1、 本科生毕业设计（论文）题 目： 基于 ATT7037 的电参量表的设计 姓 名： 肖连才 学 号： 011000930 学 院： 电气工程与自动化学院 专 业： 电气工程与自动化（电气方向） 年 级： 2010 级 指导教师： （签名）2014 年 5 月 30 日基于 ATT7037 的电参量表的设计摘 要随着电力系统自动化水平的日益提高，电力信息的获取和管理越来越重要，研制高精度、多参数、多功能、数字化、带通信接口的多功能电参量仪表已经成为一个热门的课题。本次设计选用低功耗高性能的单相多功能计量SOC芯片ATT7037为核心，设计一款可检测多种电参量，并具有串行通信功能的单相电参量仪表。
2、该芯片内集成单相计量（3路ADC） 、CPU是51内核处理器、LCD驱动、电源管理，时钟管理，RTC模块，温度/电池电压测量模块，PLL，JTAG调试等功能。本次设计主要是硬件电路的设计还有串行通信的设计。硬件的设计主要是ATT7037最小系统、电源模块、交流电量采集模块、RS232串行通信、LCD显示电路、按键电路、报警电路等电路的设计以及参数大小的选定，并将这些电路用Protel画成原理图。串行通信的设计主要是对SBUF寄存器、 串行口控制寄存器、PCON寄存器进行设置、选择串口的工作方式、设计波特率、定时器初值、最后完成串行通信的编程。软件的设计是由同组其他同学设计完成，主要介绍其程序流
3、程、各个模块的初始化、及一些基本情况。在完成了硬件电路的设计以及通信程序的编写之后，与同组其他同学合作完对程序和实物进行调试、并做精度测量实验、实现了电参量的显示，并对实验结果进行分析和对实验误差进行分析从而得出结论。 该设计方案结构简单、成本低、功耗低、可靠性高，具有广阔的市场前景和应用价值。关键词：电参量表;单片机;硬件电路设计;通信显示;IThe design of electrical parameter table base on ATT7037 chipAbstract With the increasing level of power system automation, ac
4、cess and manage information more and more important power.Development of high-precision, multi-parameter, multi-functional, digital, multi-functionelectrical parameters of the instrument with a communication interface has become a hottopic.The selection of a low-power high-performance design of sing
5、le-phase metering SOC chip ATT7037 multifunctional core , designed to detect a variety of electrical parameters , and has a serial communication function meter single-phase electrical parameters . The chip is integrated within a single-phase metering ( 3-way ADC), CPU is a 51 -core processor , LCD d
6、rivers , power management , clock management , RTC module , temperature / battery voltage measurement modules , PLL, JTAG debugging functions. This design is mainly designed hardware design as well as the serial communication circuit .Hardware is designed primarily ATT7037 minimum system , power mod
7、ules , AC power collection module , RS232 serial communication , LCD displays the selected circuit , key circuit , alarm circuit design and circuit parameters such as size , and these circuits into Protel painting schematics. Serial communication is primarily designed for SBUF register , serial port
8、 control register , PCON register settings, select the serial work, design baud rate, timer initial finalize programming serial communication.Software was designed by the same group of other students to complete the design , introduces its program flow , initialization of each module, and some basic
9、 information .After the completion of the preparation of the hardware circuit design and communication program , completed in collaboration with other students of the same group and in-kind program debugging , and make precision measurement experiment to achieve the electrical parameters of the disp
10、lay , and the experimental results were analyzed and the experimental errors are analyzed to draw conclusions.The design is simple , low cost , low power consumption , high reliability , and has broad market prospects and value.IIKeywords:Electric parameter table; Singlechip; Hardware circuit design
11、; Commuipnication and display目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 课题研究背景和意义 .11.2 主要研究内容 .21.2.1 基本功能 .21.2.2 研究内容 .2第 2 章 基本理论基础 .32.1 单片机理论 .32.1.1 单片机概述 .32.1.2 ATT7037 芯片介绍 .32.2 ALTIUM DESIGNER 原理图设计基础 .62.2.1 电路设计的一般步骤 .6第 3 章 硬件电路的设计 .73.1 ATT7037 最小系统 .73.1.1 ATT7037 芯片 .73.1.2 模拟电源电路 .103.1.
12、3 JTAG 接口电路 .103.1.4 时钟电路 .113.1.5 复位电路 .113.2 电源模块 .123.3 交流电量采集模块 .133.4 RS-232 串行通信 .143.5 显示电路 .143.6 按键电路 .153.7 报警电路 .164.1 程序流程图 .174.2 LCD 及按键的软件结构 .174.2.1 LCD 的软件结构 .174.2.2 按键的软件结构 .194.3 串行通信 .204.3.1 SBUF 寄存器 .204.3.2 串行口控制寄存器 SCON .204.3.3 寄存器 PCON .214.3.4 波特率计算 .22第 5 章 实验结果与误差分析 .23
13、5.1 实验结果 .235.2 误差分析 .25结论 .26谢辞 .27参考文献 .29附录 .30福州大学本科生毕业设计(论文)0第 1 章 绪论1.1 课题研究背景和意义电能表的发展最早可追溯到 1880 年汤姆斯.爱迪森根依据电解的原理发明了计量直流电的电能表。1889 年匈牙利岗兹公司研制出第一块感应式电能表。十九世纪末形成了较完整的感应式电能表的基本制造理论。20 世纪 50 年代我国开始生产感应式电能表，20世纪 90 年代我国研发并自主生产电子式电能表 1。随着我国经济的飞速发展，各行各业对电的需求越来越大，电力系统越来越趋于现代化，电网与电力市场、客户之间关系日益密切。客户对用
14、电质量要求逐步上升，传统电网已经无法满足市场发展的要求。电能的生产，传输和使用同时进行，因此，电能作为一种不可储存商品的流通使用过程中，对其准确计量具有重要的意义。为调节负荷用电时段，以解决 Et 渐突出的电力供求矛盾，在不增加设备，不扩大设备容量的大前提下，可以通过以下两种方法来解决：一是在用电高峰时限、拉电；二是实行分时电价，即提高用电高峰时段电能的价格，降低用电低谷时段电能的售价。为此，电力部门广泛地使用有多个计度器能在不同费率时段内记录交流有功或无功电能的复费率电能表。世纪初，国家在保持电价总水平基本稳定的前提下，大力推行峰谷分时计电价，鼓励人们合理移峰填谷用电。同时，要求完善两部制电
15、价制度，扩大多功能表应用范围，使多费率和多功能电能表具有广阔的前景 1。我国的通信子系统发展水平相对较落后。在西方发达国家，电能计量的自动抄表技术研究起步较早，低压电力线的载波技术也已被广泛地运用，而我国，多使用电话线作为通信信道。近年来国内电子工业迅速发展，通信系统作为自动抄表技术的关键，也成为被关注的重点。现代电力营销系统中的一个重要环节是电量计量。为克服传统人工抄读电量数据，实现实时性，准确性和应用性，同时提高电力部门电费实时性结算水平，所有电力部门都将建立一种新型抄表方式作为共识。电能计量自动抄表系统克服了传统人工抄表模式的不确定性和低效率，能电能计量数据自动采集、传输和处理。不断推进
16、电能管理的现代化发展进程。目前国内外研究电能计量和串行通信的技术已经相当成熟 2。多功能电表是智能电网(尤其是智能配电网络)的重要数据采集设备之一，它是基于电子式技术研发出的新型电表，不仅具有传统电表的基本功能，还有很多额外的实用功能。例如：电能测量、电能统计、电能监测、信息上传下载及数据管理等功能。多功能智能电表是智能电网的智能终端，在智能用电信息采集系统(包括系统主站、采集设备、通信信道及智能电表三部分)中，它是智能电网数据采集的重要基础设备 3。多功能电能表集计算机技术，通讯技术等综合技术形成以智能芯片为核心，具有电功率计量计时，计费，能与上位机通信和用电管理等多种实用功能的电度表。多功
17、能电能表的现代化和基于 ATT7037 的电参量表的设计1智能化技术已经成为国内外学者研究的重点 4。1.2 主要研究内容本此设计选用低功耗高性能的单相多功能计量 SOC 芯片 ATT7037 为核心。在对芯片处理器，片内外设，电能计量和电路保护各个方面做了分析，完成硬件电路设计，实现了各个电参量的检测。1.2.1 基本功能多功能电参量表的主要功能如下：1.多电参数的检测功能：包括：电压有效值、相电流有效值、频率、有功功率、无功功率、功率因数。2.实时时钟功能：可显示年、时、分、秒；3.通信功能：支持 RS-485 通信。4. 按键显示功能：通过按键切换显示电压、电流、频率、有功功率、无功功率
18、、功率因数以及当前日期和时间等参数。5.报警功能：当电能表出现故障时，能进行相应的报警 5。1.2.2 研究内容1. 通过对我国电网和多功能电参量表的发展以及现状的研究，并根据规定的多功能标的基本功能和技术参数，确立本课题的设计。2.硬件电路的设计是多功能电表的重要组成部分，设计的好坏直接影响电表的可靠性和使用的方便及其功能的实现。硬件电路设计是本次设计的的主要任务，其组成主要包括：ATT7037 最小系统、电源模块、交流电量采集模块、RS232 串行通信、LCD 显示电路、按键电路、报警电路等。这些模块的主要实现的功能如下：（1）ATT7037 最小系统是整个设计方案的核心，主要完成电能的计
19、量；（2）电源模块为单片机提供+3.3V 电源信号；（3）交流电量采集模块采集三路交流信号供单片机使用；（4）RS232 串行通信实现 pc 机与单片机的通信；（5）LCD 显示电路用来显示各个电参量、日期以及时间；（6）按键电路通过切换按键来帮助实现显示；（7) 报警电路在电路出现故障时能自动报警；3.系统软件是本次设计的灵魂，由本组其他同学完成，其结构组成包括：电源与时钟模块、电能计量模块（EMU） 、控制单元（MCU） 、中断系统、定时器模块、串行通信模块、WTD、RTC 等。4.在硬件设计和软件完整的情况下，完成单片机和 pc 机的通信，对系统进行调试，对各个参数进行测试，并做精度测试
20、。福州大学本科生毕业设计(论文)2第 2 章 基本理论基础在课题研究内容确定之后，需要结合一些理论知识进行分析，本课题所涉及的理论基础知识主要有单片机的基础理论、ATT7037 芯片的基础知识、原理图设计的基础理论知识，以及一些基础的电路知识。2.1 单片机理论2.1.1 单片机概述单片机也叫单片微型计算机，它将中央处理器（cpu） 、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及 I/O 接口电路等微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，使其具有计算机的基本功能。单片机的发展分为四个阶段：1.4 位单片机阶段，4 位单片机主要应用于家用电器、电子玩具等领域；2.8 位单片机阶段，其中高档
21、 8 位单片机的寻址能力达到 64KB，片内ROM 容量达到 48KB，片内除带有并行 I/O 口，甚至有些还有 A/D 转换器功能。8 位单片机由于功能强大，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等领域；3.16 位单片机阶段，16 位单片机的功能被推向一个新的阶段，集成度可达十几万只晶体管，片内含 16位 cpu、8KB ROM、232 字节 RAM、5 个 8 位并行 I/O 口、4 个全双工串行口、4 个 16 位定时器/计数器、8 级中断处理系统。16 位单片机可用于高速复杂的控制系统；4.32 位单片机阶段：近年来，各计算机生产厂家已经进入更高性能的 32 位单片机研制、生产阶段。
22、但是由于控制领域对 32 位单片机需求并不十分迫切，所以 32 位单片机的应用并不是很多。单片机的特点：1.单片机的存储器 ROM 和 RAM 是严格区分的；2.采用面向控制的指令系统；3.单片机的 I/O 引脚通常是多功能的；4.操作功能强，运行速度快;5.电压比较低，功耗少，便于生产便携式产品;6.控制功能强大;7.环境适应能力强;8.可以方便的实现多机和分布式控制，提高系统的效率和可靠性 6；2.1.2 ATT7037 芯片介绍ATT7037是一款单相多功能计量 SOC（System on Chip）芯片，高性能，低功耗。片内集成单相计量（3路 ADC） 、CPU51内核处理器、LCD 驱动、电源管理、时钟管理、RTC 模块、温度/电池电压测量模块、PLL、JTAG 调试等功能。工作电压范围2.7V3.6V，基于8位8051单片机设计的，具有8052兼容指令集和总线结构 。单周期的 CPU ，具有电源监测功能，片内集成 PLL 倍频电路，低频晶振电路时钟 fosc=32.768KHz，系统时钟最高频率fpri =11.010048MHz。片内集成丰富的存储器资源，包括：60K 的 FLASH 程序存储器，4K可配制的 Flash 数据存储器；256字节带有写保护操作的 Info FLASH 存储器；256字节内
