多用户电能表课程设计报告

多用户电能表的应用设计课程设计报告姓名张建伟学号200901100832专业电气工程及其自动化班级092班邮箱1031639421163COM指导教师公茂法2012年6月28日摘要本文主要涉及一个多用户电子式单相电能表，以C8051F360单片机为核心，具有电能变换、LED显示、掉电存储、按键清零等功能模块，通过对用户供电电压和电流实时采样，并采用专用的电能表集成电路，对采样电压电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出,再经过计数器和LED显示器实现对8用户的用电情况进行集中检测、循环显示、掉电存储等功能。各户的用电量可以就地读取，有效地提高了电能计量的准确性，而且整机电路简单，可靠性高，另外在多用户电子式电能表的前面有6位LED数码管，前两位为分户号，后四位为分户用电量，所显示的用电量与分户号相对应。设计中采用了查找资料、PROTEL画原理图、软件编程调试等方法，最终实现了在数码管上8用户电量集中循环显示的功能。关键词8用户电能表；AD7755；C8051F360ABSTRACTTHISPAPERMAINLYINVOLVESMORETHANAUSERELECTRONICSINGLEPHASEWATTHOURMETER,TOC8051F360MICROCONTROLLERASTHECORE,WITHPOWERTRANSFORMATION,THELEDDISPLAY,POWERLOSTSTORAGE,BUTTONSANDRESETFUNCTIONMODULES,THROUGHUSERPOWERSUPPLYVOLTAGEANDCURRENTREALTIMESAMPLING,ANDTHEUSEOFASPECIALELECTRICENERGYMETERINTEGRATEDCIRCUITS,THESAMPLEDVOLTAGECURRENTSIGNALPROCESSINGMULTIPLICATIONCONVERTTOELECTRICPROPORTIONALTOTHEPULSEOUTPUT,ANDBYTHECOUNTERANDLEDDISPLAYTOREALIZETHEPOWEROFTHEUSERSARE8CONCENTRATEDCHECK,CIRCULATION,THEDISPLAYOFPOWERLOSTSTORAGEETCFUNCTIONEACHOFTHEELECTRICITYCONSUMPTIONCANREADINSITU,EFFECTIVELYIMPROVETHEACCURACYOFELECTRICPOWERMEASURE,ANDTHECIRCUITISSIMPLE,HIGHRELIABILITY,HIGHINMANYOTHERUSERSOFTHEELECTRICALMETERINFRONTOFSIXLEDDIGITALTUBE,THETOPTWOFORNOOFTHEINDIVIDUAL,AFTERFOURFORTHEINDIVIDUALPOWERCONSUMPTION,SHOWSPOWERCONSUMPTIONANDCORRESPONDINGTOTHENUMBEROFTHEINDIVIDUALDESIGNWITHTHESEARCHFORMATERIAL,DRAWPRINCIPLEDIAGRAMANDSOFTWAREPROTELPROGRAMMINGCOMMISSIONINGMETHOD,ANDFINALLYACHIEVEDINDIGITALTUBEPOWERUSERSON8CYCLICDISPLAYFUNCTIONKEYWORDS8USERWATTHOURMETER；AD7755；C8051F360目录绪论41设计任务与要求511设计目的5111硬件设计5112软件设计5113已知参数512设计要求52设计原理621设计系统方案622设计方案框图63硬件电路设计731硬件设计综述732稳压电源设计733AD7755电能转换设计8331AD7755电能转换设计原理9332AD7755参数分析及计算10333AD7755通道一输入电路设计及参数分析11334AD7755通道一输入电路设计及参数分析12335AD7755外围电路设计1334单片机控制电路设计14341C8051F360单片机部分14342AT24C16掉电存储部分1434374HC164数码管显示部分1634474HC165按键清零部分16345光电隔离部分174软件电路设计1841流程图设计18411主函数流程图18412读AT24C16函数流程图18413写AT24C16函数流程图20414中断函数流程图21415按键扫描函数流程图2142程序设计清单225心得体会236致谢24参考文献25附录一26附录二27绪论随着电子技术的发展与进步，电子式电能表无论在价格、功能、精度、可靠性等方面都优越于传统感应式电能表，电子式电能表所具有的强大功能及特点，越来越受到广大使用者的认同与青睐。本次课程所设计的8用户电子式单相电能表采用单片机作为中央处理器，每块电能表可对多达8户的用电情况进行集中检测、循环显示。各用户的用电量可以就地读取。多用户电子式电能表采用了分户用电、集中检测的方式，与传统感应式电能表相比，有效地提高了电能计量的准确性。本次课程设计中在老师的指导下完成了电子式电能表的设计，提高了我们对单片机的运用水平。掌握了电子式电能表的原理，实现了单片机在电力系统中的应用。1设计任务与要求11设计目的该课程设计任务要求完成是基于C8051F360单片机的多用户电子式电能表的设计与调试。其中包括硬件设计、软件设计和程序调试三部分。主要由显示模块、AD7755模块、存储器模块和前端电路调理模块部分组成。被测信号AD7755转换后将电压、电流、电能等信号传给单片机C8051F360，C8051F360控制所有芯片的工作、截止及计算和显示，显示模块采用数码管显示当前测量的用户号、用电量；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。111硬件设计硬件设计包括稳压电源的设计、AD7755电能转换器的设计和单片机控制部分的设计。112软件设计软件设计包括用C语言编写的用户电量显示程序、按键清零程序、脉冲检测程序和掉电保存等程序。113已知参数基准电压220V10；基准电流IB10A；最大电流IMAX4IB40A；最小电流IMIN2IB02；12设计要求1该交流电能表能实现对8户单相交流电能的测量；2将8户电能信息用数码管轮流显示，每隔3S显示一户；3具有按键清零功能；4具有掉电保存电能数据功能；5计1000个脉冲为1度电。6计量精度1（要求/定义头文件INCLUDE/定义头文件INCLUDE/定义头文件DEFINEUCHARUNSIGNEDCHAR/宏定义DEFINEUINTUNSIGNEDINT/宏定义DEFINEAT24C160XA0/AT24C16地址DEFINENOP_NOP_/空指令SBITDINP10/74HC164数据SBITCLKP11/74HC164脉冲SBITSDAP13/I2C数据SBITSCLP16/I2C时钟SBITPLP12/74HC165使能SBITCLK1P15/74HC165脉冲SBITOUTP14/74HC165输出SBITBEEFP17/蜂鸣器UCHARJ,Z,FLAG1,FLAG2,FLAG3,FLAG4,FLAG5,FLAG6,FLAG7,FLAG8/定义变量UINTN/定义变量BITACK/应答标志位UCHARCODEZF0X88,0XEB,0X4C,0X49,0X2B,0X19,0X18,0XCB,0X08,0X09,0XFF,0X7F/定义数码管显示代码UCHARYH880X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X1,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X2,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X3,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X4,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X5,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X6,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X7,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XB,0X8,0X00,0X00/二维数组，用于存储8户用电量信息/起动总线函数函数原型VOIDSTART_I2C功能启动I2C总线,即发送I2C起始条件/VOIDSTART_I2CSDA1/发送起始条件的数据信号NOPSCL1/开启I2C总线NOPNOPNOPNOPNOP/起始条件建立时间大于47US,延时SDA0/发送起始信号/NOPNOPNOPNOPNOP/起始条件锁定时间大于4SSCL0/锁住I2C总线，准备发送或接收数据NOPNOP/结束总线函数函数原型VOIDSTOP_I2C功能结束I2C总线,即发送I2C结束条件/VOIDSTOP_I2CSDA0/发送结束条件的数据信号NOP/发送结束条件的时钟信号SCL1/开启I2C总线NOPNOPNOPNOPNOP/结束条件建立时间大于4SSDA1/发送I2C总线结束信号NOPNOPNOPNOP/字节数据发送函数函数原型VOIDSENDBYTEUCHARC功能将数据C发送出去,可以是地址,也可以是数据,发完后等待应答,并对此状态位进行操作不应答或非应答都使ACK0发送数据正常，ACK1ACK0表示被控器无应答或损坏。/VOIDSENDBYTEUCHARCUCHARBITCNTFORBITCNT0BITCNT0MFORH512H0H/读函数函数原型VOIDREAD功能从AT24C16中读取多字节数据/VOIDREADIRCVSTRAT24C16,0,/读取第一户用电量IRCVSTRAT24C16,8,/读取第二户用电量IRCVSTRAT24C16,16,/读取第三户用电量IRCVSTRAT24C16,24,/读取第四户用电量IRCVSTRAT24C16,32,/读取第五户用电量IRCVSTRAT24C16,40,/读取第六户用电量IRCVSTRAT24C16,48,/读取第七户用电量IRCVSTRAT24C16,56,/读取第八户用电量/写函数函数原型VOIDWRITE功能向AT24C16中写多字节数据/VOIDWRITEISENZHONGDUANTRAT24C16,0,/写入第一户用电量ISENZHONGDUANTRAT24C16,8,/写入第二户用电量ISENZHONGDUANTRAT24C16,16,/写入第三户用电量ISENZHONGDUANTRAT24C16,24,/写入第四户用电量ISENZHONGDUANTRAT24C16,32,/写入第五户用电量ISENZHONGDUANTRAT24C16,40,/写入第六户用电量ISENZHONGDUANTRAT24C16,48,/写入第七户用电量ISENZHONGDUANTRAT24C16,56,/写入第八户用电量/计数及进位函数函数原型VOIDJINWEI功能对相应用户产生的脉冲进行加1计数并进位/VOIDJINWEIUCHARZYHZ0/用电量加001IFYHZ00XA/判断小数点后两位是否为10，满十向前进一位YHZ00X0YHZ1IFYHZ10XA/判断小数点后一位是否为10，满十向前进一位YHZ10X0YHZ2IFYHZ20XA/判断个位是否为10，满十向前进一位YHZ20X0YHZ3IFYHZ30XA/判断十位是否为10，满十全部清零YHZ00X0YHZ10X0YHZ20X0YHZ30X0/初始化函数函数原型VOIDINIT功能进行初始化设置/VOIDINITSFRPAGE0X0F/页地址0X0FP1MDIN0XFF/P1口初始化P1MDOUT0X6F/P17，P14漏极开路输出，其他为推挽输出XBR10X40/交叉开关使能PCA0MD0X00/关闭看门狗CLEARWATCHDOGPSCTL0X03/写FLESH允许SFRPAGE0X00/页地址0X00OSCXCN0X67/定义外部晶振CLKSEL0X01/选择用外部晶振CKCON0X0F8/定时器T0使用系统时钟12分频高四位不变TMOD/设置定时器0为工作方式116位定时器TMOD|0X01/设置定时器0为工作方式116位定时器TH06553610000/256/设置定时初值TL06553610000256/设置定时初值EA1/开总中断ET01/开定时器0中断TR01/启动定时器/定时器中断、脉冲扫描、显示函数函数原型VOIDZHONGDUANINTERRUPT1功能对定时器写入初值，定时约3S，数码管显示各用户的用电情况/VOIDZHONGDUANINTERRUPT1UCHARI,K,M/定义局部变量TH0655362000/256/重新写入初值TL0655362000256/10MS扫描一次脉冲TR00/关中断IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG11/标志位清零JINWEI0/电量加一IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG21/标志位清零JINWEI1/电量加一IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG31/标志位清零JINWEI2/电量加一IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG41/标志位清零JINWEI3/电量加一IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG51/标志位清零JINWEI4/电量加一IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG61/标志位清零JINWEI5/电量加一IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG71/标志位清零JINWEI6/电量加一IFP2/如果为低电平，标志位置一IFFLAG81/标志位清零JINWEI7/电量加一N/N自加一IFN300/N用来控制显示时间N300为3SN0/N清零FORK0K1/数据右移JJ18/控制用户切换TR01/开中断/按键清