基于单片机的电表电量采集系统设计

基于单片机的电表电量采集系统设计内容摘要：

1 相当于一个单 8 通道数字的控制模拟电子开关，有 A、 B 和 C 三个二进制控制输入端的以及 INH 共 4 个输入。 由输入 3 位地址码 ABC 来决定开关要接通哪个的通道。 其中要注意的是引脚中 INH 是禁止输入端，当“ INH” =1 时，各通道均不会被接通。 CD4051 的真值表如 22 所示。 表 22 CD4051真值表 数据输入 通道选择 INH C B A 输出 0 0 0 0 “0” 0 0 0 1 “1” 0 0 1 0 “2” 0 0 1 1 “3” 0 1 0 0 “4” 0 1 0 1 “5” 0 1 1 1 “7” 0 1 1 0 “6” 1 x x x 均不接通 存储芯片 CAT24WC16 是一个 16K 位串行 CMOS E2PROM 内部含有 2048 个 8 位字节。 该存储芯片有一个 16 字节页写缓冲器该器件，并由 I2C 总线接口进行操作。 它 与 400KHz I2C 总线兼容 ； 到 伏工作电压范围 ； 低功耗 CMOS 技术 ；具有 写保护功能 ： 当 WP 变 为高电平时进入写保护状态 ；有 页写缓冲器 ；可以 自定时擦写周期 ； 1,000,000编程 /擦除周 期； 可保存数据 100年 ；是 8 脚 DIPSOIC 或 TSSOP金陵科技学院学士学位论文 第 2 章 系统的整体设计 9 封装。 CAT24WC16 的 管脚配置和管脚描述如图 216 所示。 图 216 CAT24WC16管脚配置和管脚描述 在实际 连接中，如图 217所示。 SCK 与 SDA 引脚需要接高电平， WP 引脚则接地。 SCK 与 SDA 引脚和单片机的 ，。 符合 I2C 协议，通过 I2C 与单片机相连 图 217 24C16 与单片机连接图 金陵科技学院学士学位论文 第 3 章 硬件电路的设计 10 3 硬件电路的设计 本章主要包括单片机的外围电路的设计 —— 复位电路、时钟电路； A/D 积分电路的设计 —— 与单片 机如何相连、时钟信号如何产生；数码管如何显示 ——MAX7221 的连接，数码管的连接。 单片机的外围电路 复位电路 单片机与其他微处理器一样， 当给单片机上电那一瞬间，电压有在几微秒内（有的是几毫秒内）不是直接跳变到 5V 的而是一个直线上升的阶段， 所以 启动时都要复位，使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。 89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中。 当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后， 当振荡器工作时， 只要在 RST 引脚 上 出现两个机器周期以上高电平 ， 那么 单片机 就可以进行 复位。 复位操作 有 两种方式：有上电自动复位和按键手动复位。 单片机的 高电平复位电路图如 31（ b）所示。 本次复位电路中，加电瞬间电容通过充电。 在通电瞬间，电容 C 通过电阻 R 充电，复位有按键复位和高电平复位，高电平复位是通过复位端经电容（ 1022uF）与 +5V 电源连接，电容 C 的电压比较小，RST 就为高电平。 在电容 C 充电期间， RST 引脚电位会逐渐减小，当 RST 的电位小于一定值时， CPU 就会脱离复位。 按键复位是通过一按钮开关使单片机进入复位状态。 系统上电后，一般是通过手动复位来实现的。 按键复 位电路如图 31（ a）所示。 RS T +5 (a) 按键复位电路 （ b） 高电平复位电路 图 31复位电路 金陵科技学院学士学位论文 第 3 章 硬件电路的设计 11 时钟电路 89C51 内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。 反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激放大器。 单片机的 振荡器的工作频率一般在 之间，一般 情况下我们采用的 石英晶振作定时外部时钟源， 在特殊情况下如 在不需要高精度参考时钟时也可以考虑用电感代替晶振，有时也可以用 引入外部时钟的脉冲信号。 电容常取 30PF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。 时钟信号频率常用 fosc 表示。 AT89C51的时钟频率为 12MHz，即 fosc=12MHz，则时钟周期为 1/12μ S。 单片机的外部振荡电路图 如图 32 所示。 图 32外部振荡电路 单片机整体电路图如 图 33 表示。 图 33单片机电路图 恒 压 源电路 本设计恒 压 源是。 输入的电压是 0 到。 使用 TL431 与电阻组成 的恒 压 源，如图 34 所示。 TL431 可以是从 到 36V。 只要 R3 满足如下公式 31 所示。 金陵科技学院学士学位论文 第 3 章 硬件电路的设计 12 mARVVmA outcc 500/)(1 3  （ 31） 恒 压 源电压输出 为 Vout， R1 和 R2 的电阻 大小 决定 Vout。 如下公式 32 所示。 221 /*)( RRRV out  （ 32） 321U1T L 4 3 1R1R2R3 图 34 恒压源 图 35 ICL7135时序图 A/D 积分电路 ICL7135 参考电压联线 ICL7135是 美国 MAXIN 公司生产的一种常用的 ， 4位半的双积分 A/D转换芯片，它可以转换输出177。 20200 个数字量 ，而且 芯片抗干扰能力强、分辨率高、价格低廉。 芯片采用了自动校零技术，可保证零点 在常温下的长期稳定性，模拟输入可以是差动信号，输入主抗极高。 图 36 所示是 ICL7135 的 VREF 引脚的外围电路图。 VREF 是 基准电压，其值为Vin /2。 VREF 的稳定性对 A/D 转换精度有很大影响，应采用高精度稳压源。 这里的基准电压是 1V。 即参考电压 V 如下公式 33 所示。 refin VVV /*1000 （ 33） Vin 即是输入的电压。 ICL7135 的 BUF 脚是缓冲放大器输出端， INTO 是 模拟电压差分输入。 AZIN 是自校零 外接校零电容。 如图 37 所示是积分电路。 积分电阻Rint 的数值由积分放大器的输出电流和输入电压 Vin 决定。 金陵科技学院学士学位论文 第 3 章 硬件电路的设计 13 RE FA CO M( M S D )( L S D )M S B( L S B )RE F2A CO M3INLO9INH I10V+11V1INT4AZ5B U F6CR E F +8CR E F 7CLK IN22UN R28O V R27S T RO B E26G ND24P O L23D120D219D318D417D512B113B214B415B816RU N/HO L D25B US Y21U1ICL7 1 3 5CR V 11 0 KR11 0 k321U2T L 4 3 1 INTAZB U FC32 n 2R41 2 5 kC22 n 2D11 N41 4 8R31 0 k 图 36 REF的外围电路 图 37积分电路 ICL7135 与单片机连线 一般采。