1、I论文题目:三相电参数测量仪的软件设计专 业:测控技术与仪器本 科 生:强 伟 (签名) 指导老师:黄梦涛 (签名) 摘 要本系统使用一种电能计量芯片 ATT7022C,结合 DS1302 实时钟芯片及 LCD12864 液晶模块,通过 STC89C54RD+单片机进行控制,具体研究和设计了一款三相电参数测量仪。相对于传统的三相电参数测量仪,它具有精度高、可靠性强、功能强大及智能化等诸多优点。本测量仪表可以实时、准确测量电压有效值、电流有效值、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、频率及相角等各项三相电参数。测量参数值可以通过按键控制切换实时显示在液晶屏上。此外,该测量仪
2、表还可以在液晶屏上显示年份、月份、日期、星期、时、分、秒,并且可以随时通过按键设置时间。研究、设计此类仪表有利于减少企业、工厂及家庭用电浪费,更好的节约资源、保护环境,从而真正实现环境友好型社会。关 键 词: 三相电参数,测量仪, ATT7022C, STC89C54RD+研究类型: 应用研究IISubject :Multi-purpose three-phase electrical parameters of instrumentsMajor :Measure and control technology and instrumentName :Qiang Wei (Signature)
3、Instructor:Huang Mengtao (Signature ) ABSTRACT This system using a kind of electric power measure ATT7022C chip, combined with DS1302 real clock chip and LCD12864 LCD module, through the STC89C54RD + MCU control, concrete research and design a three-phase electric parameters measurement instrument.C
4、ompared with the traditional measuring apparatus, the parameters of the three-phase it has high accuracy, reliability, powerful and intelligent, and many other advantages. The measurement instrument can real-time and accurate measuring voltage, current RMS, RMS power factor, active power, reactive p
5、ower, electricity, power, active and installed reactive power, frequency and phase Angle of the parameters of the three phase. The measuring parameters value can through the button control switch in real-time display on the LCD panel. In addition, the measuring instrument can also be displayed on th
6、e LCD panel year, month, date, week, when, minutes and seconds, and can at any time through the keys set a time.Researching and design such instruments can reduce electricity resource waste of enterprise, factories and family, protect the environment, so as to realize environmental friendly society.
7、KEY WORDS: three-phase electrical parameters, intelligent instrument, ATT7022C, STC89C54RD +THESIS: application researchIII目 录摘 要 IABSTRACTII1 绪论 .11.1 课题研究的目的和意义 .11.2 电参数测量仪的发展状况与趋势 .21.2.1 电参数测量仪的发展历程 21.2.2 国内外研究状况 21.3 本设计的主要任务 .42 系统总体设计 .52.1 系统总体设计 .52.1.1 总体结构框图 .52.1.2 主要功能 52.2 系统测量原理 .63
8、 硬件系统设计 133.1 ATT7022C 电能计量芯片 .133.1.1 芯片简介 .133.1.2 内部结构 .133.1.3 电能计量芯片 ATT7022C 的引脚介绍 .143.1.4 外围设计 .163.2 LCD12864 液晶模块 .173.2.1 芯片简介 .173.2.2 外围接口 183.3 4*4 矩阵式键盘 .193.3.1 电路原理 .193.3.2 接线图 .193.4 DS1302 时钟模块 .203.4.1 芯片简介 .203.4.2 外部接线 .213.5 单片机 STC89C54RD+介绍 22IV4 软件方案 234.1 系统软件总体流程 234.1.1
9、 软件总体设计思想 .234.1.2 具体程序流程设计 .234.2 ATT7022C 模块 244.2.1 读 写时序 .244.2.2 软件校表及设置参数 .254.3 LCD12864 液晶模块 264.3.1 软件资源 .264.3.2 时序操作图 .274.3.3 液晶显示 .284.4 4*4 矩阵式键盘 .294.4.1 软件原理 294.4.2 按键说明 .304.4.3 软件流程图 .304.5 DS1302 时钟模块 .314.5.1 内部资源介绍 .314.5.2 时序图 .324.5.3 时间显示流程 .335 总结 34致谢 35参考文献 36附录 1 ATT7022
10、C 系统原理图及系统原理图 .37附录 2 主程序 39附录 3 调校表后测量误差表 48附录 4 毕业设计成品照片 4911 绪论1.1 课题研究的目的和意义电能为用途最广泛的能源之一,现代工业的发展无法离开电能的使用,对电能的使用程度直接衡量一个国家工业的发展水平,电网经济、可靠、高效的运行与国民总体经济和人民日常生活密切相关。近几年,中国的社会用电量迅速增长,全国联网,特高压电网建设,百万千瓦级发电机并网,家居网络化进程,电网经营管理改进和计量新技术应用等要素,推进电表应用领域的扩展,主要是:从用电计量计费扩大到配电变压器、变电站的经济管理和用电需求侧管理的计量;从用户计费扩大到发电厂上
11、网电量、跨省电网联络线交换电量的计费;从 315 千伏安及以上的大工业用户计费扩大到 100 千伏安及以上的商业、非工业、普通工业户的计费,以上电表应用领域的扩大,引起计量点总量估计由 60 万个扩大到400 万个,电表应用需求量前景看好。三相多功能表技术要跟踪应用需求的不断变化,也就明示了今后产品技术的发展趋向。电表多门类:由单一的计费产品发展到关口计量、配电变压器计量、变电站计量、大工业户计量、中等容量户计量、用电需求侧管理系统及终端 6 类产品,分别制订产品技术规范;关口电能表,要发展高精度、高稳定性、高可靠性、快速测量、0-360计量、多通信方式和协议,经国际、国内同类电表的比较,提出
12、量化指标和测试方法;计费用三相多功能表要计量准确、简单可靠、讲求实用,逐步发展三相 SOC 单芯片,开发具有谐波电压、电流总含量和谐波污染程度的测量技术,研究温度、电压、频率、相位改变的自适应计量;谐波有功、无功、视在功率电能计量实用化产品,改进谐波下的功率因数计算方法,推进电能质量市场建立与发展,也为提高冶炼企业、电气化铁路的计量准确度做准备最后是研究制订三相多功能表质量评价标准与测试方法,提高在电网上运行电表的整体技术品质。而无法实时、准确及有效的测量用电网络的各项参数,对电网的安全运行极为不利,而且会对用户用电设备的运行造成极为不利的影响,最重要的是造成电能的极大浪费。因此,监控三相电用
13、电的电压、电流的有效值、有功功率、无功功率和功率因数、相角频率及电能等参数,对用电安全和减少用电浪费具有十分重要的意义。21.2 电参数测量仪的发展状况与趋势1.2.1 电参数测量仪的发展历程传统的电参数测量方法,一般通过对模拟电压信号的采样和计算来完成测量。主要经历了几个阶段:第一阶段,以模拟测量为主,通过基于电磁通量原理的指针式。但其机械结构和电磁通量结构一般比较复杂,测量的精度也很难提高。第二阶段,以直流采样为主,将被测量整流成直流量,通过测量平均值来测量点参数的有效值。该方法软件设计简单,计算速度快。但是,其测量准确度直接受到整流电路的准确度和稳定性的影响,整流电路参数调整困难。第三阶
14、段,以交流采样为主,先将电压、电流信号经高精度的电压、电流互感器变成数字系统可测量的交流小信号,然后在送入微处理器进行计算。该方法可以通过不同的算法获取关心的各种信息(如有效值、相位等),实时性好,精度高。随着微机技术的不断发展以及电力参数实时测量要求的提高,交流采样技术已经逐步取代了直流采样方法。并且大量电子器件的相继出现,对电力参数的测量由传统的电能表,逐渐被数字乘法器型电子式电能表取代。尤其是电能计量专用芯片出现以后,大大简化了测量电路的复杂性。1.2.2 国内外研究状况自从 2003 年以来,即中国城市和农村电网进行大规模改造、建设后,电力系统对三相多功能表的需求量迅速增长,到 200
15、4 年产量估计约 70 万台,以不足全国电能表总产量 1%的份额,创造了 11%的电能表总产值。由此,国际、国内电表企业纷纷看好商机,抓紧新技术开发,不断推出三相多功能表的新产品,以满足电能表市场的应用需求。与传统的机械表相比,采用电子计量原理的三相多功能表,具有高精度、多参数测量、谐波功率电能计量等优势。从总体评价,三相多功能表还是稳态电力负荷计量产品,由于其应用领域扩大,电力系统对电表不断提出新的技术要求。现有的三相多功能表性能和品质,都不能完全适应电力系统的需求。因此,如何正确把握产品技术发展趋势,改进产品设计,将三相多功能表技术水准推向一个新的高度,无疑是电表行业和电力系统共同关注的课
16、题。3引进的三相多功能表新技术,代表目前国际上电能表技术的最高水平:高精度、长寿命计量,准确度为 0.1%的有功电能计量,超过 IEC 在线计量的最高准确度要求,其误差曲线的带宽为+/-0.05%; 0.2 S 级三相基波表,具有分相的 250 次谐波有功功率计量;0.2S 级长寿命的电网关口表,具有电能质量计量模块。高速率、实时测量,交流采样速率为 256 点/周波,记录周期最短为 10 毫秒;电能质量计量:63 次谐波、电压闪变、故障录波 78 微秒的瞬变,供电可靠性指标的记录为99.9999999%。开放式通信协议 IEC62056-61/62/53/46/42,抄表、费率、负荷控制数据
17、交换;互联网通信,自动发送 E-mail 报警信号、系统运行状态刷新、数据记录,通过以太网连接到某些国际知名的电量计费系统的关口表,Web 服务器可直接读取电表各种实际数据、电能质量参数,无需任何专用软件。利用三相电能计量专用芯片,采用低频滤波法计量谐波无功功率的三相计量芯片,高位-A/D,负荷动态范围 1000:1,线性度 0.1%,具有温度测量功能,片上接口可直接与微分电流互感器连接;精度优于 0.1%的三相 SOC 单芯片,21 位 2 阶-A/D,32 位可编程的电能量计算引擎,负荷动态范围 2000 :1,片内集成:高速 8051单片机、硬实时钟、LCD 驱动电路、看门狗电路、定时器
18、、多种存储器、多种通信接口等。在我国,国产的三相多功能电能表夜出现一些新技术,国产电子式三相多功能表技术开发起步较晚,近几年,注重吸收国际计量技术与管理经验,强化自主开发,取得了许多新的技术成果:三相多功能表,0.2S 级有功功率计量,16 位-A/D,160M IPS 的 DSP,交流采样速率 256 点/周波,运行和备用两套费率时段,负荷曲线记录和容量为 4M 字节的存储器,宽电源电压范围,互感器合成误差补偿,变压器铜损、铁损计算;0.5S 级三相基波有功表,采用三相 SOC 单芯片或三相有功、无功计量芯片的低端三相多功能表设计,从技术上适应电表量大、面广的市场需求;高压电能表,采用电子式
19、传感器,悬浮式电源设计,有功电能计量准确度为 0.5 级,用于 10 千伏中压电网直接计量电能量。三相电能计量专用芯片,具有基波/谐波电能计量的三相多功能计量芯片,16 位-A/D、24 位 DSP,负荷动态范围 1000:1,线性度 0.1%,测量带宽 21 次谐波,集成温度传感器;采用 Hilbert 数字滤波器计量谐波无功功率的三相计量芯片;采用数字并行4算法和降低晶振频率技术的低功耗三相有功功率计量芯片。综上所述,经过十几年的发展,中国的三相多功能表门类比较齐全,中、低端电表技术开发水平较高,特别是冲击负荷电能计量理论与算法、谐波无功功率计量、具有谐波功率计量的三相专用芯片、高压电能表
20、、GPRS 通信技术应用、电能远程校准等技术项目具有创新意义。但是也应该看到,高端电表技术没有完全过关,电网关口计量仍以进口电表为主导产品,这是一个值得深思的问题。正视现状,展望未来,需要超前预测电表应用领域和技术要求的不断变化,才能正确把握今后产品技术的走向。1.3 本设计的主要任务本系统用于设计测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量,同时还要求能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数。用电能计量芯片 ATT7022B 作为主要的测量芯片,它是一颗精度高且功能强的多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片。用液晶显示器 12864 作为显示单元来显示
21、各项实测参数;用矩阵键盘的切换来转换显示各实测参数;适用于三相三线制和三相四线制应用,能够充分满足三相复费率多功能电能表的需求。52 系统总体设计2.1 系统总体设计2.1.1总体结构框图本系统是基于专用电能计量芯片 ATT7022C,通过单片机控制设计的一款多功能三相电参数测量装置。将三相电电压、电流信号通过电压互感器及电流互感器转换成电能计量芯片ATT7022C 可以处理的小信号并输入 ATT7022C,经过 ATT7022C 信号调理、采样、A/D 转换并计算得到各种三相电电气参数。STC89C54 单片机通过异步串行通信方式与 ATT7022C 电能芯片通信,读取或者写入数据,从而进行
22、软件较表并获得各项电气参数值。并通过按键控制输出各项三相电参数(电压、电流有效值、有功、无功、视在电能、功率因数、相角、线频率、相序检测等),显示在 12864 液晶显示屏上,供工作人员实时查看及控制。另外,系统加入了实时钟芯片 1302,可准确计时,通过 STC89C54 单片机微控制器及按键控制、液晶显示可以显示年份、月份、日期、星期、时、分、秒,并可以通过按键准确设置时间,具体结构框图如图 2.1 所示图 2.1 系统总框图2.1.2 主要功能系统主要功能是实时监测三相电负载上的功率因数、电能、有功功率、有功功率、相角、频率及电压有效值、电流有效值,并通过液晶显示出来。并且可以随时监测并
23、显S T C 8 9 C 5 4 R D单 片 机电 流互 感 器电 压互 感 器液 晶 显 示按键控制电 能专 用计 量芯 片D S 1 3 0 2时 钟 芯 片6示芯片温度值。除此之外,还可以时刻显示年、月、日、时、分、秒、及星期,附带按键设置时间功能,可设置年份、月份、日期、时分秒及星期。另外,有专用电源为 DS1302 时钟芯片供电,即使微控制器(单片机)断电,DS1302 可以正常工作,再次进入不需要重新设置时间。功能选择页面、时间设置页面及各项参数显示页面之间可以通过按键切换不断显示,系统操作菜单流程图如图 2.2 所示开始介绍页面时间显示加课题题目延时功能选择时间设置参数显示菜单
24、显示所选参数图 2.2 操作菜单流程图2.2 系统测量原理系统主要用 ATT7022C 芯片实现对三相电各项参数的测量。ATT7022C 是一种高精度三相电能专用计量芯片,该芯片集成了七路 sigma- deltaADC、参考电压电路以及所有功率、有效值、功率因数、能量等的数字信号处理电路。它具有能测量电压、电流有效值、有功、无功、视在电能、功率因数、相角、线频率、相序检测等的功能,具体介绍如下:ATT7022C 片内包含一个电源监控电路,连续对模拟电源(AVCC)进行监控。电源电压低于 4V 5%时,芯片将被复位。这有利于电路上电和掉电时芯片的正确启动和正常工作。电源监控电路被安排在延时和滤
25、波环节中,这在最大程度上防止了由电源噪声引发的错误,如图 2.3 所示7图 2.3 片内电源监控特性ATT7022C 提供两种复位方式:硬件复位和软件复位。硬件复位通过外部引脚 RESET 完成,RESET 引脚内部有 47K 电阻上拉,所以正常工作时为高电平,当 RESET 出现大于 20us 的低电平时,ATT7022C 进入复位状态,当RESET 变为高电平时 ATT7022C 将从复位状态进入正常工作状态。软件复位通过 SPI 口完成,当往 SPI 口写入 0xD3 命令后,系统进行一次复位,复位之后 ATT7022C 从初始状态开始运行。ATT7022C 在复位状态下 SIG 为高电
26、平,当 ATT7022C 从复位到工作状态之后,大约经过 500us 左右,SIG 将从高电平变为低电平,此时芯片开始进入正常工作状态,方可写入校表数据,一旦写入校表数据之后,SIG 又会立刻变为高电平。ATT7022C 片内集成了 6 路 16 位的 ADC,采用双端差分信号输入。输入最大的正弦信号有效值是 1v。建议将电压通道 Un 对应到 ADC 的输入选在 0.5v 左右,而电流通道Ib 时的 ADC 输入选在 0.1v 左右。参考电压 Refcap 与 Refout 典型值是 2.4v。电能计量芯片 ATT7022C 有功功率测量原理:各相的有功功率是通过对去直流分量后的电流、电压信
27、号进行乘法、加法、数字滤波等一系列数字信号处理后得到的。所以依据公式 (2.1)nIUNP0)(1计算得到的有功功率。合相有功功率Pt=Pa+Pb+Pc (2.2)有功功率的测量原理如图 2.4 所示8电流采样值电压采样值功率增益校正高通滤波器高通滤波器相位校正相位校正相位校正E p aP a图 2.4 有功功率测量电能计量芯片 ATT7022C 有功能量测量原理:有功能量通过瞬时有功功率对时间的积分得到。单相有功能量的计算公式为(2.3)dtqE)(合相有功能量可以根据设置按照代数或者绝对值的模式进行累加代数加模式 Ept=Epa+Epb+Epc (2.4)而绝对值加模Ept=|Epa|+|
28、Epb|+|Epc| (2.5)测量原理如图 2.5 所示P bP cP a能量计算能量计算能量计算E p aE p bE p cE p t = E p a + E p b + E p c 或者E p t = | E p a | + | E p b | + | E p c |脉冲生成器C F 1E p t图 2.5 有功能量测量电能计量芯片 ATT7022C 无功功率测量原理:根据真无功功率(正弦式无功功率)定义公式无功功率(2.6)n0)si(IUQ9无功功率计量算法与有功类似,只是电压信号采用移相 90 度之后的。测量原理如图 2.6 所示电流采样值电压采样值功率增益校正高通滤波器高通滤波
29、器相位校正能量计算功率计算E q aQ a9 0 度移相滤波器图 2.6 无功功率测量电能计量芯片 ATT7022C 无功能量测量原理:无功能量通过瞬时无功功率对时间的积分得到。单相无功能量的计算公式(2.7)dtqE)(合相无功能量可以根据设置按照代数或者绝对值的模式进行累加。代数加Eqt=Eqa+Eqb+Eqc (2.8)而绝对值加模式Eqt=|Eqa|+|Eqb|+|Eqc| (2.9)如图 2.7 所示Q bQ cQ a能量计算能量计算能量计算E q aE q bE q cE q t = E q a + E q b + E q c 或者E q t = | E q a | + | E q
30、 b | + | E q c |脉冲生成器C F 2E q t图 2.7 无功能量测量电能计量芯片 ATT7022C 视在功率测量原理:视在功率有两类计算公式PQS 视在功率公式一:10(2.10)2QPSRMS 视在功率公式二:S=UrmsIrms (2.11) 由于 ATT7022C 可以直接提供电流和电压的有效值,RMS 视在功率公式二可以在外部MCU 很方便地实现,所以 ATT7022C 仅提供采用 PQS 视在功率公式一实现的视在功率值,如图 2.8 所示E S a能量计算P aQ a功率计算S a图 2.8 视在功率测量对于合相视在功率,ATT7022C 按照公式一,根据合相有功功
31、率和合相功功率计算得到,如图 2.9 所示S t功率计算P tQ t图 2.9 合相视在功率测量电能计量芯片 ATT7022C 视在能量测量原理:视在能量定义视在功率对时间的积分,由于视在功率存在两类计算公式,所以 ATT7022C 提供这两类的视在能量,按照公式一计算 PQS 视在能量,如图 2.10 所示11开平方P tQ t能量计算 脉冲生成器C F 4E S t图 2.10 合相视在能量测量电能计量芯片 ATT7022C 电压有效值测量原理:通过对电压采样值进行平方、开方以及数字滤波等一系列运算得到。电压通道输入 1000mv 到 10mv 的信号时电流有效值的误差小于 0.5%,如图
32、 2.11 所示电压采样值U r m s a高通滤波器 数字滤波器 开平方图 2.11 电压有效值测量电能计量芯片 ATT7022C 电流有效值测量原理:通过对电流采样值进行平方、开方以及数字滤波等一系列运算得到。电流通道输入 1000mv 到 2mv 的信号时电流有效值的误差小于 0.5%,如图 2.12 所示电流采样值I r m s a高通滤波器 数字滤波器 开平方图 2.12 电流有效值测量电能计量芯片 ATT7022C 功率因数测量原理: 功率因数的符号由无功功率的符号来确定,功率因数计算公式: (2.12))(sign(Q)fabsPP电能计量芯片 ATT7022C 电压电流相角测量
33、原理:根据电工原理功率因数Pf=cos(Pg) (2.13)12其中 Pg 为电压与电流的相角。在 ATT7022C 中定义电压与电流的相角为Pg= sign(Q)*acos(|Pf|) (2.14)根据这一方法,ATT7022C 同时可以提供由合相功率因数折算为合相相角参数,也就是Pgt= sign(Q)*acos(|Pft|) (2.15)ATT7022C 相角 Pg 只能表示为 90,符号与功率因数一致。如果要用 0360表示在不同的象限相角需要做如下转换即可:当有功功率为正时,无功功率为正,实际相角就是是 Pg;当有功功率为正时,无功功率为负,实际相角是 360+Pg;当有功功率为负时
34、,实际角度是 80- Pg,如图 2.13 所示图 2.13 电压电流相角计算电能计量芯片 ATT7022C 功率方向判断:ATT7022C 实时提供功率的方向指示,方便实现四象限功率计量。负功率指示 REVP:当检测到三相中任意一相的有功功率为负,则REVP 输出高电平,直到下次检测到所有相的有功功率都为正时,REVP 才恢复为低电平。功率方向指示寄存器 PFlag;用于指示 A/B/C/合相的有功以及无功功率的方向。Bit0-3:分别表示 A、B、C、合相的有功功率的方向,0 表示为正,1 表示为负。Bit4-7:分别表示 A、B、C、合相的无功功率的方向,0 表示为正,1 表示为负。13
35、3 硬件系统设计3.1 ATT7022C 电能计量芯片 3.1.1 芯片简介ATT7022C 是一种高精度三相电能专用计量芯片,该芯片集成了七路 sigma- deltaADC、参考电压电路以及所有功率、有效值、功率因数、能量等的数字信号处理电路。它具有能测量电压、电流有效值、有功、无功、视在电能、功率因数、相角、线频率、相序检测等的功能。内置温度测量传感器,提供基波有功、基波无功校表脉冲输出。芯片还具有 ADC 采样数据缓存功能,缓存长度为 240,可以实时保存原始采样数据。同时芯片还支持单通道、双通道、及三通道的同步采样功能,供用户进行采样数据的分析。用户不需要对采样的数据进行计算处理,由
36、内部集成的 DSP 模块来进行快速计算处理,然后把计算的各个电参数存储到对应的寄存器中,芯片同时提供一个 SPI 接口与外部 MCU 进行数据的传递,外部控制器只需要通过 SPI 总线对各寄存器进行读写操作就可以得到三相电参数的值。为了得到精确的电参数数值,必须进行校表操作,芯片支持纯软件校表,经过校正的仪表,有功精度可高达 0.5s,无功精度可达 2s。 3.1.2 内部结构ATT7022C 片内包含一个电源监控电路,连续对模拟电源进行监控。电源电压低于4V 5%时,芯片会自动复位。这有利于电路上电和掉电时芯片的正确启动和正常工作。为保证芯片正常工作,应对电源进行去耦,使模拟电源波动不超过
37、5V5%。片内还集成了 6 路 16 位的 ADC,采用双端差分信号输入。输入最大的正弦信号有效值是 1v。而且总电能、视在电能测量;提供正向和反向有功、无功电能测量;提供有功、无功、视在功率测量;提供功率因数、相角、线频率参数;提供电压和电流有效值参数,有效值精度优于 0.5%;提供电压夹角测量功能;提供失压判断功能;具有反向功率指示;提供有功、无功、视在校表脉冲输出;另外电表常数可调;起动电流可调;支持增益和相位补偿,小电流非线性补偿;具有 SPI 接口,方便与外部 MCU 通讯;单+5V 供电,具体结构如图 3.1 所示14图 3.1 ATT7022C 硬件框图3.1.3 电能计量芯片
38、ATT7022C 的引脚介绍ATT7022C 共有 44 个引脚。5 个控制引脚,分别为 RESET、SIG、DOUT、DIN、SCLK,三相电压、电流信号输入引脚及电源引脚等,其引脚图如图 3.2 所示图 3.2 ATT7022C 的外部封装15引脚说明表 3.1 ATT7022C 的管脚说明引脚 标识 特性 功能描述1 RESET 输入 ATT7022C 复位管脚低电平有效内部有 47K 上拉电阻2 SIG 输出 ATT7022C 上电复位或者异常原因重新启动时,SIG 将变为低电平.当外部MCU 通过SPI 写入较表数据后,SIG 将立即变为高电平3,4 V1P/V1N输入 A 相电流信
39、道正,负模拟输入引脚。完全差动输入方式,正常工作最大输入Vpp 为 1.5V,两个引脚内部都有ESD 保护电路,最大承受电压为 6V5 REF/CAP输出 基准2.4V,可以外接;该引脚应使用10uF 电容并联0.1uF 电容进行去耦6,7 V3P/V3N输入 B 相电流信道正,负模拟输入引脚。完全差动输入方式,正常工作最大输入Vpp 为 1.5V,两个引脚内部都有ESD 保护电路,最大承受电压为 6V8 AGND 电源 模拟电路(即 ADC 和基准源)的接地参考点9,10V5P/V5N输入 C 相电流信道正,负模拟输入引脚。完全差动输入方式,正常工作最大输入Vpp 为 1.5V,两个引脚内部
40、都有ESD 保护电路,最大承受电压为 6V11 REFOUT 输出 基准电压输出,用作外部信号的直流偏置12 AVCC 电源 该引脚提供ATT7022C 模拟电路的电源,正常工作电源电压应保持在5V 5%,为使电源的纹波和噪声减小至最低程度,该引脚应使用10uF 电容并联0.1uF 电容进行去耦13,14V2P/V2N输入 A 相电压信道的正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式,正常工作最大输入Vpp 为 1.5V,两个引脚内部都有ESD 保护电路,最大承受电压为 6V15 AGND 电源 模拟电路(即 ADC 和基准源)的接地参考点16,17V4P/V4N输入 B 相电压信道的正、负模拟输入引
41、脚。完全差动输入方式,正常工作最大输入Vpp 为 1.5V,两个引脚内部都有ESD 保护电路,最大承受电压为 6V18 AVCC 电源 该引脚提供ATT7022C 模拟电路的电源,正常工作电源电压应保持在5V 5%,为使电源的纹波和噪声减小至最低程度,该引脚应使用10uF 电容并联0.1uF 电容进行去耦19,20V6P/V6N输入 C 相电压信道的正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式正常工作最大输入Vpp 为 1.5V,两个引脚内部都有ESD 保护电路,最大承受电压为 6V21,22V7P/V7N输入 第七路ADC 的正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式,正常工作最大输入Vpp 为 1.5V
42、,两个引脚内部都有ESD 保护电路,最大承受电压为 6V23 GND 电源 数字地引脚1624 TEST 输入 测试管脚,正常应用接地。内有47K 下拉电阻25 NC - 不连接26 SEL 输入 三相三线低电平,三相四线高电平选择。内部300K 上拉电阻27 CF1 输出 有功电能脉冲输出,其频率反映合相平均有功功率的大小,常用于仪表有功功率的校验,也可以用作有功电能计量28 CF2 输出 无功电能脉冲输出,其频率反映合相平均无功功率的大小,常用于仪表无功功率的校验也可以用作无功电能计量29 NC - 不连接30 CF3 输出 CF3:基波有功电能脉冲输出,其频率反映基波的合相平均有功功率的
43、大小,常用于仪表基波有功功率的校验,也可以用作基波有功电能计量CF3 也可配置为RMS 视在电能脉冲输出31 CF4 输出 CF4:基波无功电能脉冲输出,其频率反映基波的合相平均无功功率的大小,常用于仪表基波无功功率的校验,也可以用作基波无功电能计量。CF4 也可配置为PQS 视在电能脉冲输出32 NC - 不连接33 VDD 电源 内核电源输出 3.0V。外接 10F 电容并联 0.1uF 电容进行去耦34 VCC 电源 数字电源引脚;正常工作电源电压应保持在5V 5%,该引脚应使用10uF 电容并联0.1uF 电容进行去耦35 CS 输入 SPI 片选信号,低电平有效,内部上拉 200K
44、电阻36 SCLK 输入 SPI 串行时钟输入(施密特),注意:上升沿放数据,下降沿取数据37 DIN 输入 SPI 串行数据输入(施密特),内部下拉 200K 电阻38 DOUT 输出 SPI 串行数据输出,CS 为高时高阻输出39 VDD 电源 内核电源输出 3.0V。外接 10uF 电容并联 0.1uF 电容进行去耦40 REVP 输出 当检测到任意一相的有功功率为负时,输出高电平;当检测到各相有功功率都为正时,该引脚的输出又将复位到低电平41 VCC 电源 数字电源引脚;正常工作电源电压应保持在5V 5%,该引脚应使用10uF 电容并联0.1uF 电容进行去耦42 OSCI 输入 系统
45、晶振的输入端或是外灌系统时钟输入晶振频率为24.576MHz43 OSCO 输出 晶振的输出端44 GND 电源 数字地引脚3.1.4 外围设计ATT7022C 是通过电压互感器、电流互感器获得工作电压、电流信号,经过内部处理器处理后将各种参数数据存储在相应寄存器中。设计时可以用微控制器(如单片机)通过异步串行方式读取相应参数值,并通过扫描键盘控制液晶显示相应参数值。ATT7022C 内部集成了一个 SPI 串行通讯接口。ATT7022C 的 SPI 接口采用从属方式工作,使用 2 条控制线和 2 条数据线:CS、SCLK、DIN 和 DOUT。硬件接线图如图 3.3 所示17图 3.3 AT
46、T7022C 外围接线图3.2 LCD12864 液晶模块3.2.1 芯片简介汉字图形点阵液晶显示模块可以显示汉字及图形,可以满足一些复杂图形、曲线和汉字的显示,也可以实现动画功能。在科学技术发展越来越快的今天,汉字图形点阵液晶显示的应用越来越广泛。它可以使要显示的数据更加直观,是一种很好的人机接口。本设计中我们采用的 TJDM12864M1 是一款采用 ST7920-0B 作为控制器的 128X64LCD 液晶显示模块。基本特性如下:(1)提供 8 位、4 位并行接口及串行接口可选,并行接口适配 M6800 时序.(2)自动电源启动复位功能,内部自动震荡源.(3) 6416 位字符显示 RA
47、M(DDRAM 最多 16 字符4 行,LCD 显示范围 162 行).(4) 2M 位中文字形 ROM(CGROM),总共提供 8192 个简体中文字型(1616 点阵).(5)16K 位半宽字型 ROM(HCGROM),总共提供 126 个西文字型(168 点阵).(6)6416 位字符产生 RAM(CGRAM).18(7)1516 位总共 240 点的(ICONRAM).具体引脚说明表 3.2 LCD12864 管脚功能引脚号 引脚名称 方向 功能说明1 VSS - 模块的电源地2 VDD - 模块的电源正端3 V0 - LCD 驱动电压输入端4 RS(CS) H/L 并行的指令/数据选
48、择信号;串行的片选信号5 R/W(SID) H/L 并行的读写选择信号;串行的数据口6 E(CLK) H/L 并行的使能信号;串行的同步时钟714 DB0DB7 H/L 数据15 PSB H/L 并/串行接口选择:H-并行;L-串行16 NC 空脚17 RET H/L 复位,底电平有效18 VEE LCD 驱动负电压输出19 LED_A - 背光源正极(LED+5V)20 LED_K - 背光源负极(LED-0V)3.2.2 外围接口TJDM12864M1 与单片机的连接方式有两种,一种是总线方式,一种是模拟接口线方式。在设计的系统中,选用模拟接口线的方式。其外部硬件连接电路如图 3.4 所示
49、图 3.4 液晶显示模块外部连接电路193.3 4*4 矩阵式键盘3.3.1 电路原理键盘可分为两类:编码键盘和非编码键盘。编码键盘具有较多的按键(20 个以上)和专用驱动芯片的组合,当按下某个按键时,它能够处理按键抖动、连击等问题,直接输出按键的编码,无需系统软件干预。当按键的数目较少时,可以采用非编码键盘。非编码键盘又可以分为独立式和矩阵式。当按键的数目很少时,可将各个按键直接连接在单片机或者其它接口芯片的多口和地之间。由于每个按键单独占有一个端口,故这种键盘称为独立式键盘。在键盘中按键数量较多时,为了减少 I/O 口的占用,通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通,而是通过一个按键加以连接。这样,一个端口(如 P1 口)就可以构成 44=16 个按键,比直接