低压配电集中管理系统设计

1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第I页共50页编号：OUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY毕业设计说明书题 目: 低压配电集中管理系统设计摘要随着人民生活水平的不断提高，人们对电力的需求已经不仅是有电用，优良的供电质 量和服务水平，成为社会对供电企业要求的重要部分。在电力管理发展过程中，原先以人 工巡视、抄表的管理方式正逐渐向集中化、网络化管理的方向过渡。为提高供电质量和服 务水平，需要有一套完善的用电侧电能管理系统，对与用户直接相关的低压电网运行状态 进行实时监测，及时掌握低压配电网运行的情况，适时根据供电需求的增长调整电网负荷, 及时发

2、现和定位电网故障。低压配电监控装置是整套用电侧电能管理系统中的最重要的一 个环节，低压配电智能监控系统实时监控配电网运行状况，完成自动测量、智能分析和数 字通讯等任务。论文设计了实时性强、成本低的智能监控系统，对于电能质量的提高、电 力用户的需求以及低压配电的安全稳定运行具有十分重要的意义。本设计就集体宿舍供电 系统为对象进行其管理系统的设计，构造出按多个监测点设计了对其进行集中监测的基本桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第II页共50页网路，并应用单片机了设计了现场检测装置的硬件电路和软件对电流电压功率等电气参数 进行监测监测。其中监测装置以ATC89C5单片机，CS5460的核心。通

3、过实验室测试以及 现场验证，系统运行良好，测量精度高，达到了设计目标。关键词：低压电网；用电管理；实时监测；单片机；电监控装置AbstractWith the continuous improvement opeoples living standard the demandfor electricity of people s is not just simply using electricity . High quality of power supply and service play an importa nt role in the developme nt of the soc

4、iety .In the process of the developme nt of the electric power management the original way to pull brake to restrict using power is gradually turn to apply electricity man ageme ntn order to con trol the electrical load. A set of complete power man ageme nt system must be n eeded to mon itor the low

5、-voltage power grid operati on on the side of uses for the electric power en terprises to improve the quality of power supply and services. And power supply departme nt can adjust the electrical load accordi ng to the mon itor of power supply and find mistakes in time. The supervising device of low-

6、voltage distribution is the most import-桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第III页共50页ant part of the system. The electric power departme nt mon itor power electrical parameters through he device, and the mon itor provide eno ugh in formatio n to the power departme nt to an alysis line loss , the load forecast, the

7、voltage qualification rate, power distribution planning and so on. And this paper discusses a man ageme nt system of dormitory power supply, which is a kind of n etwork structure applied to monitor the situation of operation of electrical system .The device is designed to measure electrical paramete

8、rs such as: curronage electrical power. The paper expo unds the desig n of hardware circuit and software of the device, withT89C52 and CS5460A as its core. The system was verified to work well high accuracya nd reach the desig n target through the laboratory test and field test.Key words low-voltage

9、 power grid; man ageme ntof electricity; si ngle chip microcomputer; mon itor device引言11 绪论11.1配电系统概述21.2课题研究的目的及意义41.3系统设计主要任务42 方案设计52.1设计要求52.2设计方案52.2.1网络监测5桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第IV页共50页222低压配电监控系统6223监测装置83硬件电路设计93.1设计使用的基本知识 93.2系统设计整体电路93.3主控电路原理93.3.1主控芯片选择介绍 103.3.2单相电能芯片此时CS5460 A概述143.4各部分

10、电路193.4.1显示部分193.4.2按建及串口193.4.3存储扩展部分203.4.4时钟模块223.4.5前端电路调理模块 233.4.65伏直流稳压电源 234软件部分25.4.1 程序设计流程254.2 CS5460勺设置和启动264.3 CS546C的读写264.4结果显示285系统制作及调试295.1软硬件调试295.3.1硬件调试295.3.2软件调试295.3.3软硬联调295.2系统制作及调试295.3系统PCB板的设计305.3.1 尺寸305.3.2 布局30桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第V页共50页5.3.4 布线305.4误差的定性分析及改进措施 30结

11、论32谢辞33参考文献34附录35桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共50页引言长期以来，低压配电网络一直是供电系统运行可靠性的薄弱环节之一，一些配电变压 器和配电线路因过载发热、线损率高、电压质量合格率低等，既容易烧毁设备，也容易危 及低压电网安全可靠运行，而这些故障却常常被人们忽视，为此，原能源部规定各基层单 位要定期上报电压质量合格率和作配电网的可靠性统计，并在“用电管理信息技术规范” 中明确提出要掌握配电网络负荷情况及重点用户的年、季、月、日各种负荷曲线等重要信 息。但多年来，由于低压配电网络缺乏这方面的自动化检测手段，一般都在每年或每季的 几个典型工作日，由工作人员用钳式

12、电流表逐个测量配电装置负荷的简单方法，结果是费 时费工，既不能反映真实情况，也不能解决实际问题。为此，研发、推广一系列低压配电 网络的监控装置仪表是十分必要的。随着人民生活水平的不断提高，人们对电力的需求已 经不仅仅满足于有电用，良好的供电质量和服务水平，成为社会对供电企业要求的重要部 分。在电力管理发展过程中，原来以拉闸限电为目的的负荷控制正逐渐向用电管理方向过 渡，电力企业为提高供电质量和服务水平，需要有一套完善的用电侧电能管理系统，对与 用户直接相关的低压电网运行状态进行实时监测，及时掌握低压配电网运行的情况，适时 根据供电需求的增长调整电网负荷，及时发现和定位电网故障，发现异常供电和异

13、常线损, 杜绝供电隐患。低压配电监控装置是整套用电侧电能管理系统中的最重要的一个环节，它 一般以低压网中的配变为监测对象，使电力部门及时了解设备运行状况，为线损分析、负 荷预测、电压合格率、配电规划等提供科学的依据。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共50页1绪论70年代末、80年代初，随着电子技术的发展，低压成套装置的发展步入控制电子化、 保护综合化时代。出现了电子式的各种运行电量控制器、电动机综合保护器、无功功率补 偿控制器等产品，其结构多为继电器型的小型装置。如电动机综合保护器，其功能有过电 流、断相、过载等保护，起动时间可调整，过载时间可整定。而无功功率补偿控制器可根 据无

14、功电流、功率因数等不同参量自动进行电容补偿无功功率。进入80年代中期，此类装置发展己初步进入智能型时代。在低压配电领域，采用了 PLC技术，利用W0方式通过可编程控制器实现配电装置的控制与操作，后期出现了微机集 中检测与控制，可对馈电主保护断路器进行远距离操作，对各回路电压、电流、有功电量 和无功电量、功率因数频率、变压器温度等进行检测，但它停留在遥测、遥控水平上，缺 少遥讯和遥调功能，更缺少智能型应具有开关柜的思维、分析、判断与选择的功能。从80年代束至90年代韧。随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、抗干扰技 术等新技术的飞速发展。特别是网络通讯技术的发展使得自动化技术得到了空前发展，

15、在 这个时期，直流控制产品和PLC可编程逻辑控制器）发展迅速，每34年就换代一次，功 能越来越强大，可靠性也越来越高。微处理器从8位机发展到16位机，又发展到应用32 位机和多机运行。从主要控制线路和控制结构由硬件组成发展到由可自由组合的软件块来 组成。比如西门子公司的直流全数字产品，由6RA22系列发展到6RA23 6RA24系列，又 发展到SIMADYND系列，时间还不足十年。联网方面功能也越来越强大，从两机之间的通 讯到一机与多机通讯发展到网络通讯。在通讯协议方面由各公司的内部协议发展到开放的 标准的协议。如西门子公司的产品由原先的USS协议发展到现在，Profilbus协议和工业 以太

16、网协议。随着全数字控制和自动化技术的发展并大公司也把这些技术应用到配电系统， 也就是所谓把强电控制与微电子技术、计算机技术、网络通讯技术相结合，形成了第二代 产品，出现了智能型断路器等智能元器件和智能型开关柜。如ABB公司的F系列断路器和 MS（系列智能开关柜；西门子公司的3WF系列断路器和SIVACO系列开关柜；GFALSTHOM 公司的GFMSTART系列智能马达中心：西屋公司的Advantage系列等。这些智能元器件都 是以微处理器为核心，具有测量、变换、保护、控制等功能。同时都具有通信接口可连接 通信网络与上位计算机通信形成智能配电系统。在发收智能型元器件及开关柜的同时。功 能越来越强

17、大的监控系统也得到了快述发展。如西屋公司的IMPACC系列：GFC-ALSTHOM 公司的ICIS系统：ABB公司的Is系统以及西门子公司的SIMOCOD系统；KLOCKNERMOE公司的配电系统ID2000等。通过这些系统与低压配电装管等现场设置的 配合，使成套供、配、用电系统能够在本机、上位机环境、负载等对象中变换各种信息。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第2页共50页通过网络实现状态检测、信急回馈、发出指令及操作等，提高了整个配电系统的可靠性。 国内的低压智能配电系统发展基本与国外同步，并吸取了很多国际上先进的技术应用。在 低压智能配电设备的研制和推广上，自1985到1987年自

18、耦减压起动柜JJI全国联合设计 时起，首先采用了半导体集成电路式时间一电流转换器替代原来的充气式时间继电器和电 流继电器，1989到1990年国内先后开发了电子式电动机多功能综合保护器，19911992 年出现了半导体式热继电器。在成套装置方面，智能型配电系统也已经起步，厦门电器控 制设备厂等已开发了能进行数据采集的马达控制中心，天津夏利汽车工程的所有国产的低 压配电柜动力柜全部实现了上位计算机控制，做到了运行、故障集中监视，集中判断、处 理，大大提高了设备运行安全性和可靠性。近年来智能型电器，特别是智能型断路器在国内外发展非常快，并已成功地投入到实 际的运营中，智能型电器中的智能单元的基本结

19、构包含输入、中央控制、输出和通信四大 模块组成，通常智能单元与被监控的开关集成一个整体，当开关电器是断路器时，智能监 控模块就是附属于它的智能脱扣器，完成脱扣器所要求的各种保护和操作功能。目前在国 内应用较为广泛的智能型电器由施耐德公司的MT空气开关和江苏凯帆电器公司的智能型 断路器。南京因泰莱公司研制的INT-SCAD监控系统代表着国内智能配电系统的发展水平， 系统采用独立的智能监控模块YCK YXK组成分布式网络对低压配电网现场设备实时监控， 通讯网络中数据传输实时性好，易于扩展。1.1配电系统概述传统上将电力系统划分为发电、输电和配电三大组成系统。发电系统发出的电能经由 输电系统的输送，

20、最后由配电系统分配给各个用户。一般地，将电力系统中从降压配电变 电站（高压配电变电站）出口到用户端的这一段系统称为配电系统。配电系统是由多种配 电设备（或元件）和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网 络系统。在我国，配电系统可划分为高压配电系统、中压配电系统和低压配电系统三部 分。由于配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户，它的完善与否直接关 系着广大用户的用电可靠性和用电质量，因而在电力系统中具有重要的地位。我国配电系 统的电压等级，根据城市电网规划设计导则的规定，220kV及其以上电压为输电系统， 35、63、110kV为高压配电系统，10、6kV为中压

21、配电系统，380、220V为低压配电系统。宿舍楼的配电线路的接线方式采用放射式和树干式的混合型接线。从变压器的配电房 到宿舍楼的配电柜，采用放射式接线，这样可以使当某一配电出线发生故障时，不致影响 其他配电出线的运行，提高供电的可靠性从宿舍楼的配电箱到每一间宿舍的用电设备采用 树干式接线，它采用的开关电器较少，有色金属消耗量也较少，克服了放射式接线中采用桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第3页共50页多开关电器，高消耗有色金属的问题，且树干式多采用封闭母线，灵活方便，也较安全，“配电箱-干线组”接线，还省去了变压器低压侧整套低压配电装置，从而使接线大为简 化，投资大大降低。符合了 GB5

22、00521995供配电系统设计规范的规定：“供电系统 应简单可靠，同一电压供电系统的配电级数不宜多于两级。某宿舍供电系统图：(1) 配电箱电路图如图1-2所示。图1-2配电箱电路二 I .JSOSP.F(2)分电箱到宿舍的电路如图1-3所示。图1-3分电箱到宿舍电路桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第4页共50页宿舍内部配电系统图如图1-4所示1.2课题研究的目的及意义目前发电厂和大型变电站中均采用了综合自动化系统，但对低压配电网的监控还是薄 弱环节，通过对低压智能监控系统的研究和推广使得其技术更成熟，应用更广泛，并和变 电 站综合自动化等“孤岛”相集合成更高层次的配电监控系统。通过对低

23、压智能监控系统的 研究和推广，能够充分发挥和利用低压智能配电系统的优点即：(1) 可以改善低压配电网管理，具有记录以前事件的功能，可以迅速地对负载输入要求作出 响应。在系统内可以优化能量消耗的分配，可以均衡负载以减少潜在的停车事件。(2) 可以根据系统内设备运行情况安排维修计划，按计划维修，减少了维修成本。(3) 可以对潜在的事故进行预报警，并及时处理以避免事故的出现，节省时间，减少损失。(4) 可以随时了解到有关故障信息，来指导维修，减少故障的处理时间。 可把各配电回路或设备的运行情况(含运行数据)以报表方式或以图形方式进 行显示并 可保存在磁盘上或打印出来，进行日报和月报，提高工作效率。1

24、.3系统设计主要任务(1) 实现集中监测的基本网络结构。(2) 现场监测装置硬件问题。(3) 软件问题。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第5页共50页2方案设计设计就是根据题目的要求而对硬件和软件进行规划，并选择最合适的硬件电路和软件 程序来达到目的。硬件设计是通过对设计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块 的某些连接方法，以达到设计的功能要求。并且把这些元器件焊接在一块电路板上。它包 括对各种元器件的功能和接法的了解，以及对各种元器件的选择和设计方案的选择。软件 设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，并且调试优化产品功能。2.1设计要求（1）按20个（或更多个）监测

25、点设计了对其进行集中监测的基本网络结构。（2）应用单片机了设计了现场检测装置的硬件电路和软件电路对电流电压功率等电气 参数进行监测监测。2.2设计方案2.2.1监测网络结构目前，实现低压配电系统智能化可以用不同方式，大多数采用了高速数据处理和网络 通信技术。低压配电智能化系统主要由智能仪表、电动断路器、触摸屏、监控模块、站级 监控微机、局级监控微机组成二级监控网络，其组成原理示意如图2-1所示。图2-1低压配电智能化系统桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第6页共50页2.2.2智能型低压配电监控系统用通信网络把众多的带有通信接口的低压配电和控制设备与主计算机连接起来，由计 算机进行智能化

26、管理，来实现集中数据处理、集中监控、集中分析及集中调度的低压配电 监控系统。此类产品日前国外较先进的有英国GEC-ALSTHOM公司的ICIS系统、美国西 屋公司的IMPACC系统以及ABB公司的INSUM系统等。1系统的基本组成智能型低压配电监控系统较常见的为三级结构。如图2-1所示。从结构上看，整个智 能型低压配电监控系统主要由三部分组成：(1) 主计算机。主计算机用来实现对配电和控制设备以及智能型元器件的监控、保 护和控制通信。它可以是PC机、己存在的计算机系统、PLC或离散控制系统。(2) 通信网络。主要含主机接口、子网络监控器及网卡。主计算机通过主机接口对整 个通信网络实施控制，子网

27、络监控器是二级网的控制器，在较大的配电系统中，采用子网 络监控器可以大大提高主计算机对整个配电系统的访问速度，提高实际监控的能力。(3) 智能型低压配电和控制设备。也就是采用了带有通信接口的智能型控制器或智能 型电器元件的低压配电和控制设备。在智能型低压配电监控系统中，关键部分是通信网络, 它就像整个监控系统的神经网一样，把各现场的配电和控制设备与主计算机连接起来。由 于各公司的通信网一般是在工业自动化系统中应用的，因此，各公司的智能低压配电系统 网络基本上都采用了与工业自动化网相同的网络，这也有利于把配电系统与工业自动化系 统连接起来。图2-2智能型低压配电和控制设备桂林电子科技大学毕业设计

28、(论文)报告用纸第7页共50页在通信网络的通信介质方面，目的应用较多的有光纤、同轴电缆及屏蔽双绞线。目前 在智能型低压配电系统中应用的基本上是屏蔽双绞线，硬件接口为RS485 口。关于通信 协议。早期的通信协议各公司不尽相同，各自发展自己的协议，但随着自动化技术和通信 技术的发展，带有通信接口的产品应用量越来越大。往往一家的产品不能完全满足一个工 程的需要，而工程本身又需要有统一的通信网络，因此为满足应用的要求协议向标准化、 开放性发展，如西门子公司的Profilbus协议，由于各方而性能都比较好，深受欧洲各厂家 的欢迎，结果西门子的内部协议上升为德国标准，后又成为欧洲的标准协议之一，被欧洲

29、厂家广泛采用。目前国际上应用较多的总线协议有Profilbus总线、基金会总线和CANbus 总线等。各大公司在统一协议的同时，在自己原有通信网络的基础上也开发能连接其他公 司通信网络的接口产品，如AB公司，KLOCKNERMOELLER公司就有能连接Profilbus 网的接口，GFC ALSTHOM公司的智能马达控制器能连接到GE公司的网络上。这样各 公司的产品通用性加强，利于产品的推广。各种通信网络的性能一般为传输距离1000m以 上，所带设备可达1000台套，通信速率可达几百K波特率。2 软件配置上位计算机上运行的软件有两类：一类是系统软件，也就是我们所说的操作系统如 MISDOS6.

30、 22和Windows 95等。另一类是低压配电系统的监控软件。监控软件又分为 两部分：一部分是监控的应用软件，对整个配电系统进行管理、监视控制、数据输出、通 信处理等。监控软件不仅能使主计算机通过通信网络对整个配电系统各回路的状态、运行 参数等进行采集.还能对所采集的数据状态进行处理，引入专家系统进行分析、判断和协 调控制.如故障的预报警、故障诊断及保护等。另一部分是应用软件的运行环境或者称为 软件平台。这种软件平台各公司可能有所不同，有些公司是直接用C语言，有些公司是用 专门开发的组态图形软件，如西门子的 WINCC软件，美国Intellution的FIX软件。这些 软件有着良好的人机界而

31、完善的图形编程功能。监控系统功能：(1) 系统具有对各配电回路的电流、电压、功率、频率、功率因数等参量以及运行状 态进行遥测的功能，能把这些状态和数据在上位机进行处理、分析、判断和显示。(2) 系统具有根据各配电回路的运行状态及指令对智能型控制器、断路器进行远距离 遥控操作的功能。(3) 系统具备上位计算机与开关柜中的智能控制器和智能型低压电器元件等器件，通 过通信网络进行通信的功能，这是智能型低压配电系统的基本功能。(4) 系统具有由上位计算机根据指令或计算机的分析、判断智能监控器、智能断路器桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第8页共50页等智能元器件的设定值和接地、过载、过流等故障保

32、护值进行遥调的功能。223监测装置部分方案一：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CS5460A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包含两个工模-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工模-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

33、单相2线或3线电表。CS5460AT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EEPRO中读取校准数据和启动指令。使 用该模式时，CS5460AX作时不需要外加微控制器，因此当电表用于大批量住宅电气参数 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。图2-3多功能电能表硬件框图桂林电子科

34、技大学毕业设计(论文)报告用纸第9页共50页该系统主要由显示模块、通讯模块、键盘控制模块、MC!模块、电能表芯片CS5460莫 块、时钟模块、存储器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专换后将电压、电流、 功率、电能等信号传给单片机AT89S52 AT89S5组成的MCU莫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

35、LCD1602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Max232 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，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。主要部分电路功能如下：(1) 电流互感器及调理电路相结合将电信号转换较小的电信号输入到检测芯片。(2) 单片机在接收到CS5460A计算出来电气参数后通过LCD显示，由键 盘控制可显示 不同参数如电流，电压，功率。(3) 通过串口与上位机相连实现网络管理，及实施监控。3硬件电路设计每一个设计都要以一定的知

36、识为基础，知识的多少在一定程度上决定了设计出来的东 西的好坏程度，这些知识包括硬件知识和软件知识。硬件知识用来设计硬件电路，以实现 电信号的采集、隔离、匹配等功能。软件知识用来设计芯片处理数据的先后顺序，数据的 获得途径以及对数据做怎样的处理，还有其他的一些驱动和显示功能等等。当然，在硬件 电路里一些芯片是必不可少的，软件设计也需要对芯片进行编程序。本章将介绍本次设计 用到的一些基本知识和主要芯片。3.1设计使用的基本知识我们用单相双向功率/电能芯片CS5460A通过调理电路把电压信号，电流信号转换 为符合的芯片输入范围的电压信号，经过该芯片的计算功能，将数据输送至单片机显示， 并用串口通讯与

37、上位机相连，从而实现对电力运行的监控。其中主要运用了单片机的知识, 及模电的知识。3.2系统主电路系统主电路主要有电参数测量芯片CS5460单片机最小系统，及单片机显示电路组成桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第10页共50页3.3主控电路原理集成块出现使硬件电路设计更加简单易懂，从而得到了广泛的应用。在这次毕业设计 中用到的主要芯片有单片机ATC89C52电能计量芯片CS5460A下面详细介绍它们具体的 应用方法。主控电路中，以单片机为主体，通过电能计量芯片CS5460A监测得到的数字值，将数 据显示出来，并上传至上位机实现实时监控。它是系统的枢纽。3.3.1主控芯片选择介绍电子式多功

38、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外界的通信控制。由于单片机是按工业测控环境要求设计的，抗干扰能力强，环境要求不高，灵活性好， 体积轻，可以降低系统的成本获得较好的性能。单片机基本系统以89C5为核心，单片机选 用AT89C52 AT89C5是一种低功耗、高性能的CMO型8位微型计算机，它有具有8K在系统可 编程Flash存储器，256字节RAM 32线I/O 口，3个16位定时/计数器，6向量两极中断，一 个双工串行口，具有片内自激振荡器和时钟电路等标准功能。此外，AT89C5设有静态逻辑， 用于运行到零

39、频率，并支持软件选择的节电运行方式和空闲方式使CPU停止工作，而允许RAM 定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下，片内振荡器停止工作，由于时 钟被冻结，一切功能都停止，只有片内RA的内容被保存，直到硬件复位才恢复正常工作。 芯片上的EEPROM许在线（+5V电擦除、电写入或采用通用的非易失存储编程器对程序存 储器重复编程。一般专为ATMELAT89CX做的编程器均带有这些功能，单片机对开发设备的 要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密。这些都是其他机种 不能比拟的，所以我们选用AT89C52引脚结构如图3-1所示。 111111 S p p p p p

40、F 23斗SST M 13 L L S 333333AAV PPPFFFTT匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚nnnnnnnnnnnnnnnnnn-lCOOOOOOOO-ALVPPFFFPPPEAzz/zzzzz EF 1345fe_r V/Edddddddd aaaaaaaa zz/zz/z/ NT吕5斗3M Ho S22222222图3-1 AT89C52引脚结构图VCC电源GND地桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第11页共50页P0 口： P0口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电 平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外

41、部程序和数据存储器时，P0口也 被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口 也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，pl输出缓冲器能驱动4个 TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL ）。此外，P1.0 和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX，具体如表2.1所

42、示。在flash编程和校验时P1 口接收低8位地址字节。表2.1 P1 口引脚第二功能引脚号第二功能P1.0T2 （定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI （在系统编程用）P1.6MISO （在系统编程用）P1.7SCK （在系统编程用）P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动4个 TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL ）。在访问外 部程序

43、存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPT时，P2 口送出高 八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVRI 访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8 位地址字节和一些控制信号。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，p2输出缓冲器能驱动4个 TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL ）。P3口亦作 为AT89S5特殊功能（第二功能）使用，如

44、表2.2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收 一些控制信号。表22 P3 口引脚引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT0（外部中断0）P3.4T0 （定时器0外部输入）P3.5T1 （定时器1外部输入）P3.6WR外部数据存储器写选通）P3.7RD外部数据存储器写选通）桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第12页共50页RST:复位输入。晶振工作时，RS脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗 计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR地址8EH上的DISRT位 可以使此功能无效。

45、DISRT默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG :地址锁存控制信号（ALE是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的 输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以 晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调， 在每次访问外部数据存储器时，ALE永冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH勺SFR勺第0 位置“1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVXEMOVC令时有效。 否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH勺SFR勺第0位）的设置对微控 制器处于外部执行模式下无效。

46、PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN是外部程序存储器选通信号。当AT89S5从外 部程序存储器执行外部代码时，PSE在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器 时，PSE将不被激活。EA/VPP :访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFI的外部程序存储器读 取指令，EA必须接GND为了执行内部程序指令，EA应该接VCC在flash编程期间，EA也接 收12伏VPP电压。XTAL1振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2 :振荡器反相放大器的输出端。主要性能：与MCS-5单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器桂林电子科技大学毕业设计(论文)

47、报告用纸第13页共50页三级加密程序存储器32个可编程I/O 口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UAR串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符51单片机通常采用上电复位和按钮复位两种复位方式。上电复位是利用电容的充放电 来实现。按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。前者，将复位端通过电阻与Vcc相接；后者，利用微分产生正脉冲来达到复位的目的。复位电路参数的选择，应能保证复 位高电平持续时间大于两个机器周期。在设计中，用到了单片机对输入口进行查询并输出 相应的高低电平实现后续工作的控制功能，这将着重在软件设计部分讲到。AT89C51具有四个并行的

48、I/O 口，含有双全工的串行通信口。其引脚特性很常见这里 就不加叙述。下面介绍其最小工作系统。(1)时钟电路：图3-2时钟电路图时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作。AT89C51的时钟信号可以由两种 方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方 式，时钟信号由外部引入。考虑到本次设计对时间的要求不是很高，所以选用内部方式产 生时钟脉冲。89C51单片机虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件。外接晶 振以及电容C1和C2构成并联谐振电路，这种方式就是内部时钟方式。如果振荡器已起振, 则在X2引脚上输出2.2V左右的正弦波。振荡频率f取决于晶振的

49、频率。不同型号的产品,桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第14页共50页可选择的频率范围有所不同，一般在 0.5 12MHz之间。常用的晶振有6MHz 12MHz和 11.0592MHz电容C1和C2主要作用是帮助起振(谐振)，称其为谐振电容，其值的大小对 振荡频率也有影响。因此常用调节C1或C2的容量大小对频率进行微调，电容容量通常在 20100pF之间选择，当时钟频率为12MH时其值为30pF本次设计的电路就是选择12MHz 的时钟频率。如图3-2所示。(2)复位电路：计算机在启动运行前需要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的 初始状态，单片机从这个状态开始工作。对于

50、89C51单片机，只要在RST复位端接一个电 容至VCC和一个电阻至地即可。在加电瞬间，RST端出现一定时间的高电平，只要高电平 保持时间足够长，就可以使89C51有效地复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括 VCC的上升时间和振荡器起振的时间。VCC的上升时间约为10us,振荡器起振时间和频率 有关，频率为10MHz时约为1us频率为1MHz时约为10us,所以一般为了可靠地复位， RST在上电时保持20us以上高电平即可。89C51的复位电路有两种，上电自动复位和人工 复位，人工复位方式只是将一个按键并联在上电自动复位电路上。设计的任务中提到要用 一个钥匙来控制控制器工作，这和上电复

51、位开关的功能类似，这里就采用上电自动复位， 添加一个开关来作为钥匙信号，再加一个LCD来指示钥匙开关是否打开，如图3-3所示。1OK图3-3复位电路3.3.2单相电能芯片此时CS5460 A概述(1)基本结构及功能CS5460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模数转换器桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第15页共50页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

52、向串行接口 一个电能、脉冲变换器 一个校准用SRAM（2）主要特性1）在片计算和处理功能；2）可以从串行E2PROM智能自引导”不需要微控制器,具有电能-脉冲转换功能；3）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（60X0-6/C）,单电源+5 V或双向2.5V 10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；1

53、3）电能数据线性度：在1000 : 1动态范围内线性度为）.1%；14）功率消耗小于12mW;15）电源配置：VA+=+5V,VA-=0V;VD+=+3V +5V 或 VA+=2.5V,VA-=-2.5V;VD+=+3V ；桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第16页共50页IIN+-llhhVIN+-L/R=FOUTVA*RESETVD*EDOEOUTAGNOPF MONXlhl XOUT CPUCLKDGNDVREF NSOISCLKihjTEDdR图3-4 CS5460 内 部结构 图(3)CS546C寄存器配置CS5460内部集成了包括偏置寄存器，增益寄存器，脉冲速率寄存器和参数寄

54、存器等16 个寄存器，还集成了串行口发送寄存器，串行口接受寄存器和一个命令解释状态机，用于 完成CS5460勺设置,采集数据的存储和串行输入输出的控制，图3-5为内部寄存器分配图。图3-5 CS5460寄存器分配桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第17页共50页此命令通知状态机，一个寄存器的访问是必需的。在读取地址教育署到输出缓冲区, 由SCLK寸钟了。在写数据移入输入缓冲器到第24SCLK勺处理登记。W/ R写入/读控制 0 =读寄存器1 =写入寄存器注册地址位。二进制编码的0到31。所有寄存器都是24位 地址名称的说明00000配置寄存器00001电流偏移校准00010电流增益校准0

55、0011电压偏移校准00100电压增益校准00101数转换整合以上（N）00110脉冲率用于校准/规模的能量频率00111最后电压值01000最后权价值01001最后的总能量值01011 RMSfe 流值01100 RMSfe 压值01101定时基校正01110内部只使用01111状态寄存器10000保留10111保留11000内部只使用11001内部专用11010中断屏蔽寄存器11011内部专用11100保留11111保留桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第18页共50页（4）操作时序CS5460A串行口包括4条控制线：串行时钟（SCL）串行数据输入（SDI）、串行数 据输出（SDO和

56、片选（CS，器读写时序如图2-3所示。CS5460A勺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勺上 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器的数据传送到发送缓存区，写操 作在数据传输前要等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SDCW上的寄存器内 容的转移（从高位开始）o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