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1、山东科技大学课程设计多用户电能表的应用设计课程设计报告姓 名： 学 号：200901101026 专 业：电气工程及其自动化 班 级：09-2班 邮 箱： 指导教师： 摘要电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，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,通过计度器或数字显示器显示用户使用的电量。本文将设计一个以C8051F360芯片为核心，配有电能转换模块、LED显示模块、掉电存储模块等功能模块，实现对八户的用电状况进行采集检测。本次设计用户数为八户，即实现八位用户循环显示电能量。同时，基于E2PROM 24C16芯片实现单片机的掉电数据保
2、护，基于74HC165芯片实现单片机的清零。基于AD7755芯片实现电能脉冲的发生；应用单片机C8051F360编制程序完成脉冲的读取、计数、计算、存储、送显示等功能；应用74HC164及八段译码显示器完成数据的显示；应用74HC165及键盘控制对脉冲清零；应用E2PROM 24C16完成数据的定时写入以防停电时数据丢失。关键词：8用户电能表；AD7755；24C16；C8051F360ABSTRACTElectrical meter is through user power supply voltage and current real-time sampling, using speci
3、al integrated circuit of electric energy meter, the sampling voltage current signal processing and multiplication convert to electric proportional to the pulse output, through the JiDuQi or digital display shows users with the use of the power. This paper will design a C8051F360 chips as the core, e
4、quipped with electric energy conversion module, LED display module, power lost storage module function module, realizes to eight of the power consumption and the collection detection. The design for the eight users at home, which realize the eight users cyclic display electric energy. At the same ti
5、me, based on the single chip microcomputer chip realize 24 y E2PROM chips was the power lost data protection, based on the 74 HC165 chip microcontroller cleared of realization. Based on AD7755 chip realize the energy pulsing occur; C8051F360 single chip microcomputer application program to complete
6、pulse to read, counting, computation, storage, send display function; Application HC164 and eight section 74 decoding display finish data display; 74 HC165 keyboard control and application of pulse reset; Application E2PROM chips was complete data of the timing 24 y write in case of power data is lo
7、st. 意见与反馈 参加有道翻译用户满意度调查！ Keywords：electric energy meter; 8 the user watt-hour meter; AD7755；24C16；C8051F360目录1 设计目的及要求11.1设计目的11.2设计要求12 设计内容12.1设计系统方案12.2设计系统框图23 硬件电路设计23.1 24C16功能介绍23.2 六段数码管显示电路33.3 C8051F360功能介绍43.4 5V稳压电源的设计53.5 光电隔离电路53.6 AD7755电路设计64 软件电路设计124.1 主程序流程图设计124.2显示用户及相应电能子程序框图13
8、4.3 读24C16子程序框图144.4 写24C16子程序流程图154.5 查询键盘流程图164.6 中断子程序流程图175 结束语18致谢：18参考文献19附录2021 设计目的及要求1.1设计目的设计多用户电能表，掌握单片机在电力系统中的应用，并且可以通过计算机的编程实现对户的用电状况进行显示，进一步熟练单片机编程，了解24C16的功能实用。完成系统的硬件设计及软件设计。本次设计用户数为八户，即实现八位用户循环显示电能量。同时，基于24C16芯片实现单片机的掉电数据保护，基于74HC165芯片实现单片机的清零。1.2设计要求1.3.1户数：8户。1.3.2精度：0.001。1.3.3脉冲
9、数：每1000个脉冲为1度电 。1.3.4循环显示：8户电能循环显示，每隔3S显示一户。1.3.5掉电保护：掉电时不能丢失数据，24C16掉电保护电路的设计。1.3.6数据显示：实现交流电表对单相交流电能的测量并显示。基于AD7755芯片实现电能脉冲的发生；应用单片机C8051F360编制程序完成脉冲的读取、计数、计算、存储、送显示等功能；应用74HC164及八段译码显示器完成数据的显示；应用74HC165及键盘控制对脉冲清零；应用E2PROM 24C16完成数据的定时写入以防停电时数据丢失。2 设计内容2.1设计系统方案根据设计题目要求,以及原始资料的精度要求,电能转化脉冲芯片有AD7755
10、可供选择 ,因为它是一种高准确度电能测量集成电路，稳定性强并且价格不贵；单片机芯片选择C8051F36x器件，它具有片内上电复位电路、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器，是真正独立工作的片上系统；数据保护电路芯片可选FM24C16 ，用先进的铁电技术制造的16K位的非易失忆的记忆体；另外要求为LED显示，使用74LS164串入并出8位移位记存器进行存储数据；因为各芯片需提供直流电源,我们要进行设计交直流变化和降压电路，大体的设计选择框架思路就是这些。电能变换电路采用AD7755芯片,工作时AD7755芯片将电流采样信号和电压采样信号送入缓冲放大器，经模拟乘法器相乘，再经V/F转换器转换将电
11、压信号转换为脉冲信号，AD7755芯片的快速脉冲输出为3200脉冲/KWh，与用户使用电能相对应。 输出的快速脉冲信号经光电隔离送给单片机，我们采用C8051F36x单片机对脉冲信号进行采集和计数，P2口（8位）同时工作即可对8户电能脉冲进行采集与计数，我们将为每户开辟2个字节的内存计数。2.2设计系统框图稳压电源稳压电源电压信号电流型电压互感 器电流信号电流互感器电 能 转换 脉 冲芯 片 AD7755光电耦 合LED显示单机芯片C8051F360E2PROM24C16图2.1 设计总体框图3 硬件电路设计3.1 24C16功能介绍图3.1 24C16管脚图CAT24WC16支持是一个16位
12、串行CMOS EEPROM，功耗小，有一个16字节页写缓存区，通过I2C总线接口进行操作，有专门的写保护功能。其中I2C总线协议规定，任何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。SCL是一个输入管脚，产生器件所有数据发送和接收的时钟，SDA是一个开漏输出管脚，用于器件所有数据的发送和接收， A0、A1、A2为器件地址输入端，WP接到VCC所有内容被写保护（只能读），WP管脚接到VSS或悬空，允许器件进行正常的读/写操作。CAT24WC16使用铁电技术制造的16K位的非易失性的记忆体，并且可以快速读写数据被可以长时间掉电保存，并且其非易失性存储器可靠性更高，系统更简单，
13、并且24C16可以承受超过100亿次的速写或者是比EPROM高一万倍的写操作，当数据采集系统对写入数据的频率要求比较高即速度要求快的时候E2PROM 24C16也可以可靠的实时采集数据。3.2 六段数码管显示电路图3.2 74HC164与LED数码管显示电路图 数码管显示电路采用74HC164,本次设计使用六个共阳极LED数码管，其数码管段码值如表3.1：表3.1段码值88HEBH4CH49H2BH19H18H0CBH08H09H7FH数值0123456789-74HC164芯片是一个8位移位寄存器，串行输入，并行输出，当时钟信号端（CLOCK）出现上升沿时，开始向164中写入数据，串行数据输
14、入端为A,B的线与，当A、B中任意一个为低电平时，禁止新数据输入，但本设计可以直接向164送数据，因P1.0管脚为A、B的线与，当P1.0管脚为1，则向164送1，若P1.0为0，则向164送0。如若想送一个数据49H，需先把数据送给寄存器A，将寄存器A中的数据带进位循环右移，此时C中的数据为1,先将时钟输入端CLOCK清零，再将时钟输入端CLOCK置一，读入C中的数据送给164的Q0,再将寄存器A中的数据右移一位，此时C中的数为0，然后寻找时钟输入端的上升沿，将0写入，此时164的Q0管脚变为0，Q1管脚变为1，照此规律依次将八位二进制数存入164中，最后Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7中的
15、数据分别为01001001，即49H。因本设计所使用的电路板有10个74HC164,6个LED数码管前后各有两个与二极管连接的164，数据传输时会先将第一个数据传给第一个74HC164，这样如果传送6位数据，则会出现最后两个LED数码管不显示数据的现象，因此应在调用两次显示子程序，将两个存在与二极管连接的164中的数据移到LED数码管中，显示全部数据。本次设计使用的共阳极LED数码管的管脚设置图如下：图3.2 LED数码管管脚设置图其显示原理为公共阳极接高电平，管脚接电平，二极管导通，则相应的笔画段亮，由发亮的笔画段组合得到各种显示字符，上图使用的数码管阴极各段接10001000时，显示器显示“0”字符，即对于共阳极LED显示器，“0”字符的字形码是88H。很多产品
