1、 I / 31摘 要電表表示著人們?nèi)粘Ｓ秒姷亩嗌?，現(xiàn)在每家每戶安裝的基本上是帶有轉(zhuǎn)盤(pán)的那種電表，它只能顯示出用電總量。若想查看上個(gè)月的用電量，只能靠電費(fèi)單計(jì)算得來(lái)?，F(xiàn)在已經(jīng)是信息時(shí)代了，這種做法很顯然跟不上社會(huì)潮流。近幾年來(lái)，社會(huì)提倡低碳、綠色經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展，在這種思想的推動(dòng)下，智能電表將會(huì)成為社會(huì)的潮流。智能電表是在傳統(tǒng)電表的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)化和智能化的功能，從而進(jìn)一步提高電網(wǎng)的效率、提高供電的可靠性、電能的質(zhì)量并且完善用電戶的服務(wù)，從而更好適應(yīng)電力市場(chǎng)?，F(xiàn)在智能電網(wǎng)是全球電力部門(mén)研究和討論的熱點(diǎn)話題，智能電表是智能電網(wǎng)中的最重要的環(huán)節(jié)，它支撐著電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化以與互動(dòng)化等方面的實(shí)現(xiàn)。

2、 微處理器是智能電表的最主要的核心器件。它可以儲(chǔ)存海量的檢測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)測(cè)量出的結(jié)果進(jìn)行分析、判斷和處理。本次設(shè)計(jì)是運(yùn)用單片機(jī)STC89C52為微處理器、CS5460A芯片進(jìn)行電能測(cè)量和計(jì)算、X5045芯片作為外部存儲(chǔ)、數(shù)碼管進(jìn)行顯示進(jìn)行設(shè)計(jì)的。關(guān)鍵詞 智能電表；自動(dòng)化；C51 單片機(jī)；CS5460AAbstractAbstractElectricity meter means the number of people everyday electricity, and now every household is basically equipped with the kind of met

3、er, which can only show the total amount of electricity. To see the power consumption last month, only by electricity single calculated. It is now the information age, and this approach is clearly not social trends.In recent years, the social promotion of low-carbon, green economy and sustainable de

4、velopment, in the promotion of this idea, smart meter will become the trend of the society. Smart meter is automatic and intelligent function is added on the basis of traditional meter, energy efficiency so as to further improve the power grid, improve power supply reliability, power quality and per

5、fect service of the users, in order to better adapt to the power market. Now the smart grid is a hot topic in the global power sector research and discussion, the smart meter is the most important part of smart grid, which support the realization of grid informationization, automation and interactio

6、n of.The microprocessor is the most important core device of the smart meter. It can store vast amounts of detection data and analyze, judge and process the results of the measurement. This design is the use of single-chip microcomputer STC89C52 and CS5460A chip for power measurement and calculation

7、, II / 31X5045 chip as the external storage, digital tube display design.KeyKey wordswordsSmart meter Automation51 MCUS5460A I / 31目 錄摘 要 IAbstractAbstractII第 1 章 緒論 11.1 智能電表的概念 11.2 智能電表的發(fā)展背景 11.3 智能電表的結(jié)構(gòu) 21.4 智能電表的主要特點(diǎn) 2第 2 章 主要芯片的介紹 42.1 微控制器 STC89C51 單片機(jī) 42.1.1 簡(jiǎn)介 42.1.2 主要特性 42.1.3 引腳功能 42.2 電

8、能計(jì)量芯片 CS5460A62.2.1 簡(jiǎn)介 62.2.2 主要特征 72.2.3 引腳功能 72.3 外部寄存器 X504582.3.1 簡(jiǎn)介 82.3.2 主要特性 82.3.3 引腳功能 92.4 時(shí)鐘芯片 DS130292.4.1 簡(jiǎn)介 92.4.2 主要特性 92.4.3 引腳功能 102.5 74HC138 譯碼器 102.5.1 簡(jiǎn)介 102.5.2 主要特性 102.5.3 真值表 112.6 LED 數(shù)碼管 11第 3 章 總體設(shè)計(jì)方案 123.1 設(shè)計(jì)功能要求 123.2 智能電表的總體方案設(shè)計(jì) 12第 4 章 硬件部分的組成 144.1 電壓電流采樣模塊的設(shè)計(jì) 14 II

9、 / 314.1.1 電壓調(diào)理電路 154.1.2 電流調(diào)理電路 154.2 CS5460A 的外部電路 154.3 數(shù)碼管連接電路 164.4 組合鍵盤(pán)連接電路 164.5 EEPROM 連接電路 184.6 時(shí)鐘芯片 DS1302 連接電路 18第 5 章 軟件部分的設(shè)計(jì) 195.1 主程序流程 195.2 CS5460 數(shù)據(jù)交換方法 205.3 時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)流程 215.4 外部寄存芯片的讀寫(xiě)流程 215.5 按鍵掃描流程 225.6 數(shù)碼管顯示功能的實(shí)現(xiàn) 23結(jié) 論 24參考文獻(xiàn) 25致 26附錄 27 1 / 31第 1 章 緒論1.1 智能電表的概念智能電表它是科技時(shí)代的新產(chǎn)物，

10、它能夠進(jìn)行測(cè)量、數(shù)據(jù)處理，因此測(cè)量單元、數(shù)據(jù)處理單元是它的重要組成部分。在智能電表這一系統(tǒng)中，它能通過(guò)各類(lèi)型的芯片來(lái)進(jìn)行電能的測(cè)量、計(jì)算、存儲(chǔ)，并且具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能和自動(dòng)控制等功能。和傳統(tǒng)的電能表相比。計(jì)量功能是智能電表的最基本的功能，而它本身就是一個(gè)電子式的電表，并且它能夠通過(guò)端口與外部時(shí)鐘進(jìn)行通訊1。微處理器（單片機(jī)）是智能電表的最主要的核心器件，沒(méi)有了它，智能電表就不可以對(duì)大量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、判斷和處理等功能。智能電表通常具有自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的功能、數(shù)據(jù)的強(qiáng)大處理功能、數(shù)據(jù)換算和自動(dòng)調(diào)零功能、并且可以通過(guò)操作面板進(jìn)行人機(jī)交流和顯示裝置。本次設(shè)計(jì)的智能電表主要運(yùn)用了微機(jī)和通信等兩方面

11、的技術(shù)，為了減少能耗，把采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等功能運(yùn)用芯片進(jìn)行，這樣既可以節(jié)省了成本以與人力資源，還可以增加其工作的效率，可以滿足了現(xiàn)代的用電戶的需求2。1.2 智能電表的發(fā)展背景現(xiàn)在，智能電表主要分為感應(yīng)式、電子式和智能式等類(lèi)型，而我國(guó)又是生產(chǎn)電能表數(shù)量較大的國(guó)家，并且我國(guó)生產(chǎn)的電能表接近或者基本達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平，并且我國(guó)生產(chǎn)的電能表能夠滿足不用地區(qū)和國(guó)家的市場(chǎng)需求，而且我們還有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此我國(guó)的電能表在全球各市場(chǎng)上有很好的競(jìng)爭(zhēng)水平。隨著我國(guó)電網(wǎng)的不斷智能化，我們對(duì)電表之類(lèi)的電能計(jì)量的器件的要求也不斷提高，我國(guó)的電網(wǎng)科技和外國(guó)在科學(xué)技術(shù)水平上差距不是很大，與此同時(shí)它還是低碳經(jīng)濟(jì)的最主要

12、組成部分，所以其發(fā)展前景是相當(dāng)樂(lè)觀的，和國(guó)外的同類(lèi)產(chǎn)品相比，我國(guó)的智能電表的作用完善、有規(guī)律、分類(lèi)式的單價(jià)電費(fèi)和控制負(fù)荷等功能都比其他國(guó)家高，這更加能夠滿足我國(guó)在電網(wǎng)上現(xiàn)代化智能化建設(shè)過(guò)程中的需求。目前，我國(guó)的用電戶人數(shù)非常之多，根據(jù) 2009 年的統(tǒng)計(jì)，在年底就已經(jīng)有 2.3 億的用電戶記錄在國(guó)家電網(wǎng)公司的服務(wù)系統(tǒng)中，按每戶平均有 4 個(gè)人計(jì)算，就有 10.4 億人口，這么龐大的數(shù)量，要在全國(guó)推廣智能電表看來(lái)絕非一件簡(jiǎn)單的是，它不僅需要龐大的資金，而且還需要大量的人力、物力以與很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，智能電表的功能多樣化和顯示的數(shù)據(jù)種類(lèi)多，可以給用戶準(zhǔn)備更多的用電服務(wù)，不過(guò)更換電表也是就要得

13、到用電戶的同意、體諒和包含，所以用戶也要一個(gè)對(duì)智能電表進(jìn)行一定的了解，因此我們就要?jiǎng)訂T社會(huì)各界的力量來(lái)對(duì)此進(jìn)行有效的宣傳3。自從國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布一系列的電網(wǎng)智能化改革的計(jì)劃之后，有關(guān)電表和智能化、自動(dòng)化的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨前所未有的前景。在未來(lái)智能電表發(fā)展的趨勢(shì)可以分為以下幾個(gè)方面：（1）模塊化這樣智能電表維修起來(lái)就會(huì)非常方便，就算是一個(gè)不懂它的人也可以對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單的 2 / 31維護(hù)和修理，只要注意用電安全就行了，并且它具有安全可靠性；（2）智能電表的多樣化它可以利用多功能控制元件來(lái)進(jìn)行對(duì)智能家居的調(diào)控，比如說(shuō)，我們可以控制空調(diào)的大型耗電設(shè)備在電費(fèi)相對(duì)便宜階段啟動(dòng)；（3）計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制用電戶可

14、以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)智能電表的某些功能進(jìn)行調(diào)控，從而對(duì)電表下所有的用電器實(shí)行能源管制。1.3 智能電表的結(jié)構(gòu)根據(jù)智能電表的介紹，不難看出，智能電表是由兩大部分組成，它們分別是軟件部分和硬件部分。我們也可以說(shuō)它是一個(gè)小型化的專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 在硬件部分上，主要由微處理器（單片機(jī)） 、信號(hào)的輸入輸出通道、標(biāo)準(zhǔn)的通信口、進(jìn)行人機(jī)交換的通道以與外圍的電路組成。信號(hào)的輸入輸出通道主要能夠讓模擬信號(hào)以與數(shù)字信號(hào)通過(guò)，從而與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，輸入輸出通道主要包括傳感器元器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、調(diào)理信號(hào)電路部分以與模數(shù)轉(zhuǎn)換器。微處理器和它的外圍電路這部分主要是用來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和程序的，并且在單片機(jī)里面能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行一定的運(yùn)

15、算和處理，這部分主要由數(shù)據(jù)寄存器和程序寄存器以與輸入輸出端口電路的部分組成的。人機(jī)交換的通道顧名思義就是人與機(jī)器進(jìn)行互相交流的重要通道，它通常包括鍵盤(pán)部分、數(shù)碼撥盤(pán)部分、打印機(jī)部分、顯示部分等部分構(gòu)成的。標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口很明顯就是用來(lái)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的端口，這些端口方便計(jì)算機(jī)對(duì)被控器件進(jìn)行有效的控制。在智能電表中，監(jiān)測(cè)程序和端口管理程序這兩部分就構(gòu)成了其軟件部分。其中接口管理程序主要是面向通信接口，它的只要作用就是接受并且分析各種各樣的程控碼，主要包括各種操作方式的程控碼、不同功能的程控碼以與各種工作參數(shù)的程控碼等等，以此同時(shí)各器件的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)以與不同測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果都會(huì)通過(guò)通信接口的輸出儀

16、器部分，以這種方法來(lái)響應(yīng)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制指令。而監(jiān)測(cè)程序就實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)模塊和顯示模塊進(jìn)行操作，它可以設(shè)定某一按鍵的功能并存儲(chǔ)相應(yīng)的工作參數(shù)和運(yùn)行方式，它可以通過(guò) I/O 口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并且設(shè)定好數(shù)據(jù)的類(lèi)型等參數(shù)，還可以通過(guò)相應(yīng)的指令對(duì)數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行不同的分析處理，最后，當(dāng)數(shù)據(jù)處理完成后，它就可以以各種各樣的形式對(duì)分析和處理的結(jié)果進(jìn)行顯示4。1.4 智能電表的主要特點(diǎn)和機(jī)械時(shí)的電表進(jìn)行對(duì)比，智能電表包含以下幾個(gè)特征：（1）精度高的測(cè)量智能電表能夠很好的運(yùn)用單片機(jī)對(duì)命令的執(zhí)行的快速性以與數(shù)模轉(zhuǎn)換花費(fèi)時(shí)間短的特點(diǎn)，能夠?qū)σ粶y(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次的測(cè)量，然后對(duì)每次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值，這

17、樣就可以排除某些偶然的誤差以與一些不確定的干擾，它還可以通過(guò)微處理器的濾波命令來(lái)進(jìn)行數(shù)字濾波，從而排除一些隨機(jī)誤差以與大誤差，用這些方法可以大大的提高測(cè)量的精度；（2）能夠進(jìn)行間接的測(cè)量智能電表中的微處理器可以通過(guò)編程來(lái)進(jìn)行各種計(jì)算，一些能以測(cè)量的數(shù)據(jù)可以通過(guò)幾種容易測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和計(jì)算來(lái)得到； 3 / 31（3）可以進(jìn)行自動(dòng)校正智能電表會(huì)在剛上電時(shí)就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)校正，而在測(cè)量的過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，可以減少誤差； （4）能夠自動(dòng)修正誤差；（5）具有自診能力智能電表本身就具有故障診斷的功能，如果它發(fā)生了故障，就會(huì)啟動(dòng)自診功能，就可以自己檢查出系統(tǒng)哪里出問(wèn)題；（6）能夠進(jìn)行復(fù)雜的控制；（7）可

18、以通過(guò)程序來(lái)靈活改變功能；（8）智能電表的通訊接口通常都是 GPIB 口或者是 RS232 口，而這些端口的功能就幫助智能電表進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。使其能夠簡(jiǎn)單地與計(jì)算機(jī)或者其他不同儀器結(jié)合在一起，從而根據(jù)不同用戶的不同需要對(duì)多種不同數(shù)據(jù)進(jìn)行的自動(dòng)檢測(cè)，并通過(guò)系統(tǒng)的控制來(lái)完成5。第 2 章 主要芯片的介紹2.1 微控制器 STC89C51 單片機(jī)2.1.1 簡(jiǎn)介STC89C51 單片機(jī)具有低電壓、高性能的特點(diǎn)，它部帶有 4K 字節(jié)的快速寄存器，而他的處理器是 8 位的。單片機(jī)的部只讀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可以重復(fù)擦除的次數(shù)達(dá)到 1000 多次，單片機(jī)的部存儲(chǔ)器主要采用一些高精度的并且不容易的丟失的材料和存儲(chǔ)技

19、術(shù)來(lái)制造的。由于單片機(jī)部已經(jīng)包含多功能的 8 位處理器以與快速寄存器，所以 STC89C51 單片機(jī)也是一種高效率的微處理器6。其引腳圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 STC89C51 的引腳圖2.1.2 主要特性（1）與 MCS-51 相兼容； （2）4K 字節(jié)的可編程 FLASH 寄存器； 4 / 31（3）壽命：可 1000 循環(huán)寫(xiě)/擦； （4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年；（5）全靜態(tài)的工作頻率：0Hz-24MHz； （6）三個(gè)級(jí)別的程序寄存器鎖定；（7）1288 位的部 RAM； （8）32 可編程的 I/O 線；（9）兩個(gè)是十六位的定時(shí)器或者說(shuō)是計(jì)數(shù)器； （10）5 個(gè)中斷源；（11）可

20、編程的串行通道； （12）包含低功耗式閑置以與掉電的功能；（13）包含片振蕩電路以與片時(shí)鐘電路。2.1.3 引腳功能（1）VCC：供電電壓。（2）GND：接地。（3）P0 口：這個(gè)端口是一種雙向的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?I/O 端口，在單片機(jī)的部，在與漏極開(kāi)路的電路進(jìn)行連接，所以它的八個(gè)引腳都可以吸收 8TTL 的門(mén)電流。假如當(dāng)它被置為邏輯 1 時(shí)，它就會(huì)成為高阻輸入端。又因?yàn)樗梢杂米魍獠砍绦蚣拇嫫?，所以這是它會(huì)當(dāng)作是數(shù)據(jù)地址的低 8 位來(lái)進(jìn)行處理。在進(jìn)行程序編程的時(shí)候，它還可以當(dāng)作源代碼直接的輸入端口來(lái)使用；如果它用作輸出數(shù)據(jù)時(shí)，它每一引腳都必須要在單片機(jī)外部連接一個(gè)上拉電阻，這樣它才能夠正常使用；或

21、者它可以利用外部鎖存器來(lái)輸出數(shù)據(jù)，這是它就不需要連接上拉電阻，但是要在鎖存器的輸出電路上連接電阻。（4）P1 口：這個(gè)端口是一類(lèi)雙向的八位的 I/O 端口，與 P0 不同的是它部已經(jīng)與上拉電阻相連，4TTL 門(mén)電流可以通過(guò)它的緩沖器進(jìn)行接收或者由其發(fā)送出來(lái)。如果它被置為高電平時(shí)，在單片機(jī)的部它就會(huì)被提高成高電平，這是它會(huì)被當(dāng)作輸入端口使用；如果由于外部的原因，它被拉成邏輯 0 時(shí)，他就會(huì)對(duì)外輸出一定的電流，這就是因?yàn)椴繛檫壿?1。在進(jìn)行程序編程或者校驗(yàn)時(shí)，它會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)或地址的低 8 為進(jìn)行接收或發(fā)送。（5）P2 口：這個(gè)端口是一種八位的雙向的 I/O 口，與 P1 一樣同的是它部已經(jīng)與上拉電阻相

22、連接，4TTL 門(mén)電流可以通過(guò)它的緩沖器進(jìn)行接收或者由其發(fā)送出來(lái)。如果它置高邏輯 1，在單片機(jī)部它所對(duì)應(yīng)的引腳的電位就是被拉高，并且當(dāng)作輸入端，所以當(dāng)它被當(dāng)作輸入端時(shí)，它的管腳外部電位就會(huì)相對(duì)部被拉低，同時(shí)輸出電流。當(dāng)這一端口用作外部程序寄存器或是十六位的外部數(shù)據(jù)寄存器時(shí)候，這時(shí)它就會(huì)輸出十六位數(shù)據(jù)中的高8 位數(shù)據(jù)。如果它的地址是“1”的時(shí)候，并且進(jìn)行外部 8 位地址數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)，它就會(huì)很好地運(yùn)用它的部電位被上拉的優(yōu)勢(shì)，輸出它的特殊功能寄存器里面的數(shù)據(jù)。當(dāng)進(jìn)行程序編程和校正時(shí)，它口負(fù)責(zé)接收高 8 位的地址數(shù)據(jù)信號(hào)以與部分控制信號(hào)。（6）P3 口：這個(gè)端口是一個(gè)八位的雙向的 I/O 口，與 P1

23、一樣同的是它部已經(jīng)連接了上拉電阻，4TTL 門(mén)電流可以通過(guò)它的緩沖器進(jìn)行接收或者由其發(fā)送出來(lái)。當(dāng)它被置為邏輯 1 之后，它的每個(gè)管腳就會(huì)被部上拉電阻上拉成邏輯 1，并且當(dāng)作輸入端口。而這組端口在單片機(jī) STC89C5 都有自己對(duì)應(yīng)的第二功種能，如表 2-1 所示：表 2-1 P3 口的第二功能I/O 端口或位P3 口的第二功能該端口的主要作用 5 / 31P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2/INT0外部中斷 0P3.3/INT1外部中斷 1P3.4T0計(jì)時(shí)器 0 外部輸入P3.5T1計(jì)時(shí)器 1 外部輸入P3.6/WR外部數(shù)據(jù)寄存器的寫(xiě)選通P3.7/RD外部數(shù)據(jù)寄存器的讀選

24、通（7）RST：復(fù)位輸入。（8）ALE/PROG：當(dāng)微處理器對(duì)外進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，當(dāng)它被置為高電平時(shí)，它就會(huì)啟動(dòng)單片機(jī)的鎖存功能，這時(shí)微處理器就會(huì)把 P0 口的數(shù)據(jù)全部放進(jìn)鎖存器里面，從而進(jìn)行地址和數(shù)據(jù)隔離；如果它被置為邏輯 0 時(shí)，那么微處理器就不會(huì)啟動(dòng)鎖存功能。在單片機(jī)沒(méi)有與外部寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是，它會(huì)把單片機(jī)的震蕩頻率分成 6 分并去其中一分進(jìn)行輸出，而這個(gè)信號(hào)可以用作外部時(shí)鐘信號(hào)；反之，它會(huì)再去已分頻率的一半進(jìn)行輸出。（9）/PSEN：當(dāng)它被置為邏輯 0，就表示外部程序寄存器被選通。當(dāng)單片機(jī)對(duì)外部ROM 進(jìn)行讀取時(shí)，兩次/PSEN 有效會(huì)在同一個(gè)機(jī)械周期中出現(xiàn)；但是，當(dāng)單片機(jī)讀取的是

25、外部 RAM 時(shí) ，這些有效的/PSEN 信號(hào)就會(huì)被跳過(guò)。（10）EA/VPP：當(dāng)該引腳保持邏輯零時(shí)，單片機(jī)就會(huì)直接讀取外部程序寄存器中的數(shù)據(jù)，這是無(wú)論在單片機(jī)是否存在部程序寄存器。否則的話，在存在外部程序存儲(chǔ)器的條件下，首先讀取部程序存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，再讀取外部的。在進(jìn)行程序編程時(shí)，它會(huì)提供為單片機(jī)提供 12V 的燒寫(xiě)電壓（11）XTAL1：?jiǎn)纹瑱C(jī)的片振蕩電路的輸入端口，以與時(shí)鐘接入引腳。（12）XTAL2：?jiǎn)纹瑱C(jī)的片振蕩電路的輸出端口，以與時(shí)鐘接入引腳。2.2 電能計(jì)量芯片 CS5460A2.2.1 簡(jiǎn)介CS5460A 是美國(guó)的 Crystal system 公司生產(chǎn)的一種芯片，它一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)

26、測(cè)量電壓電流以與功率電能的芯片，它具有高精度、性能強(qiáng)、低成本等特點(diǎn)。在 CS5460 中集成了兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)高度集成的串行接口的的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以與一個(gè)能夠高速計(jì)算電能的計(jì)數(shù)器，因此它能夠精確測(cè)量并且計(jì)算出所測(cè)電路中的有功電能、電壓電流的有效值以與電壓電流電功的瞬時(shí)值，所以它通常會(huì)用來(lái)研發(fā)三相四線制和單線兩相制電表。CS5460 的電壓電流輸入端不能直接測(cè)量電力線上的數(shù)據(jù)，它需要通過(guò)低成本的電壓電流互感器來(lái)進(jìn)行變比才能夠進(jìn)行測(cè)量。而 CS5460 芯片與微處理器是通過(guò)串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行連接的。CS5460 還具有“自引導(dǎo)”的功能，也就是說(shuō)它能夠在沒(méi)有微處理器的情況下，能夠獨(dú)立運(yùn)行。在此模

27、式下，只要系統(tǒng)上電，它就會(huì)自動(dòng)初始化，并且可以從外部寄存器中 6 / 31讀取要校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)以與啟動(dòng)指令，這樣可以大大的降低成本，而且 CS5460 芯片的集成程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微處理器7。它的引腳如圖 2-2 所示：圖 2-2 CS5460 的引腳圖2.2.2 主要特征（1）能夠在片進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理； （2）能夠在沒(méi)有微處理器的情況下，在自引導(dǎo)模式中，與外部寄存器連接，并且具有電能/脈沖互換功能； （3）具有數(shù)模/模數(shù)系統(tǒng)校正的能力；（4）運(yùn)用簡(jiǎn)單的三線數(shù)據(jù)串行傳輸接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，讀寫(xiě)方便； （5）具有看門(mén)狗定時(shí)功能； （6）片上 2.5 V 基準(zhǔn)（6010-6/OC）,單電源 +5 V 或雙

28、向 2.5V10電源； （7）具有方向的功率輸出指示； （8）可以精確的檢測(cè)和計(jì)算出瞬時(shí)的電壓電流和功率相應(yīng)的值、周期電能總量和電壓電流的有效值，并且能夠進(jìn)行電能之間的脈沖轉(zhuǎn)換； （9）電能測(cè)量精度：0.1%； （10）能夠在片進(jìn)行相位補(bǔ)償和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)； （11）片含有機(jī)械計(jì)度器或者說(shuō)是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器； （12）帶電源監(jiān)視器； （13）電能數(shù)據(jù)的線性度：在 1000 ：1 的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)圍中，電能的數(shù)據(jù)的線性度大約為 0.1%； （14）功率消耗100000?清零Y顯示A把A寫(xiě)入X5045讀DS1302更換月份？更換月份數(shù)據(jù)月份數(shù)據(jù)寫(xiě)入X5045有鍵按下？對(duì)應(yīng)程序延時(shí)1sN圖 5-1

29、智能電表的主程序控制順序程序框圖5.2 CS5460 數(shù)據(jù)交換方法CS5460 芯片中包含有 16 個(gè) 24 位不同類(lèi)型的寄存器，它們分別是實(shí)現(xiàn)配置、直流電流偏移、交流電壓、直流/交流電流增益、直流/交流電壓增益、周期計(jì)數(shù)、脈沖速率、有符號(hào)、無(wú)符號(hào)、時(shí)基校準(zhǔn)、功率偏移、交流或電壓的偏移、狀態(tài)、屏蔽、控制等功能的 16 個(gè)不同類(lèi)型的寄存器。它們是主要是用來(lái)對(duì) CS5460 進(jìn)行配置、輸入端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和串行端口的輸入輸出來(lái)進(jìn)行。這些寄存器所相應(yīng)的地址如下表 5-1 所示：表 5-1 CS5460A 的部寄存器相對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)和地址地址名稱(chēng)描述0A00 0000Config配置寄存器 20 / 3

30、10A00 0010DCoffI電流通道直流偏移寄存器0A00 0100gnI電流通道增益寄存器0A00 0110DCoffV電壓通道直流偏移寄存器0A00 1000gnV電壓通道增益寄存器0A00 1010CycleCount/A D每個(gè)計(jì)算周期的轉(zhuǎn)換數(shù)0A00 1100PulseRate-EOUTEDIR用于設(shè)置和上的能量脈沖速率0A00 1110I瞬時(shí)電流寄存器（最近一次電流采樣）0A01 0000V瞬時(shí)電壓寄存器（最近一次電壓采樣）0A01 0010P瞬時(shí)功率寄存器（最近一次功率采樣）0A01 0100E電能寄存器（最后一次計(jì)算周期的值）0A01 0110RMSI電流有效值寄存器（最后

31、一次計(jì)算周期的值）0A01 1000RMSV電壓有效值寄存器（最后一次計(jì)算周期的值）0A01 1010TBC時(shí)基校準(zhǔn)寄存器0A01 1100offP功率偏移寄存器0A01 1110Status狀態(tài)寄存器 其中，當(dāng) A 為 1 或 0 時(shí)，分別表示寫(xiě)和讀寄存器。CS5460 芯片的串行通訊接口有一個(gè)緩沖區(qū)，在這個(gè)區(qū)間，CS5460 會(huì)對(duì)單片機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行解析。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)在上升沿的時(shí)候，CS5460 就會(huì)對(duì)單片機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行解析，當(dāng)命令解析完畢之后，CS5460 就會(huì)立即執(zhí)行相應(yīng)的命令，當(dāng)它與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，緩沖區(qū)就會(huì)用來(lái)暫時(shí)存放發(fā)送或接收與微處理器交換的數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，CS546

32、0 芯片就會(huì)被初始化，同時(shí)它還會(huì)處在有效的操作狀態(tài)中，也就是說(shuō)，系統(tǒng)上電之后，CS5460 芯片就等待單片發(fā)送命令字。當(dāng)芯片上的狀態(tài)機(jī)接收到有效的命令字以后，他就會(huì)立刻進(jìn)行解碼，同時(shí)命令轉(zhuǎn)換器就會(huì)做出相應(yīng)的動(dòng)作。要對(duì) CS5460 芯片的某一寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)就要經(jīng)過(guò)串行端口來(lái)進(jìn)行，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟钜矔?huì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)亩丝?SDI 口來(lái)進(jìn)行傳輸，并且先從高位開(kāi)始傳送 8 位代碼字實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。假如命令字中含有寫(xiě)操作命令時(shí)，串行端口將會(huì)在之后的 24 個(gè)時(shí)鐘周期記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，記錄方式還是按照高位在先的原則。寫(xiě)操作需要 24 21 / 31位數(shù)據(jù)，而讀操作可能需要 8 位、16 位

33、或者 24 位不等。如果單片機(jī)在讀取寄存器的數(shù)據(jù)是，又發(fā)送新的命令，那么之前的讀操作就會(huì)立即停止，并執(zhí)行新的命令。我們可以根據(jù)串口傳輸?shù)臅r(shí)序來(lái)編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的子程序。5.3 時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)流程智能電表中的時(shí)間是由 DS1302 來(lái)提供的，它與單片機(jī)是通過(guò)串行端口來(lái)進(jìn)行通訊的。如果電表要進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)時(shí)，單片機(jī)就會(huì)向它發(fā)送相應(yīng)的命令；如果系統(tǒng)要判斷時(shí)間時(shí)，就會(huì)讀取它的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，并且與之前所得的實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行比較，從而得出相應(yīng)的結(jié)果。時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)全部都是有單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的命令，在由其進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作，時(shí)鐘芯片所有數(shù)據(jù)的傳輸都是根據(jù)命令來(lái)執(zhí)行的。比如說(shuō)它的最高位就一定要置為高電平時(shí)才會(huì)有效，否則的

34、話就會(huì)不允許對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行寫(xiě)操作，只能讀里面的數(shù)據(jù)。位 6為邏輯零時(shí)就表示對(duì)時(shí)鐘數(shù)據(jù)執(zhí)行讀寫(xiě)，反之就是對(duì) RAM 實(shí)行讀寫(xiě)。當(dāng)最低位被置為低電平時(shí)，就可以把數(shù)據(jù)寫(xiě)入芯片中，反之就是把芯片的數(shù)據(jù)讀出來(lái)。而在串行時(shí)鐘的上升沿，數(shù)據(jù)就會(huì)寫(xiě)入芯片，在下降沿，數(shù)據(jù)就會(huì)從芯片中讀出來(lái)，并且每個(gè)數(shù)據(jù)都是從最低位開(kāi)始讀起。最后，剩下的 5 個(gè)位就表示為芯片指定的寄存器。下表 5-2 為 DS1302命令字的格式：表 5-2 DS1302 的命令格式RAMRD1CKA4A3A2A1A0WR765432105.4 外部寄存芯片的讀寫(xiě)流程在 X5045 芯片中包含三個(gè)寄存器，其中它們分是指令、狀態(tài)和寫(xiě)使能等寄存器。

35、它與微處理器是通過(guò)串口通信方式來(lái)實(shí)行連接的。串行端口 SI 是用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，CS端口和 WP 端口則分別是給芯片提供片選信號(hào)和寫(xiě)保護(hù)信號(hào)的，其中 CS 在低電平是有效，WP 在高電平時(shí)有效，而它與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳入是在串行時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行的，也就是說(shuō)在下降沿時(shí)輸出數(shù)據(jù)。該芯片的數(shù)據(jù)全部由高位開(kāi)始。不過(guò)在進(jìn)行寫(xiě)操作之前，我們要先執(zhí)行 WREN 命令，這是要讓寄存器能夠進(jìn)行寫(xiě)操作，在寫(xiě)完數(shù)據(jù)之后要進(jìn)行復(fù)位，運(yùn)用WRDI 指令。同時(shí)，我們能夠利用狀態(tài)寄存器，對(duì)看門(mén)狗的執(zhí)行的定時(shí)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。下表 5-3 為 X5045 的命令名稱(chēng)與其格式：表 5-3 X5045 的命令名稱(chēng)與其格式指令名稱(chēng)指令格

36、式完成操作WREN0000 0110寫(xiě)允許 22 / 31WRDI0000 0100寫(xiě)禁止RSDR0000 0101讀狀態(tài)寄存器WRSR0000 0001寫(xiě)狀態(tài)寄存器、看門(mén)狗和塊鎖定READ0000 A8011從選定的卡是單元地址中讀取數(shù)據(jù)WRITE0000 A8011向選定的開(kāi)始地址單元寫(xiě)入數(shù)據(jù)（1-16字節(jié)）假如要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)的上升沿期間被鎖存在輸入線上，那么該數(shù)據(jù)就會(huì)在串行數(shù)據(jù)信號(hào)的下降沿傳送到輸出線上。單片機(jī) STC89C51 與 X5045 的接口軟件設(shè)計(jì)中，要設(shè)置 X5045 的使能鎖存器、讀狀態(tài)寄存器和看門(mén)狗的初始值，同時(shí)還要編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的子程序，只有這些還不夠，我們還要

37、編寫(xiě)字節(jié)的讀寫(xiě)子程序。我們把這塊芯片的相應(yīng)的子函數(shù)合理的調(diào)用，那么我們想要它執(zhí)行的功能就會(huì)實(shí)現(xiàn)。5.5 按鍵掃描流程智能電表中的鍵盤(pán)組是利用單片機(jī)編程來(lái)執(zhí)行掃描的。在整體的程序中，按鍵掃描程序是不斷地反復(fù)地進(jìn)行，也就是說(shuō)每次主程序的循環(huán)都伴隨著一次按鍵掃描。在掃描程序中，假如檢測(cè)到有按鍵被按下，那么該程序就會(huì)延時(shí)一定時(shí)間后在進(jìn)行一次掃描，如果還是發(fā)現(xiàn)有鍵被按下，就認(rèn)為有一個(gè)鍵按下；否則，就是沒(méi)有鍵被按下。如果有按鍵確定被按下時(shí)，但不知道是哪個(gè)，然后程序就按照行列掃描的方式來(lái)確定是哪個(gè)鍵被按下，在根據(jù)相應(yīng)的程序，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)的功能。而它的按鍵的掃描程序的流程如圖 5-2所示。 23 / 31開(kāi)始延

38、時(shí)程序檢測(cè)有鍵按下？延時(shí)10MSY執(zhí)行相應(yīng)的程序檢測(cè)有鍵按下？Y鍵按是否釋放？YNNN圖 5-2 鍵盤(pán)組的掃描流程5.6 數(shù)碼管顯示功能的實(shí)現(xiàn)智能電表的顯示程序只要確定好要點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的段和位，并通過(guò)計(jì)算就可以逐位顯示所需要的數(shù)字。我們通過(guò)程序設(shè)置了我從最高位開(kāi)始逐位顯示，保留 2 位小數(shù)，并顯示出所得數(shù)據(jù)的符號(hào)或名稱(chēng)。 24 / 31結(jié) 論光陰似箭，日月如梭。在不知不覺(jué)學(xué)四年的時(shí)間接近為尾聲了，真是有點(diǎn)舍不得。可是我不可以懷念過(guò)去的時(shí)光，我要展望未來(lái)?，F(xiàn)在就剩下大學(xué)四年中最后的任務(wù)了畢業(yè)設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)大半年的時(shí)間的不斷努力，終于完成并實(shí)現(xiàn)智能電表的功能的設(shè)計(jì)。在這過(guò)程中有喜又有悲，自己一個(gè)人完成這類(lèi)

39、型的任務(wù)還是第一次，不過(guò)，通過(guò)這次，我真的學(xué)會(huì)了很多東西，比如說(shuō) Altium designer、kill4 等軟件的使用。這次設(shè)計(jì)可以說(shuō)是對(duì)我微機(jī)原理掌握的程度和自我學(xué)習(xí)能力的檢測(cè)，這對(duì)現(xiàn)在的我要求很高，就是讓我把自己在課堂上的知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行運(yùn)用，并加以深入的了解。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)自己學(xué)到的知識(shí)有了更加深入的認(rèn)識(shí)，了解到自己所學(xué)習(xí)到的知識(shí)在電力控制系統(tǒng)中哪些方面可以應(yīng)用；同時(shí)，這讓我對(duì)自己所學(xué)的知識(shí)有了更仔細(xì)的體會(huì)，況且，每一步的設(shè)計(jì)都要?dú)椌邞]，在此次設(shè)計(jì)中每一步都和下一步緊密相連，牽一發(fā)而動(dòng)全身。在本次設(shè)計(jì)中，我提高了自主學(xué)習(xí)能力，通過(guò)自主學(xué)習(xí)，自己收集不同資料并且了解單片機(jī)

40、的基礎(chǔ)知識(shí)，這樣對(duì)我們這種應(yīng)試教育的學(xué)生來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是一個(gè)非常大的進(jìn)步。為了完成這次設(shè)計(jì)，我必須躲到圖書(shū)館里和在網(wǎng)上尋找我想要的資料，無(wú)論是為了一句話的分析，還是一條公式的含義，或者說(shuō)是一種型號(hào)的芯片的某一引腳的功能。總之，經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)的許多課堂外的知識(shí)。在不久的將來(lái)，我就要離開(kāi)大學(xué)，進(jìn)入社會(huì)了，真是有點(diǎn)依依不舍。不過(guò)生活就是大課堂，今后我要在生活這一課堂上學(xué)習(xí)更多知識(shí)。 25 / 31參考文獻(xiàn)1 喬大鵬,呂瑜.智能電表的安全需求與其策略研究J.電子技術(shù)與軟件工程.2014，7.2 高健.探索和分析智能電表特點(diǎn)和應(yīng)用J.電子技術(shù)與軟件工程.2014，20.3 貴兵.智能電表的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

41、J.化工.2014, 1.4 侯曉宇.低功耗智能電表主控芯片的數(shù)字后端研究實(shí)現(xiàn)D.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（工程管理與信息技術(shù)學(xué)院）.2014.5 譚浩強(qiáng)主編.C 程序設(shè)計(jì)M.清華大學(xué).2010, 6.6 郭天祥主編.新概念 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程M.電子工業(yè).2012, 12.7 煥成主編.工程背景下的單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.清華大學(xué).2011,10.8 N.Saputro,K.Akkayya,Suleyman Uldag.A surey of rounting protols for smart gird commumicationsJ puter network,2012,56(11):137-142.致經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不斷努力，為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于在此時(shí)此刻完成了。這時(shí)候感覺(jué)整個(gè)人都輕松了很多，并且感到一定的成就感。畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠直接體現(xiàn)我們的實(shí)踐能力，并且它會(huì)涉與到很多方面的知識(shí)。對(duì)于本次設(shè)計(jì)只要涉與到微機(jī)和弱電方面的領(lǐng)域的知識(shí)較多。這次設(shè)計(jì)，讓我在設(shè)計(jì)方面的技能和知識(shí)的到了一定的提高，并提高了我在微機(jī)方面的知識(shí)水平。同時(shí)我也培養(yǎng)了正確設(shè)計(jì)的方法和想，以與獨(dú)立解決實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題的工作能力。本次設(shè)計(jì)還提高了我獲取資料和分析問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高了我在設(shè)計(jì)計(jì)算、原理圖繪制、pcb 板的設(shè)計(jì)、書(shū)面表達(dá)等方面的能力，為我以后進(jìn)入社會(huì)工作打下良好的基礎(chǔ)