1、 山东 XXXX 专科学校毕业设计论文题 目：单相电子式电能表设计系 部：专 业：电子测量技术与仪器班 级：姓 名：学 号：指导老师：摘 要该系统主要由显示模块、键盘模块、时钟模块、存储模块、通讯模块、CPU 模块、CS5460A 电能表芯片模块和前端电路调理模块部分组成。前端电路调理模块采用 2mA/2mA 的电流互感器和 5A/2.5mA 电流互感器和精密电阻实现对市电的转换，并采用 RC 滤波网络滤波,然后采用由美国 CRYSTAL 公司的新型电能计量芯片 CS5460 芯片实现对电流、电压和电能的测量与转换；时钟模块采用DS1302 时钟芯片为系统提供时钟基准，存储模块采用 AT24C
2、16，为系统提供数据存储；显示模块用 OCMJ4X8CM 液晶，通信模块采用 Max232 芯片，并利用AT89S52 组成的 CPU 模块控制所有芯片的工作、测量、计算电能，送往显示模块和存储模块进行实时显示和存储，并通过标准 232 接口送往 PC 上位机进行同步显示，并且本电能表还设有 GPIB 地址，以便于电能管理系统对电能的管理。关键字：CS5460A；AT89S52；232 通讯；OCMJ4X8CM；AbstractThis system is mainly revealed the module, keyboard module, clock module, store modu
3、le, communicate module, CPU module, CS5460A electric energy meter chip module and front circuit look after the part of the module to make up. The front circuit recuperates the module and adopts electric current mutual inductor and 5A/2.5mA electric current mutual inductor and accurate resistance of
4、2mA/2mA to realize the conversion of the city electricity, and adopt RC to strain the wave network and strain the wave, then adopt measure chip, CS5460 of chip, realize to electric current, voltage, measurement and conversion of electric energy by new electric energy of Company, CRYSTAL of U.S.A.; T
5、he clock module adopts DLS1302 clock chip to offer the clock basis for system, stores the module and adopts AT24C16, offer the data for system to store; Reveal the module uses OCMJ4X8CM liquid crystal, the communication module adopts Max232 chip, and utilize CPU module that AT89S52 makes up to contr
6、ol the work of all chips; Measure, calculate electric energy, send to is shown the module and stores the module and pays revealing and storing in real time, send PC to location plane go on reveal and this electric energy meter have GPIB address also synchronously through standard 232 interface, so t
7、hat the control over electric energy of administrative system of electric energy. Keywords: CS5460A; AT89S52; 232communication;OCMJ4X8C； 目 录摘要 .IABSTRACTI第 1 章 综述 1第 2 章 总体方案设计 22.1 设计要求 22.2 系统的基本方案 .22.3 电能计量部分 .22.4 CS5460A 概述 32.5 其他模块部分 .5第 3 章 系统硬件设计与实现 83.1 直流稳压电源的设计 83.2 前端电路调理模块的设计 83.3 电能表
8、测量模块的设计 93.4 通讯模块的设计 103.6 液晶显示的设计 11第 4 章 系统软件设计 .124.1 主程序流程图 .124.2 系统初始化子程序 .124.3 系统子程序模块 12第 5 章 系统调试 .145.1 软、硬件调试 .145.2 功能测试 .155.3 系统整体电路图 165.4 误差分析及改进措施 18总结 18参考文献 19致谢辞 20山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文1第 1 章 综述1.1 电能表的发展概况作 为 测 量 电 能 的 专 用 仪 表 电 能 表 ,自 诞 生 至 今 已 有 100 多 年 的 历史 。 随 着 电 力
9、系 统 及 其 相 关 产 业 的 发 展 以 及 电 能 管 理 系 统 的 不 断 完 善 ,电能 表 的 结 构 和 性 能 也 经 历 了 不 断 更 新 、 优 化 的 发 展 过 程 :由 最 初 的 感应 电 能 表 ,发 展 到 后 来 的 感 应 系 脉 冲 电 能 表 ,直 至 现 在 的 纯 电 子 式 电 能表 。 感 应 系 电 能 表 是 利 用 处 于 交 变 磁 场 的 金 属 圆 盘 中 的 感 应 电 流 与 有 关磁 场 形 成 力 的 原 理 制 成 的 。 感 应 系 脉 冲 电 能 表 仍 采 用 感 应 系 电 能 表 的 测量 机 构 作 为 工
10、 作 元 件 ,由 光 电 传 感 器 完 成 电 能 脉 冲 转 换 ,然 后 经 电 子电 路 对 脉 冲 进 行 处 理 ,从 而 实 现 对 电 能 的 测 量 。 纯 电 子 式 电 能 表 的 原 理是 采 用 电 子 电 路 来 实 现 电 能 计 量 ,所 以 电 子 式 电 能 表 的 共 同 特 点 是 采 用乘 法 器 ,根 据 所 依 托 的 乘 法 器 为 模 拟 的 还 是 数 字 的 分 为 模 拟 乘 法 器 型 电子 电 能 表 和 数 字 乘 法 器 型 电 子 电 能 表 。随 着 电 能 管 理 的 现 代 化 ,需 要 访 问 电 能 表 很 多 信
11、息 ,同 时 决 策还 要 与 电 能 表 进 行 双 向 通 讯 ,由 于 数 字 乘 法 器 型 电 能 表 是 以 微 处 理 器为 核 心 ,所 以 功 能 容 易 扩 展 ,易 和 配 电 自 动 化 系 统 集 成 ,因 此 本 文 设 计了 一 种 基 于 电 能 计 量 芯 片 CS5460A 的 电 子 式 电 能 表 ,CS5460A 是 一种 带 有 串 行 接 口 的 单 相 双 向 功 率 电 能 集 成 电 路 芯 片 ,极 易 与 微 处 理 器连 接 。1.2 设计概况本 设 计 在 参 阅 了 大 量 前 人 设 计 的 电 子 式 电 能 表 的 基 础 上
12、 ， 利 用 单 片机 技 术 结 合 电 能 表 芯 片 CS5460A 构 建 了 一 个 单 相 电 子 式 电 能 表 。 本 文首 先 简 要 介 绍 了 设 计 电 能 表 的 主 要 功 能 以 及 系 统 的 总 体 方 案 ， 然 后 详 细介 绍 了 单 相 电 子 式 电 能 表 的 设 计 流 程 ， 以 及 硬 件 系 统 和 软 件 系 统 的 设 计 ，并 给 出 了 硬 件 电 路 的 设 计 细 节 ， 包 括 各 部 分 电 路 的 走 向 、 芯 片 的 选 择 以及 方 案 的 可 行 性 分 析 等 。第 2 章 总体方案设计山 东 XXXX 专 科
13、学 校 毕 业 设 计 论 文22.1 设计功能要求设计制作一只交流电能表表，设计的主要要求如下：（1）该交流电能表能实现对单相交流电能的测量；（2）电表参数：额定电压 220V,额定电流 5A,最大电流 10A，最大计度容量：99999.99Kw.h；（4）能测量并显示当前的功率、电压和电流的有效值；（5）显示当前日期和时间，具有分时计量功能；（6）可以与 PC 机进行串行通信，并可用键盘控制，便于操作；（7）电量脉冲输出；（8）停电不丢失电能数据；2.2 系统的基本方案该系统主要由显示模块、通讯模块、键盘控制模块、MCU 模块、电能表芯片 CS5460 模块、时钟模块、存储器模块和前端电路
14、调理模块部分组成。前端电路调理模块采用变比 1：1 的电流型电压互感器，电流模块采用变比2000：1 的电流互感器，利用取样电阻采样信号，经变换后的信号以差模电压的形式接到由 CIRRUS LOGIC 公司生产的电能表芯片 CS5460A，取样电阻的阻值由被测信号的最大值决定，然后经 CS5460A 转换后将电压、电流、功率、电能等信号传给单片机 AT89S52，AT89S52 组成的 MCU 模块控制所有芯片的工作、截止及计算和模块的显示，显示模块采用 OCMJ4X8CM 液晶模块，液晶正常显示当前测量的电能值、日期、时间，可通过键盘控制显示电压、电流有效值、功率等；通讯模块采用 Max23
15、2 芯片实现电能表与 PC 机之间的通信。并接受 PC 上位机同步控制并与其通信，时钟模块采用 DLS1302 芯片，为电能表提供时间基准，为实现多费率打下基础，存储模块采用 AT24C16，为系统提供数据存储，可以做到掉电不丢失数据，还可以实现电力系统参数的实时记录，该系统可以实现对电能等电参量测量、显示及采集处理的目的。系统硬件框图如图 2-1 所示：2.3 电能计量部分方案一：采用 A/D 转换芯片分别对电压、电流回路采样，然后送给单片机，经单片机计算，算出电能、功率等电量。该方案电路设计较麻烦，并且容易受外部干扰，准确度低，并且编程较麻烦。方案二：采用现在比较流行的电能计量芯片 CS5
16、460A 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 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 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 ，用于研制开发单山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文3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
17、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。2.4 CS5460A 概述2.4.1 基本结构及功能CS5460A的内部组成模块如下： 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
18、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电流型电压互感器电压信号电流互感器电流信号流/压变换电路CS5460AT89S52KeyLCDPC 机图 2-1 多功能电能表硬件框图DS1302AT24C16山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文42.4.2 主 要 特 性（1）在片计算和处理功能；（2）可以从串行E 2PROM 智能“自引导”,不需要微控制器,具有电能-脉冲转换功能；（3）
19、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 2.5 V 基准（6010 -6/OC）,单电源 +5 V 或双向 2.5V10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 0.1%；（14）功率消耗12mW；（15）电源配置： VA+=+5V,VA-=0
20、V;VD+=+3V+5V 或 VA+=2.5V,VA-=-2.5V;VD+=+3V图 2-2 CS5460内 部 结 构 图2.4.3 操作时序CS5460A串行口包括4条控制线：串行时钟（SCLK） 、串行数据输入（SDI） 、串行数据输出（SDO）和片选（CS） ，器读写时序如图2-3所示：CS5460A的串行接口部分集成了一个带有发送/接收缓冲器的状态机，状态机在SCLK的上升沿解释8位命令字。根据对命令的解码，状态机将执行相应的操作，或者为被寻址的寄存器的数据传输做准备。读操作需将被寻址的内部寄存山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文5器的数据传送到发送缓存区，写操作
21、在数据传输前要等24个SCLK周期。内部寄存器用于控制ADC的功能，所有寄存器都是24位。上电复位后，串行状态机初始化为命令模式，等待接收有效的命令（输入串口的前 8 为数据） 。在完成对有效命令的接收和解码后，状态机将指示转换器执行系统操作或从内部寄存器输入输出数据。当启动了读命令，串口将在下8个、16个或24个SCLK周期启动SDO脚上的寄存器内容的转移（从高位开始） 。寄存器读指令可以终止在8 位的边界上（例如，读出时可只读8，16或24位） 。同样，数据寄存器读出允许采用“命令链” 。 因此读寄存器时，微控制器可同时发送新指令，新指令将被立即执行，并可能终止读操作。例如，命令字送入状态
22、机读取某一输出寄存器，进行了16 个连续的读图2-3 CS5460A操作时序图数据串行时钟脉冲后，执行写命令字（如状态寄存器清零命令） ，数据从 SDI 引脚输入，同时剩下的 8 位读出数据被传送到 SDO 引脚。又如，用户仅需从读操作中获取 16 位有效位时，可在 SDO 读出 8 位数据后从 SDI 输入第二个读命令。在读周期，当从 SDO 引脚输出数据时，必须用 SYNC0 指令（NOP ）使 SDI 引脚处于选通态。2.5 其他模块部分2.5.1 前端调理电路部分方案一：采用电阻网络分压、分流的方式将大电压、大电流转换成 CS5460A 能接收的电压信号，该方案电路复杂，难于调试，精度
23、低，且不能实现芯片与电网的隔离，故不采用。方案二：采用电流互感器与精密电阻网络组成调理电路，将电压和电流转换为芯片可以就收的电压信号。该方案设计简单，精度高，且实现了芯片与电网的隔离，保证了芯片的安全，故本设计采用此方案。2.5.2 主控芯片电子式多功能电能表硬件的核心 MCU 主控制器,它负责按键输入扫描、工作状态检测,计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文6外界的通信控制等。本系统采用 AT89S52 单片机实现，AT89S52 单片机是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash
24、存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，具有双工 UART 串行通道，可实现 ISP 在线编程功能，内部集成了看门狗定时器、双数据指针、全新的加密运算，使程序的保密性增强，兼容性强，软硬件调试方便。内部 RAM 和 ROM 可满足逻辑控制和算数运算。因此，使用该 MCU 作为主控芯片可以方便的设计电路。2.5.3 显示部分由 于 本 设 计 显 示 的 参 数 较 多 ， 显 示 部 分 采 用 OCMJ4X8C 液 晶 。OCMJ4X8C 液
25、晶 示 模 块 可 以 显 示 字 母 、 数 字 符 号 、 中 文 字 型 及 图 形 ， 具有 绘 图 及 文 字 画 面 混 合 显 示 功 能 。 提 供 三 种 控 制 接 口 ， 分 别 8 位 微处 理 器 接 口 ， 4 位 微 处 理 器 接 口 及 串 行 接 口 （ OCMJ4X16A/B 无 串 行 接口 ） 。 所 有 的 功 能 ， 包 含 显 示 RAM， 字 型 产 生 器 ， 都 包 含 在 一 个 芯 片 里面 ， 只 要 一 个 最 小 的 微 处 理 系 统 ， 就 可 以 方 便 操 作 模 块 。 内 置 2M-位 中 文 字 型 ROM (CGR
26、OM)总 共 提 供 8192 个 中 文 字 型 (16x16 点 阵 )，16K-位 半 宽 字 型 ROM (HCGROM)总 共 提 供 126 个 符 号 字 型 (16x8 点 阵 )，64 x 16-位 字 型 产 生 RAM (CGRAM)， 另 外 绘 图 显 示 画 面 提 供 一 个64x256 点 的 绘 图 区 域 （ GDRAM） ， 可 以 和 文 字 画 面 混 和 显 示 。 提 供 多 功能 指 令 ： 画 面 清 除 （ Display clear） 、 光 标 归 位 （ Return home） 、显 示 打 开 /关 闭 （ Display on/o
27、ff） 、 光 标 显 示 /隐 藏 （ Cursor on/off） 、 显 示 字 符 闪 烁 （ Display character blink） 、 光 标 移 位（ Cursor shift） 、 显 示 移 位 （ Display shift） 、 垂 直 画 面 卷 动（ Vertical line scroll ） 、 反 白 显 示 （ By_line reverse display） 、 待 命 模 式 （ Standby mode） 。 主 要 参 数 ： 1、 工 作 电 压 (VDD):4.5 5.5V 2、 逻 辑 电 平 :2.7 5.5V 3、 LCD 驱 动
28、电 压 (Vo):0 7V 4、 工 作 温 度 (Ta):0 55 (常 温 )/-20 75 （ 宽 温 ） 保 存 温 度(Tstg):-10 65 (常 温 )/-30 85 (宽 温 ) 本 液 晶 不 仅 可 以 显 示 汉 字 ， 而 且 可 以 显 示 多 行 ， 可 以 同 时 显 示 多 测量 量 ， 便 于 观 看 和 读 取 ； 还 可 以 串 行 通 信 ， 占 用 I/O 口 少 ， 便 于 控制 。2.5.4 通信模块同步通信占用的资源较多，而且需要外部时钟提供同步信号以提高接受数据 的 准 确 性 ， 外 围 电 路 比 较 复 杂 ， 传 输 中 出 现 错
29、误 ， 则 成 批 数 据 报 废 ，而 异 步 通 信 外 围 电 路 简 单 ， 传 输 速 度 快 。 所 以 我 们 采 用 串 口 异 步 通 信 。使 用 RS-232C 做 接 口 标 准 的 通 讯 模 块 ， 传 输 速 率 为 20kbps,在 15m范 围 之 内 ， 可 进 行 有 效 通 讯 ， 而 且 可 直 接 和 PC 机 相 接 ， 有 利 于 进 一步 的 功 能 扩 展 ， 使 用 也 比 较 方 便 。由于 89S52 单片机输入、输出电平为 TTL 电平, 而 PC 机配置的是 RS- 山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文7232C
30、 标准串行接口, 两者的电气规范不一致,单片机中的信号电平是 TTL 型的,而RS-232C 采用负逻辑，为了完成与 RS- 232C 通信总线数据通信的功能,必须进行电平转换。两种电平转换电路通常是由专用电平转换芯片 MAX232 来实现的,可实现 RS- 232C 与 TTL 电平的转换。2.5.5 时钟模块时钟模块采用 DALLAS 公司推出的 DS1302 。它内部含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM ，通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟/日历电路提供秒分、时、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用 24 或
31、 12 小时格式， 。DS1302 与单片机之间能简单 图 2-4 1302 管脚图地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：1 RES 复位，2 I/O 数据线，3 SCLK 串行时钟时钟， RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信，DS1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW，DS1302 是由 DS1202 改进而来增加了 以下的特性，双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1 为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器，它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域，其管脚功能图如图 2-4 所示。2.5.6 存储部分存
32、储部分采用AT24C16存储芯片，其具有以下特性特性：* 与400KHz I2C 总线兼容* 1.8 到6.0 伏工作电压范围* 低功耗CMOS 技术* 写保护功能当WP 为高电平时进入写保护状态* 页写缓冲器* 自定时擦写周期* 1,000,000 编程/擦除周期 图 2-5 AT24C16 引脚图* 可保存数据100 年* 8 脚 DIP SOIC 或 TSSOP 封装 * 温度范围商业级工业级和汽车级AT24C16 支持 C 总线数据传送协议,I2C 总线协议规定,任何将数据传送到总线的器件作为发送器,任何从总线接收数据的器件为接收器,数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控
33、制的,主器件和从器件都可以作为发送器或接收器,但由主器件控制传送数据发送或接收的模式。由于其控制引脚较少，占用单片机口线较少，在少量数据存储中有非常大优势，因为在本设计中，我们只需将校表数据及少量的电能数据存储其中，以做到系统掉电时不丢失数据，免除每次开机时的校表过程，故选用控制引脚简洁的 AT24C16 将非常的合适。山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文8第 3 章 系统硬件设计与实现3.1 直流稳压电源的设计电源电路是整个系统能稳定工作的前提和关键，系统中的各个单 元 电 路都 需 要 使 用 直 流 电 源 供 电 ， 本 设 计 采 用 自 制 电 源 供 电 方
34、式 ， 将 220V交 流 市 电 通 过 电 源 变 压 器 变 换 成 交 流 低 压 ， 再 经 过 桥 式 整 流 电 路 整 流 和滤 波 ， 在 固 定 式 三 端 稳 压 器 的 两 端 形 成 一 个 并 不 十 分 稳 定 的 直 流 电 压 ，此 直 流 电 压 经 过 W7805 的 稳 压 和 电 容 的 频 率 补 偿 ， 便 在 稳 压 电 源 的 输出 端 产 生 了 精 度 高 、 稳 定 度 好 的 直 流 输 出 电 压 。 自 制 电 源 原 理 如 图3-1 所 示 ： FF图 3-1 +5V 直 流 电 源 的 设 计3.2 前端电路调理模块的设计3.
35、2.1 电压调理部分对 于 系 统 的 前 端 电 压 调 理 部 分 ， 我 们 采 用 变 比 为 2mA/2mA 的 电 流互 感 器 和 高 精 度 电 阻 作 为 输 入 电 路 部 分 电 路 如 图 2-2 所 示 。 系 统 设计 采 用 220V 的 市 电 电 压 输 入 ， 首 先 外 接 Rx=110k 电 阻 得 到 2mA 的电 流 ， 然 后 通 过 变 比 为 2mA/2mA 的 互 感 器 ， 然 后 在 二 次 侧 连 接 1 个125 的 定 值 电 阻 得 到 所 需 的 输 入 电 压 ， 可 以 为 CS5460A 提 供 电 压信 号 ， 不 超
36、出 芯 片 的 测 量 范 围 。 当 然 电 阻 R2 值 可 以 根 据 不 同 的 电 压来 调 整 。 并 加 入 RC 滤 波 网 络 对 信 号 初 步 滤 波 ， 并 加 入 放 抖 动 电 容 保 护芯 片 。3.2.2 电 流 调 理 部 分电 流 调 理 部 分 采 用 变 比 2000： 1 的 电 流 互 感 器 ， 然 后 经 一 精 密 电阻 将 电 流 信 号 转 变 成 电 压 信 号 。 并 加 入 RC 滤 波 网 络 对 信 号 初 步 滤 波 ，并 加 入 放 抖 动 电 容 保 护 芯 片 。 经 变 换 后 的 补 测 信 号 以 差 模 电 压 的
37、 形 式接 到 CS5460A 的 模 拟 信 号 输 入 端 。 由 于 互 感 器 角 差 的 影 响 ， 可 能 造 成 输山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文9入 信 号 的 相 移 ， 使 功 率 测 量 的 误 差 增 大 。 而 CS5460A 具 有 相 位 补 偿功 能 （ 可 进 行 -2.4至 +2.5的 相 位 补 偿 ， 步 进 0.34） ， 可 以 大 大减 小 互 感 器 角 差 的 影 响 。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 18-Jan-2010 Sheet o
38、f File: F: Backup of 1.DDBDrawn By:L1 L2R101KR111KR81KR91KCTIIN+IIN-L3 L4R51KR61KR3 1KR41KCTVIN+VIN-R1110kN LC6103C7103C9103C10103C11103C8103R730R2662mA/2mA5A/2.5mA图 2-2 前端调理电 路 。3.3 电能测量模块的设计经调理电路调理的电压信号、电流信号通过 IIN+、IIN-、VIN+、VIN-接口送入电能表芯片 CS5460，芯片经放大、滤波、采样、计算，计算出瞬时功率，并根据周期计数寄存器内设定的计数周期计算出电能值、电流有效
39、值、电压有效值，并将其存入相应的寄存器中，然后单片机通过与芯片通信将相应寄存器中的电能值、电压有效值、电流有效值读出，并送予液晶显示。CS5460 也可将电能转化成与电能成正比的脉冲，由 EOUT 口输出，以便于电能表的检定。CS5460 与单片机的连接图如图 3-2 所示：3.4 通讯模块的设计Max232 是德州仪器公司(TI)推出的一款兼容 RS-232C 标准的芯片。Max232 芯片起电平转换的功能,使单片机的 TTL 电平与 PC 的 RS-232C 电平达到山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文101 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNu
40、mber RevisionSizeBDate: 14-Jan-2010 Sheet of File: I: Backup of 1.DDBDrawn By:P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9 RXD/P3.010TXD/P3.111 INT0/P3.212INT1/P3.313 T0/P3.414T1/P3.515 WR/P3.616RD/P3.717 XTAL218XTAL119 VSS20 P2.0 21P2.1 22P2.223P2.3 24P2.4 25P2.526P2.6 27P2.7 28PSEN29ALE 30EA 3
41、1P0.732P0.6 33P0.5 34P0.435P0.3 36P0.2 37P0.138P0.0 39VCC 40U4AT89S52VCCVCCY111.0592MHzC130PC230PP1.1P1.2P1.3P1.6P1.7RSTRXTXINT0INT1T0T1WRRDP2.0P2.1XTAL2 P2.2XTAL1 P2.3P2.4P2.5P2.651 P2.7PSENALEP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0XOUT1 CPUCLK2VD+3 DGND4SCLK5 SDO6CS7 NC8VIN+9 VIN-10VREFOUT11 REFIN12 VA-
42、13VA+ 14IIN-15IIN+ 16PFMON 17NC18RESET 19INT 20EOUT21EDIR 22SDIXIN24CS546023CS5460Y24.096MC4104VCCVCCC5104P1.1P1.2 INT1P1.3VIN+VIN- IIN-IIN+匹配。串口通信的 RS-232C 接口采用 9 针串口 DB9,串口传输数据只要将两个串口的“发送数据”与“接收数据”交叉连接，再加上信号地线就能实现。串口通信又分查询和中断两种方式，在本系统中，通讯数据不固定，数据量大，所以采用中断方式进行通讯,具体电路图 3-3 所示：图 3-2 CS5460A 与单片机连接图图
43、3-3 通讯模块硬件接线图在设计中,使用的是 12MHz 晶振，以定时器 T1 的方式 1 制定波特率，此时定时器 T1 相当于一个 16 位的计数器,其波特率计算公式如下:1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 18-Jan-2010 Sheet of File: F: Backup of 1.DDBDrawn By:VCC 16GND 15T1out 14R1in 13R1out 12T1in 11T2in 10R2out 9C1+1 V+2C1-3 C2+4C2-5 V-6T2out7 R2in8U2MAX232+C
44、51uF+C71uFGND+C41uF162738495J5UARTDB9-3DB9-2DB9-2DB9-3C8104GNDRXTXVCCv+C6P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9 RXD/P3.010TXD/P3.111 INT0/P3.212INT1/P3.313 T0/P3.414T1/P3.515 WR/P3.616RD/P3.717 XTAL218XTAL119 VSS20 P2.0 21P2.1 22P2.223P2.3 24P2.4 25P2.526P2.6 27P2.7 28PSEN29ALE 30EA 31P0.7
45、32P0.6 33P0.5 34P0.435P0.3 36P0.2 37P0.138P0.0 39VCC 40U4AT89S52VCCVCCY111.0592MHzC130PC230PP1.1P1.2P1.3P1.6P1.7RSTRXTXINT0INT1T0T1WRRDP2.0P2.1XTAL2 P2.2XTAL P2.3P2.4P2.5P2.6MCU P2.7PSENALEP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文111 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSize
46、BDate: 14-Jan-2010 Sheet of File: G: Backup of 1.DDBDrawn By:S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBR2110KR2210KR2310KR2410KP2.4P2.5P2.6P2.7方 式 1 的 波 特 率 = 定 时 器 T1 的 溢 出 率 （1）32SMOD定 时 器 T1 的 溢 出 率 计 算 公 式 为 ：定时器 T1 的溢出率= （2）初 值16oscf3.5 液晶显示的设计本 设 计 采 用 液 晶 的 串 行 接 口 ， 单 片 机 通 过 液 晶 的 串 行 口 SIO 向液 晶 寄 存 器 写
47、命 令 ， 进 而 实 现 对 液 晶 显 示 的 控 制 。 其 与 单 片 机 的 连 接 图如 图 3-4：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 18-Jan-2010 Sheet of File: F: Backup of 1.DDBDrawn By:P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9 RXD/P3.010TXD/P3.111 INT0/P3.212INT1/P3.313 T0/P3.414T1/P3.515 WR/P3.616RD/P3.717 XT
48、AL218XTAL119 VSS20 P2.0 21P2.1 22P2.223P2.3 24P2.4 25P2.526P2.6 27P2.7 28PSEN29ALE 30EA 31P0.732P0.6 33P0.5 34P0.435P0.3 36P0.2 37P0.138P0.0 39VCC 40U4AT89S52VCCVCCP1.1P1.2P1.3P1.6P1.7RSTRXTXINT0INT1T0T1WRRDP2.0P2.1XTAL2 P2.2XTAL P2.3P2.4P2.5P2.6MCU P2.7PSENALEP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3VCCBLK0 BLA1RSET2 N
49、C3PSB4 NC5D76 D67D58 D49D310 D211D112 D013RS14 R/W15E16 VO17VSS18 VDD192020 2121CS22 SDI23SCLK24MOCJ4X8CMYJComponent_1GNDGNDVCCGND图 3-4 显示电路表 2-1：串行模式引脚说明引脚 名称 方向 说明 引脚 名称 方向 说明1 VSS - GND(0V) 5 SDI I Data2 VDD - VCC(3/5V) 6 CS I Enable Signal3 PSB - 0:串行；1：并行 7 BLK - 背光源负极（0V）4 SCLK I 串行时钟 8 BLA - 背光源正极(+5V)3.6 键盘的设计键盘用四个按键和四个下拉电阻构成简单的键盘，四个按键分别与单片机的平 P2.4、 P2.5、 P2.6、 山 东 XXXX 专 科 学 校 毕 业 设 计 论 文12P2.7 口连接，当键盘被按下后相应口被拉低为低电平，进而实现
