11)具有机械计度器/步进电机驱动器;
(12)内带电源监视器;
(13)电能数据线性度:
在1000:
1动态范围内线性度为±
(14)功率消耗<
12mW;
(15)电源配置:
VA+=+5V,VA-=0V;
VD+=+3V至+5V
或VA+=2.5V,VA-=-2.5V;
VD+=+3V
1、控制命令字
CS5460A包含一系列控制命令,对CS5460A写入指定的控制字,即可完成相应的操作。
这些控制命令包括:
(1)、启动转换命令(Oxe8)
只要对CS5460A写OXE8控制命令,CS5460A即开始进行AD转换,并输出计算结果,这
个命令一般在CS5460A复位操作完成后输入,以使CS5460A进入正常工作状态。
(2)、同步命令0(OXFE)及同步命令1(OXFF)
这两个命令主要用在一连串的读写命令之前,复位串行通信接口。
(3)Power_up/HaltControl(OXAO)
这个命令主要用在系统校准之前,以中断CS5460A正在执行的操作,而执行系统校准命令。
(4)系统校准命令字:
110VIRGO
这个命令完成指定的某项系统校准。
V、I、R、G、O的说明如下:
VI:
00-不允许出现00
01-电流通道选择
10-电压通道选择
11-电压电流通道同时选择
R:
0-DC校准
1-AC校准
G:
0-正常操作
1-执行增益校准
O:
执行偏置校准
2、控制寄存器
(1)、ConfigRegister(OX00)
Default:
=0x000001
PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0GI
EWAPH1PH0SI1SI0EODDL1DL0
RSVHPFIHPFICPUK3K2K1K0
K[3:
0]:
指示将主频MCLK分频作为CS5460A内部时钟DCLK:
有效值分别为1、2、4。
0001:
DCLK=MCLK/1
0010:
DCLK=MCLK/2
0100:
DCLK=MCLK/4
IHPF:
电流通道高通滤波器控制位
0=禁止高通滤波器,1=使用所有的滤波器
VHPF:
电压通道高通滤波器控制位
RS:
CS5460A复位控制位,当RS=1,CS5460A复位,复位周期至少10个机器周期
DCO:
当EOD=1,EDIR作为通用输出口,其输出电平由DC0决定。
DC1:
当EOD=1,EOUT作为通用输出口,其输出电平由DC1决定。
EOD:
EOUT,EDIR允许控制位。
0:
允许EOUT/EDIR输出(DEFAULT)
1:
用户定义的控制输出端
SI[1:
中断信号输出控制
00:
低电平有效(DEFAULT)。
01:
高电平有效。
10:
下降沿有效。
11:
上升沿有效。
EWA:
允许多片CS5460A的EOUT和EDIR连接在一起(DEFAULT=0)。
GI:
电流增益控制
0=增益为10;
1=增益为50;
PC[6:
相位补偿,CS5460A没有自动相位补偿功能,通过调整PC[6:
0]值可以实现-2.8度到+2.8度的相位补偿。
(2)CYCLECOUNTREGISTER(0X05)
Bit23bit22bit0
这个寄存器的值决定每秒钟完成计算的次数,其计算方法请参见后面的例子。
(3)、PULSERATEREGISTER(0X06)
Bit18bit17bit-5
这个寄存器的值决定在某一功率时CS5460A每秒钟输出的脉冲数。
其值的设置请参见后面的计算方法。
(4)、STATUSREGISTER
DRDYEOUTEDIRCRDYMATHRESIORVOR
PWORIRORVROREOREOORRESID3ID2
ID1ID0WDTVODIODLSDO/IC
状态寄存器指示CS5460A的状态,在正常操作模式下,写一个“1”到任一bit都会使该bit位置0,写0将保持该寄存器原态,利用这个特征,用户将读回的值重新写回到该寄存器,即可清掉置1的位。
/IC:
数据无效指示。
读状态寄存器时判断该位可以确定该寄存器的值是否有效。
LSD:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 电能表 设计