多功能三相电能表设计

摘 要摘 要近年来全国避峰电价政策的全面推行，使得多功能电能表的需求迅速上升。同时DL/T 614-2007多功能电能表和DL/T 645-2007多功能电能表通信协议的实施，也迫切要求生产厂家尽快设计一款符合新的行业标准和通信规约的多功能电能表。文章首先研究了电子式电能表的计量原理和工作原理。然后按照相关国家标准要求，在综合考虑性能和成本后，确定了系统的设计方案：采用微控制器M30624FGPFP加专用计量芯片ATT7022B为基础平台，加上实时时钟RX-8025、485通信接口、数据存储芯片、电源、显示驱动等外围电路实现了硬件整体构建。在此硬件基础上，重点介绍了采用模块化软件设计方法来实现有功和无功的能量分时计量、需量计量、通讯、按键显示、异常检测及事件记录、掉电检测等功能。其中对Flash存储器文件系统的构建、实时时钟的温度漂移误差进行软件补偿技术值得其他领域借鉴。文章对系统可靠性设计进行了分析，提出了抗干扰的硬件技术和软件技术，解决了数据安全等难题。本文最后对多功能电能表进行了详细的测试，测试数据表明系统硬件、软件设计符合预期的设计要求。本三相多功能电能表的精度为有功0.5S级，无功2.0级，满足大部分低压多功能电能表的要求，达到了设计目标。关键词：多功能电能表,专用计量芯片ATT7022B；DL/T645-2007；时钟温度补偿。51AbstractAbstractIn recent years,with the full implementation of the policy of national regulation peak averting electricity price,the demands of multi-function electric watt-hour meter go up rapidly.At the same time,DL/T645-2007multi-function watt-hour meter communication protocoland the DL/T614-2007multi-function watt-hour meterare in the implementation,it is an urgent need for manufacturer to design a kind of multi-function watt-hour meter with the new industry standards and communication protocol as soon as possible.The article initially studies the measurement principle and the principle of work of multi-function electric watt-hour meter.In accordance with the relevant national standards and requirements,taking into account the performance and cost to determinethe system design:use micro-controller chip M30624FGPFP and increase special measure chip ATT7022B as a basic platform,coupled with real-time clock RX-8025, 485 communication interface,data storage chips,power supply,display driver and other peripheral circuits to achieve the overall construction of the hardware.On the basis of hardware,it focuses on the use of modular software design methods to achieve the active and reactive energy measurement time,the amount required to measurement,communications,key display,anomaly detection and event records,such as brown-out detection functionality.The improvement of Flash memory file system for the construction,real-time clock of the temperature drift error by using software compensation technology is especially valuable for other areas to learn.The article analysis the reliability of the design of system,and introduces anti-jamming hardware technology and software technology and solve problems such as data security.Finally,multi-function watt-hour meter on a detailed test data show that the systemhardware,software design meet the desired design requirements.The three-phasemulti-function watt-hour meter accuracy class 0.5S for the active,reactive 2.0,meetthe majority of low-voltage requirements of multi-function watt-hour meter and reachthe design goal.Key Words: Multi-function electronic watt-hour meter；Energy IC ATT7022B；DL/T645-2007；Real-time Clock temperature compensation目 录目 录摘 要.Abstract.目 录.IV第一章 引 言.11.1 多功能三项电能表的当前究.11.2 多功能三项电能表的种类、用途及未来趋势.11.2.1 多功能三项电能表的种类.11.2.2 多功能三项电能表的作用.21.2.3 多功能三项电能表的发展趋势.2第二章 多功能三项电能表测量原理.52.1电参数和电能测量.52.1.1 有功功率的测量以及它的能量的计算.52.1.2 无功功率的测量和能量的计算.52.1.3 视在功率的测量.62.1.4 电压有效值的测.62.1.5 电流有效值的测量.72.1.6 功率因素的测量.7第三章 多功能三项电能表硬件计.83.1硬件总体方案.83.2电源电路设计.93.3计量芯片部分设计.103.3.1 ATT7022B芯片介绍.10 3.3.2 电参数变换模块电路设计.143.3.3计量芯片的外部连接图.153.4 微处理器的选择和配置.173.4.1 微处理器的选择.173.4.2 PD78F0525的介绍.173.4.3电能脉冲采集和断路控制电路.183.5实时时钟电路设计.183.6 RS485的通讯协议.193.6.1 概述.193.6.2 协议.203.6.3 数据结构.203.6.4 波特率.203.6.5 接口电路.213.7存储电路设计.213.7.1FRAM存储.213.7.2 Flash接口电路.223.8 按键部分和显示部分.23第四章多 多功能三项电能表软件部分. .254.1电能表软件系统.254.2采集电能脉冲的过程.254.3 24C64的读写程序.274.4 总流程图.29第五章 总体成型可实现的功能.315.1 电能表可实现的功能.31结 论.32主要参考文献.34致 谢.35附 录.36第一章 引 言第一章 引 言1.1 多功能三项电能表的当前研究智能电表网络广泛应用于通信，网络和计算机等领域，在全社会得到了广泛的应用，它是全人类智慧的结晶，为人类社会的进步和发展做出了巨大的贡献，在日常生活中是不可或缺的，在人们的生活中随处可见。供电公司如何查看居民户的用电量，如何能正确的测量出该段的用电量，电能表，智能电网的终端设备，为供电公司提供了这样的一个平台，通过国际化的互联网，计算机，电表通过自身所具有的强大能力，将一些通讯技术将许多用户连接在一起，使他们能够融入到社会中，构成了一个非常广阔的服务空间，促进了全球一体化，充分的体现了电能表在其中所起的作用，所以电能表的应用领域非常广阔，具有远大的发展潜力和无限的美好前景。随着社会的进步与发展，现在的电能表与以前的电能表有很大的不同，而智能电能表就是现在电能表的一个典型的产物，世间所有的食物都不是一成不变的，所有的东西都处在发展提升的过程中，电能表也是一样，他也是在慢慢打改进，完善自身，与经济发展相同步，否则就会不再适应市场而被淘汰。但是，现在的智能电表还处于并将长期初级阶段，面对社会的需求还有这严峻的挑战，这就需要电力公司全面发展，提高自身的技术水平，努力研究，争取早日研究出功能更加强大，成本更低的新一代智能电表，为社会主义现代化建设做出贡献。1.2 多功能三项电能表的种类、用途及未来趋势1.2.1 多功能电能表的种类1、按功能分：1)有功电能表。2)无功电能表。3)最大需量表。4)费率电能表。5)多功能电能表。6)按照电能表的连接方式：有间接接入和直接接入两种方式；根据测量电路的不同又可分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表。7)根据接入电源的性质可分为：交流三项电能表和直流三项电能表。8)按使用的时间长短不一样，单相感应式电能表又可划分为普通型和长寿命技术电能表。 2、根据构造和工作的方式不同可分为：感应式电能表、电子式电能表。电子式电能表进一步又可分为全电子式电能表和机电脉冲式电能表。 3、根据精确度不一样可分为：普通级从0.2S3.0：0.2S，0.2，0.5S，0.5，1.0，2.0，3.0级，这是用于测量电能。精密级：0.01，0.05级，主要是校验普通级电能表的校验基准。1.2.2 多功能三项电能表的作用主要功能特点： （1）可以用来计量正、反向无功、有功电能和需量，各费率电能和需量；（2）可以编制四个计费方式，十天一次，五天一次，四个特殊时段和十二个节假日，可以计量四象限的无功电能； （3）可以用LCD来看电表数据，还能选择背光灯；（4）能够让参数轮显，低于32项的轮显参数、顺序和时间能自己随便设置；（5）能够测的三项电表的一些基本参数例如功率，功率因数，电压电流和频率有一些记录的功能，如记录停电来电，失流，失压，变成，清零，电压合格率，广播校时；（6）当断电的时候，可以红外抄表，而且还能通过按键和红外将电表唤醒；（7）通讯设备有RS485和红外通讯；（8）能够记下三项电压和电流历史检测数据的功能；（9）有问题时可以通过LED报警装置报警；（10）有相应的端口测试时钟域电能脉冲。1.2.3多功能三项电能表的发展趋势由于社会的进步与发展，使得电能表运用在越来越多的行业里面，电能表得到了许多人的认可，变得越来越流行了。电子式电能表由机械电能表转换而来，之后转变为智能型的电能表，在许多国家已经得到了广泛的应用，在我国也得到了运用，但是由于我国与发达国家还是有一定的差距，所以在电表的生产，配件，一些重要的元件和生产材料方面还有无法与发达国家相比的，从而导致了我国电能表在测量精度方面，在质量方面，在可靠性和通讯方面都有一定的不足，因此我国应该奋发图强，自主创新，制造一个我国独有的，功能强大的，测量准确的智能化电能表。目前，国家电网已经深入到了电能表的研发当中，是原来一些小的研发单位企业合成一体，加强了对于电能表的研发，使我国的电能表研发事业向更好的方向发展 。 2010年，我国提出了一个电能表的“五年计划”，预订在2015年之前制造2.4亿个智能电能表，并且得到安装和广泛的应用。曾经有个全球著名的市场调查机构派克咨询公司说过：在未来的20年内，全球的智能电能表将达到10亿太，而中国在亚洲的地位也将越发的重要了 因此，国家电网公司就高瞻远瞩，近年来明确的规定了智能电能表的一些规格，如外观的尺寸使能有四种款式，而颜色必须是同一的，对于内部结构，生产的配件，材料，一些内部的软件设计也都做了明确的规定，这样一来，就渐渐的统一规划了我国的智能电表的发展，非常有利于我国电能表在国际市场上的发展。由于智能化的电能表刚问世不是很久，在某些方面还是有很大的不足之处，这就需要我们不断的研究，探讨，从而不断的弥补电能表的不足之处，还有就是智能电能表的生产越来越集中化，规模越来越大，我想可以让虑智能电能表与用电信息采集系统实用化评价验收体系标准的研究和制定，随时分析不足之处，扬长避短，更快的填充不足。反正电能表的发展是一个非常漫长的过程，我们任重而道远，只有将电能表与用户电量信息采集技术相互融合，才能在市场上得到广阔的商机到现在为止，智能电能表还处于初级阶段，我们现在对其的研究还是不够深入，各种智能方面还没能完全的展现出来，想要达到真真正正的电表智能化，这就需要广大的用电用户，电能表研发企业，国家电网一起互动起来，不断探讨，这样智能电能表在电网中才有可能充分发挥出他的智能性。最后，我想我国在研发智能电能表的过程中需要注意一下几个方面：第一，智能电能表应该与直流电网，智能家电，直流电网和智能家居技术联系起来一起发展；第二，国家应该加大对电能表的监测力度，严格规定一些标准化的条文，将电能表的研发规范起来，能够实行软件和硬件平台的标准化；第三，应该建立一个平台，互相交流，共同探讨来攻克难题，研发新的东西；第四，广泛的在各个行业应用智能电能表，开发新的服务区；第五，将智能电能表完全的融入到社会信心话的网络当中，尽可能的为社会，为人民和他们的生活做出服务。第二章 多功能三项电能表测量原理第二章 多功能三项电能表测量原理2.1电参数和电能测量2.1.1有功功率的测量以及它的能量的计算电路中有两种器件，一个是储能元件比如电感L和电容C，还有一个就是耗能元件，比如电阻。在交流电路中，电感L和电容C在一个周期内，一半时间处于储能阶段，一半时间处于耗能阶段，所以平均来说，电感L和电容C的平均功率为0，而电阻上的电压和电流都是同向的，所以它的瞬时功率一直为正，它一直处于耗能的阶段，因此，设流过电阻的瞬时电压是u (t)，瞬间电流是i(t)，依据p( t )=u( t )*i (t)得到瞬时功率，在通过对时间T的积分和求导得到平均的功率： （2-1）对于离散采样系统可以用以下式子表示：（2-2）合项有功功率为2.1.2 无功功率的测量和能量的计算无功功率之所以能产生，是因为电容C和电感L的存在，使得交流电路中的电压和电流存在了相角的偏差，从而依据向量和产生了无功功率，具体的无功功率如何计量需要用到矢量电压U和矢量电流I的矢量计算，具体如下图所示。图电压和电流矢量角设U为电压的有效值，I为电流的有效值，是上图中的夹角，则单项的无功功率： （2-3）虽然是无功功率，但它会影响电路中的电流，对元件有所损害，可以用数字移项法和视在功率两种方法对其消除损害。2.1.3 视在功率的测量设Urms为电压有效值，Irms为电流有效值，S为视在功率那么： （2-4）各个项的视在功率为：（2-5）（2-6）（2-7） 三项合起来为： （2-8） 2.1.4 电压有效值的测量依据公式，电压有效值为： （2-9）变换后得到： （2-10）从而A相电压有效值为： （2-11）B项电压有效值为： （2-12）C项电压有效值为: (2-13)2.1.5 电流有效值的测量依据公式，电流有效值为： （2-14）变换后得到： （2-15）从而A项电流有效值为： （2-16）B项电流有效值为： （2-17）C项电流有效值为： （2-18）2.1.6 功率因素的测量功率因数能够反映一个元件对电能的利用率，功率因数高说明利用率高，功率因数低则利用率低，功率因数的大小要看视在功率和有功功率的比值了，具体公式如下： （2-19）第三章 多功能三项电能表硬件设计第三章多功能三项电能表硬件设计3.1硬件总体方案多功能三项电能表的总框图，包含电源逻辑板块和液晶显示板块,如图3-1所示。图3-1 电能表总框图电源板块部分有两个单元分别为计量单元和电源单元，其中计量单元用于采集电压电流信息，传输到计量芯片ATT7022B中经过一系列数模转换，将信息传送到逻辑板块，电源单元用来供电。逻辑板块包括CPU，通讯设备，存储设备，显示设备还有外部检测设备等，其中外部检测设备包含系统掉电检测，开盖检测，电池欠压监测，FLASH存储等，显示设备包括LCD显示屏，遥控器指示灯，按键电路，液晶驱动芯片等3.2电源电路设计电源单元是三相电能表的重要组成部分，这是由于电能表要求不间断的连续工作，而且计算和测量要求非常严格，电磁兼容要求也是很严格的，所以说是电能表的重要组成部分由于三相电能表各个板块所起到的功能不一样，对于一些信息的处理也不一样，这样他们对于用电的需求，对于抗干扰能力也就不一样了，而且各个电路之间也可能相互的影响，所以需要把它们进行分组，不过应该尽可能的减少一些元器件的使用和器件的大小，电路也不能过于复杂(1)用于电能计量单元电路的+5V直流电源为了能使不同相线的用户能够共用一组电源来测量电能，将电表的参考地端连到三相交流电源的中线N上，供电方式采用三相变压器直接将压整流和线性稳压的方法(2)还能当作+5V和+12V的直流电源以供应单片机上一些数据处理单元两组电源的参考端相同。供电方式都是用三相交流隔离变压器降压整流、线性稳压。为了提高系统的抗干扰能力还有安全可靠性，决定将三相电能表的数字电路系统的参考地端和金属外壳连接到使用地方的专用的接地线，电源转换电路如图3-2所示。图3-2 电源转换电路3.3 计量芯片部分设计新型集成芯片不仅精确度高，而且硬件软件设计简单、性价比高。ATT7022B是有ATT7022A改进过来的，他是在ATT7022A的基础上增加基波/谐波电能计量功能的高精度三相多功能专用计量芯片，这样就可以更适用于三相电能表/工业控制，电力测量等一些方面。3.3.1 ATT7022B芯片介绍ATT7022B是7022A的强化过来的，相比7022A他的精度更高，功能更加的齐全，是能够防窃电基波谐波的三项电表的计量芯片，能测量三项中的单项和三项的合项，其中包括基波、谐波、全波的有功功率，无功功率，视在功率，还有无功能量和有功能量，还能检测每一项的电压电流的有效值和功率因数角，频率等，全面体现了三相电能表对计量芯片的要求，还有基上包含参考电压全波，基波，谐波（谐波+基波）等电参数测量的数字信号电路。ATT7022B增益的范围是全数字域，还能够进行相位的校正，那就是纯软件校表。CF1和CF2是通过有功和无功电能脉冲输出的，可以供应瞬时有功、无功功率的一些信息，为了校正误差，能把CF1和CF2联通到标准表上。CF3和CF4是通过对基波有功和无功功率的测量得到的，他们能供应瞬时基波有功功率和无功功率的一些信息，能够直接对基波进行校正。顺便CF3和CF4也可以设定为RMS实在能量和PQS实在能量的脉冲输出ATT7022B可以用三路来进行电流信号的采取，还可以用三路进行电压信号的采取，此外还可以用一路其他防窃电参数和零线电流信号的采取，因此称其为集成六阶的ADC。所以，他非常的适用于于三项四线和三项三线。由于ATT7022B内部拥有电压检测电路，从而使得加电和断电时后计量器能够继续工作。为了和外部的单片机进行数据的输送，ATT7022B拥有一个SPI接口，所有的芯片都可以通过这个接口读出。3.3.1.1 ATT7022B的主要特点（1）ATT7022B有二十四位的高速度DSP，还有相当高精度的十六位ADC，相对于ATT7022A的六通道来说，ATT7022B有七个通道，当在（1000：1）的输入动态区间内时，非线性测量的精度在0.1%；（2）有功测量满足02S、05S，支持IEC 6205322、GB/T 178831998；（3）无功测量满足2级、3级，支持IEC 6205323、GB/T 178821999；（4）能值计算基波的电能，排除谐波的干扰，从而正确的计费。能够精确的检测谐波、基波的电能表和总电能；（5）为了保证输出电压或电流的有效值误差很低（低于0.5%），要求电流电路流过的电压有效值在2mV1V，而电压通道的有效值在10mV1V之间；（6）第七路ADC能够用于偷电和零线电流检测；（7）还能设定三相电能表的一些参数，还有起动电流的大小；（8）能够检测是否失压，能通过反向的功率用来显出；（9）能提供视在无功、视在功校表的脉冲输出；（10）能够选择三项能量和和三项代数和；（11）有二十一次的谐波和无功，有功，视在功率能精确的测出； （12）可以挑选使用三项四线还是三线的模式；（13）能够非线性补偿相位，小电流和增益的；（14）外部的电路很简单，而且电流和电压的信号都是通过差动来输入的为了与其他处理器或者其他器件通讯，还设有SPI接口；（15）电表外部连接到器件并不复杂，电压电流信号的输入方式都是采用差动的方式；（16）为了免于输入的失真，还提供了一个外部交流输入信号的直流偏置电压为2.45V的基准电压。3.3.1.2 内部结构SPI通讯接口，DSP，参考电压，电源管理，时钟控制电路，模拟信号采样，脉冲生成器七大板块共同组成了ATT7022B，是由一个+5V供电的，电源管理电路可对模拟电源随时都查看，电源电压低到4V上下5%的时候ATT7022B会自动能的附会，以方便检查电路掉电和上电的时候，芯片能够正常的启动、工作，ATT7022B是由44引脚QFP封装的。计量芯片ATT7022B的内部构造如图3-3所示。图3-3 ATT7022B的内部结构图3.3.1.3 引脚功能ATT7022B采用了102个寄存器翻，用QFP44封装，他又44个引脚，具体如下表3-1：表3-1 ATT7022B的部分引脚功能引脚标识特性功能描述1RESET输入复位管脚，低电平有效2SIG输出ATT7022B上电复位或者异常原因重新启动时，SIG将变为低电平。当外部MCU通过SPI写入校表数据后，SIG将立即变为高电平。3,4V1P/V1N输入A、B、C相电流信道正，负模拟输入引脚6,7V3P/V3N9,10V5P/V5N13,14V2P/V2N输入A、B、C相电压信道的正、负模拟输入引脚16,17V4P/V4N19,20V6P/V6N21,22V7P/V7N输入第七路ADC的正、负模拟输入引脚36SCLK输入SPI串行时钟输入，上升沿放数据，下降沿取数据37DIN输入SPI串行数据输入38DOUT输出SPI串行数据输出3.3.1.4 ATT7022B的工作原理接收到外部来到电压电流信号后，在DSP中将其做乘法运算，然后对时间t进行积分，变成电能信号，再依据三项电能能量相加的公式将三项的电能做代数相加或者是绝对值相加，然后把相加的结果转换成频率信号，按照当前规定将其分频后就可以得到电能脉冲的输出信号，用来校表。在DSP中得到无功瞬时功率，再对t积分以后变成了无功电能信号，之后就变成了无功电能脉冲信号。同样无功，基波，谐波还有脉宽，周期也都是依据三项电能能量相加的公式将三项的电能做代数相加或者是绝对值相加，把得数变换成电能脉冲的输出信号，并照当前规定将其分频后就可以得到电能脉冲的输出信号，用来校表。3.3.2电参数变换模块电路设计综合来讲，电参数变换模块有如下作用：（1）ATT7022B能够正常工作是有一个范围条件的，差分输入引脚之间的的电压有一个范围的要求，如果能够把带测量的信号转变成该计量芯片要求的条件范围，那么ATT7022B测量起来就会非常的准确了，所以要求电量变换模块能够将需要的电流，电压值变成最适合的一个数值，使其能够在ATT7022B的最好工作范围内。（2）还有一部分要考虑的是为了此次设计系统的可靠性，为了保护后面电路的一些重要芯片和元器件，必须把电能数据处理模块和被测现场的较大的电压和电流进行电气式的分离。这次三相电能表的额定电压是220V，额定电流是1.5A，但是电压和电流值太大，是不能够进入到ATT7022B中的，所以要把他们转换成小的电压和电流，这就需要电压互感器和电流互感器，但是通过电压电流互感器后，虽然精度非常高，但是相角会发生变换的，测量会发生很大的误差的，所以，使用电阻分压法，将其变成小的电压和电流，但是是相角是不会变的，从而流入ATT7022B，得出正确的数值。 ATT7022B所需的三项电压信号和电流信号数值一样，相角互差120度，所以拿A相来举例。零线接地，用C111,C112,R111R118构成电压采样电路，其总R111R118构成了高精密的电阻网络，C111和C112是能够滤波的电容，下图3-4所示。R111R118是25ppm误差的高稳定精密电阻，以保证测量的准确度。图3-4 电压采样电路电流信号在电流互感器后，通过电流采样，将1.5A的大电流变成小电流，然后输送到计量芯片所对应的电流通道引脚。还是用A相举个例子，C101,C102和R101R106组成了电流采样电路，通过相差，然后输送进去，其余两项一样。具体下图3-5所示。图3-5 电流采样电路使用者可以修改ATT7022B所提供数字校准中的校准命令字中的相，当电压和电流的采样信息输送到电路是，可以进行相应的校准。3.3.3 计量芯片的外部连接图ATT7022B的外部接线如图3-6所示。图3-6 ATT7022B的外部接线图3.4 微处理器的选择和配置3.4.1 微处理器的选择三项多功能电能表微处理器的选取要考虑一下几个必要的需求：（1）必须有很多的I/O接口，因为微处理器要连接的外部芯片非常多；（2）电表里面必须有低功耗的点出，因为需要红外抄表，而且有时停电的时候也是需要查看电表当前用电量等一些数据的，那么电表就应该具有低功耗模式；（3）由于电表功能需要齐全，工作量很大，选取的时候必须拥有到足够的程序空间；（4）微处理器还应该拥有不少的I/O接口和I2C接口，因为微处理器的负荷曲线存储卡之间的通信，通讯电路RS485和微处理器的管理和计量管理都需要多个I/O接口和I2C接口；（5）微处理器必须拥有全面功能的定时/计数器，也得考虑终端资源。3.4.2 PD78F0525的介绍NEC单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分，它由如下功能器件组成，即微处理器（CPU），数据存储器（RAM），程序存储器（ROM），缓冲RAM，上电清零（POC）电路和低电压检测器（LVI），看门狗定时器，乘法器/除法器（16位16位,32位/16位），按键中断功能，时钟输出/蜂鸣器输出控制器，I/O端口：71（N-ch漏极开路：4），定时器：8通道（16位定时器/事件计数器：2通道，8位定时器/事件计数器：2通道，8位定时器：2通道，钟表定时器：1通道，看门狗定时器：1通道）。结构框图如3-7所示。图3-7 PD78F05253.4.3 电能脉冲采集和断路控制电路PD78F0525在对计量部分送过来的信号采样时，以八个为一队，经过译码和数据缓冲将信号送到PO口上。处理器把刚收集到的信息和前面一次保存的信心进行对比，如果电平变了，那么就受到一个脉冲。如果某一个单位跳闸，那么总线送到相对应的74HC377上，还是八个为一队输送，每一个用来决定一个单位的通与断。处理器循环一周时间的大约为2ms，能够确保二十四个单位读表的准确性。3.5实时时钟电路设计实时钟通常也被称为实时时钟,现在应用的方面越来越多，之所以能够在计时的场合得到极大的运用，是由于它能够向电子电路提供例如秒，年限，月期，日期，小时，分钟等日期和时间信息。还有各种事件的记录，许多实时钟电路还提供电池供电的方式，这样在发生掉电时仍能准确计时。在液晶显示和通讯方面也得到了应用。还有一些功能比较强大的时钟电路，他们不仅能有高精度要求的校准存储器，还有Watchdog和报警一些额外的功能。而EPSON公司就有一种非常适合于此次设计的芯片，那就是RX-8025，他是一种I2C总线接口方式的能够准确计时的芯片，其具有高达32.768KHZ精度的水晶振子的I2C总线接口方式的实时计时器，此外配有两个系统的闹钟和六个中端，当数据有效，则振动，无效者停止振动，还有可以对时钟进行任意精度调整的功能，还可以检测和监测电源的电压的功能，此外，由于内部的震荡贿赂是用固定的电压来驱动的，所以一近乎32.768KHZ时钟输出，本产采用表贴封装的形式，而且产品种类很多。VBATRX-8025和PD7F0525的连接如图3-8所示。 P3.1 PD78F0525 P3.0 INTIVDDSCLSDA RX8025INTA GND图3-8 RX-8025和PD78F0525的连接3.6 RS485的通讯协议3.6.1 概述基于RS485，单元可以利用PC/PLC读取变频器的工作状态，能发送变频器的工作参数和对运行命令的设定来达到集中监控的作用，以满足单元特殊的需求，这个标准是由C320提供的。3.6.2 协议由于串行接口需要很强的噪声抗干扰能力和长途的传输和多站能力的需求，所以RS-485是不二的人选。RS485接口都是用的屏蔽双绞线传送的，这是由于它是组成半双工网络的一部分，并且只需要两根线。RS485采用DB-9针与键盘连接的接口相连，RS485接口的连接器用的是DB-9的9芯插头座，RS485用DB-9孔和智能终端相连接。RS-485所具有的电气特性：当两线之间的电压差距为正的2-6V时，那么逻辑信号为“1”；反之，如果两个线之间的电压差距是负的2-6V时，逻辑信号为“0”当接口的信号电平低于RS-232-C时，那么他就能够和TTL电平相互兼容，可与TTL电路串通了，同时也不会损坏接口电路的芯片。RS485之所以能够有较强的抗共模干扰能力，也就是抗噪声能力强，这是由于他采用的是平衡驱动和差分接收的组合。10Mbps是RS-485最高限量的数据传送速度。RS-485在许多方面强于RS-232-C，如RS-485在总线上的接口可以连接近130个收发器，而RS-232-C只能够连接一个收发器，也就是单站能力。既然RS-485能够连接这么多的接收器，那么这就方便用户可以组成一个网络单元。另外RS-485最大传输距离标准值是4000英尺，但事实只能是3000米，这是因为理论上的极限距离仅为1200米左右。3.6.3 数据结构数据传输有三个格式：（1）八位数据位，一位起始位、一位停止位、奇校验。（2）八位数据位、一位起始位、一位停止位、无校验。（3）八位数据位、一位起始位、一位停止位、偶校验。3.6.4 波特率五种波特率可选：1200bps、2400 bps、4800 bps、9600 bps、19200 bps。3.6.5 接口电路接口电路如图3-9所示：图3-9 接口电路3.7存储电路设计3.7.1 FRAM存储RAM的功能比较齐全，但不是非易失性存储器，ROM为非易失性存储器，但功能能不足，而FRAM就是这两者个结合体，综合了所有的优势，为非易失性的RAM，所此次设计采用FRAM。其实铁电存储还是有自己的一些独到之处，相比较其他的半导体来说。一般的半导体的存储器可以划分为两种，一种是非易失性的存储器，一种是易失性的存储器，而静态存储器和动态存储器又构成了易失性存储器，但是他有一个缺点就是断电的时候不会保存记录的东西。虽然RAM用起来方便，功能特性不错，但是同样具有有上述的缺点，掉电时失去记录的内容。 非易失性的概念就是即使掉电，记录的东西仍会保留下来，正是由于他的这种优势，因此在很多领域得到了广泛的应用。而且他还能提升计算机的运行速度，提升开机的速度，大大提高存储空间。典型的例子就是闪存存储器，无论是否掉电，上面的内容都不会消失，他拥有所有非易失性存储器的优势，在比较低的电压下就能够重复编程，能够点可擦除，而且他的市场价格也不高，密度也很大；还有一种就是相变存储器，他也是一种非易失性的存储器，正是由于它具有掉电后数据不丢失的特点，成功代替了计算机内部原有的随机存取存储器。但是，正是由于断电后数据不会丢失的特点，某人在计算机上输入的一些个人信息在断电后能回保留下来，但是并不能给个人信息进行加密，这样就使个人的信息流失，带来一些不必要的麻烦，同而使得某些犯罪分子有利可图。FM24C64是Romtron公司推出的采用I2C总线接口的铁电存储器，24C64提供65536个位，它们是以字节方式进行组织的。通过设置不同的地址，可以实现多达8个芯片共享两线总线。它被广泛应用于工业、化工等需要低功耗与低电压的领域。同时，它还提供诸如4.5V5.5V、2.7V5.5V、2.5V5.5V与1.8V5.5V各种工作电压范围的芯片，从而使其应用更加通用。24C64的引脚定义：串行时钟（SCL）：SCL为“1”时，数据存入芯片，SCL为“0”，数据读出芯片。串行数据（SDA）：据有双向数据传输的作用。因为他的引脚为漏极开路的驱动，所以必须有上拉电阻。设备地址（A2，A1，A0）：A2A0为设定元件地址的引脚，选择联通高或者是低来设定地址，或者是悬空也可以。当设定的地址不一样时，一条总线上可以连接八个或八个以上的芯片。当在引脚不接任何单元的时候，可以认定为“零”。写保护（WP）：当此引脚接到GND上时，允许正常的写操作。当WP接到VCC时，所有的写操作都是被禁止的。如果悬空，则WP在内部被拉到GND。3.7.2 Flash接口电路本设计采用AT45DB321B,AT45DB321B是一款2.7V，许多数字语音，程序代码，图像，数据存储都用应用到了AT45DB321B。AT45DB321B可以应用于高速操作，还能RapidS串行接口。RapidS串行接口和SPI不冲突。AT45DB321B拥有34,603,008位的存储量，最高频率可达66MHz，有8,192页的组织形式，每张组织形式有512或528页。为了降低切换噪音，尽可能的减少引脚数量，缩小封装的尺寸，并适合硬件的分配，有必要采用简单顺序访问机制。AT45DB321B不仅包含主存储器，还拥有两个512/528字节的SRAM缓冲区。在缓冲区，可以写不间断的数据串时，也可以当主存储器页面再一次编程的时候接收数据。依靠简单的“读-改-写”三个动作，以达到EEPROM的仿真。数据FLASH并不像以前FLASH存储器一样依靠并行接口，服用总线来随机存取，而是直接依靠RapidS串行接口顺序查看数据。许多的用于商业和工业的FLASH，要求引脚的数目低，消耗低，电压低，容量非常高，那么AT45DB321B非常适用。AT45DB321B不用很高的输入电压就可以轻松的实现在系统中重复编程，仅在2.7V-3.6V的电压范围内，AT45DB321B就可以正常的实行读取和编程等一些操作。串行时钟，串行输入，串行输出共同构成了3-wire，AT45DB321D想通过3-wire的接口进行访问，得通过片选引脚（/cs）使能。自时序是擦除和编程周期的规范。3.8 按键部分和显示部分当显示器用于单片机时，通常以动态扫描显示和静态显示两种形式出现。在这里就先介绍静态显示，由于每个显示器为了笔划段字形代码都一对一的连接一个有所存功能的I/O接口，这样一来，处理器直接把字形的代码发到I/O口就可以，如果想要更新数据，那么再用同样的方法发字形代码，只此一来，单片机花的钱就少了，就能供应更多的I/O口电路了，我以常用的是74LS164为LED数码管的驱动器，P1.0作为数据输出线，P1.1作为移位时钟脉冲。74L164能串行输入，并行输出，他还是TTL单向八位移寄存器。A和B两个串行数据输入端依照逻辑和运算输入信号，当合为一个信号时，CLK当作输入端，可连接到串行口的P1.1。时钟信号累加，当加到CLK的时候，移位寄存器变动一个位，来回八次，这时八个二进制数都存储了74LS164里面，MR起的是复位的作用，MR为“1”的时候，时钟脉冲有效，为“0”的时候移位寄存器全部清零。LED显示器上的a,b,c,d,e,f,g,h相对应的接在Q1,Q2,Q3,Q4,Q5