【本科优秀毕业设计】单相电子式电能表设计

毕业设计论文题目单相电子式电能表设计摘要该系统主要由显示模块、键盘模块、时钟模块、存储模块、通讯模块、CPU模块、CS5460A电能表芯片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2MA/2MA的电流互感器和5A/25MA电流互感器和精密电阻实现对市电的转换，并采用RC滤波网络滤波,然后采用由美国CRYSTAL公司的新型电能计量芯片CS5460芯片实现对电流、电压和电能的测量与转换；时钟模块采用DS1302时钟芯片为系统提供时钟基准，存储模块采用AT24C16，为系统提供数据存储；显示模块用OCMJ4X8CM液晶，通信模块采用MAX232芯片，并利用AT89S52组成的CPU模块控制所有芯片的工作、测量、计算电能，送往显示模块和存储模块进行实时显示和存储，并通过标准232接口送往PC上位机进行同步显示，并且本电能表还设有GPIB地址，以便于电能管理系统对电能的管理。关键字CS5460A；AT89S52；232通讯；OCMJ4X8CM；ABSTRACTTHISSYSTEMISMAINLYREVEALEDTHEMODULE,KEYBOARDMODULE,CLOCKMODULE,STOREMODULE,COMMUNICATEMODULE,CPUMODULE,CS5460AELECTRICENERGYMETERCHIPMODULEANDFRONTCIRCUITLOOKAFTERTHEPARTOFTHEMODULETOMAKEUPTHEFRONTCIRCUITRECUPERATESTHEMODULEANDADOPTSELECTRICCURRENTMUTUALINDUCTORAND5A/25MAELECTRICCURRENTMUTUALINDUCTORANDACCURATERESISTANCEOF2MA/2MATOREALIZETHECONVERSIONOFTHECITYELECTRICITY,ANDADOPTRCTOSTRAINTHEWAVENETWORKANDSTRAINTHEWAVE,THENADOPTMEASURECHIP,CS5460OFCHIP,REALIZETOELECTRICCURRENT,VOLTAGE,MEASUREMENTANDCONVERSIONOFELECTRICENERGYBYNEWELECTRICENERGYOFCOMPANY,CRYSTALOFUSATHECLOCKMODULEADOPTSDLS1302CLOCKCHIPTOOFFERTHECLOCKBASISFORSYSTEM,STORESTHEMODULEANDADOPTSAT24C16,OFFERTHEDATAFORSYSTEMTOSTOREREVEALTHEMODULEUSESOCMJ4X8CMLIQUIDCRYSTAL,THECOMMUNICATIONMODULEADOPTSMAX232CHIP,ANDUTILIZECPUMODULETHATAT89S52MAKESUPTOCONTROLTHEWORKOFALLCHIPSMEASURE,CALCULATEELECTRICENERGY,SENDTOISSHOWNTHEMODULEANDSTORESTHEMODULEANDPAYSREVEALINGANDSTORINGINREALTIME,SENDPCTOLOCATIONPLANEGOONREVEALANDTHISELECTRICENERGYMETERHAVEGPIBADDRESSALSOSYNCHRONOUSLYTHROUGHSTANDARD232INTERFACE,SOTHATTHECONTROLOVERELECTRICENERGYOFADMINISTRATIVESYSTEMOFELECTRICENERGYKEYWORDSCS5460AAT89S52232COMMUNICATIONOCMJ4X8C；目录摘要IABSTRACTI第1章综述1第2章总体方案设计221设计要求222系统的基本方案223电能计量部分224CS5460A概述325其他模块部分5第3章系统硬件设计与实现831直流稳压电源的设计832前端电路调理模块的设计833电能表测量模块的设计934通讯模块的设计1036液晶显示的设计11第4章系统软件设计1241主程序流程图1242系统初始化子程序1243系统子程序模块12第5章系统调试1451软、硬件调试1452功能测试1553系统整体电路图1654误差分析及改进措施18总结18参考文献19致谢辞20第1章综述11电能表的发展概况作为测量电能的专用仪表电能表,自诞生至今已有100多年的历史。随着电力系统及其相关产业的发展以及电能管理系统的不断完善,电能表的结构和性能也经历了不断更新、优化的发展过程由最初的感应电能表,发展到后来的感应系脉冲电能表,直至现在的纯电子式电能表。感应系电能表是利用处于交变磁场的金属圆盘中的感应电流与有关磁场形成力的原理制成的。感应系脉冲电能表仍采用感应系电能表的测量机构作为工作元件,由光电传感器完成电能脉冲转换,然后经电子电路对脉冲进行处理,从而实现对电能的测量。纯电子式电能表的原理是采用电子电路来实现电能计量,所以电子式电能表的共同特点是采用乘法器,根据所依托的乘法器为模拟的还是数字的分为模拟乘法器型电子电能表和数字乘法器型电子电能表。随着电能管理的现代化,需要访问电能表很多信息,同时决策还要与电能表进行双向通讯,由于数字乘法器型电能表是以微处理器为核心,所以功能容易扩展,易和配电自动化系统集成,因此本文设计了一种基于电能计量芯片CS5460A的电子式电能表,CS5460A是一种带有串行接口的单相双向功率电能集成电路芯片,极易与微处理器连接。12设计概况本设计在参阅了大量前人设计的电子式电能表的基础上，利用单片机技术结合电能表芯片CS5460A构建了一个单相电子式电能表。本文首先简要介绍了设计电能表的主要功能以及系统的总体方案，然后详细介绍了单相电子式电能表的设计流程，以及硬件系统和软件系统的设计，并给出了硬件电路的设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选择以及方案的可行性分析等。第2章总体方案设计21设计功能要求设计制作一只交流电能表表，设计的主要要求如下（1）该交流电能表能实现对单相交流电能的测量；（2）电表参数额定电压220V,额定电流5A,最大电流10A，最大计度容量9999999KWH；（4）能测量并显示当前的功率、电压和电流的有效值；（5）显示当前日期和时间，具有分时计量功能；（6）可以与PC机进行串行通信，并可用键盘控制，便于操作；（7）电量脉冲输出；（8）停电不丢失电能数据；22系统的基本方案该系统主要由显示模块、通讯模块、键盘控制模块、MCU模块、电能表芯片CS5460模块、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11的电流型电压互感器，电流模块采用变比20001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CIRRUSLOGIC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转换后将电压、电流、功率、电能等信号传给单片机AT89S52，AT89S52组成的MCU模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OCMJ4X8CM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，时钟模块采用DLS1302芯片，为电能表提供时间基准，为实现多费率打下基础，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，还可以实现电力系统参数的实时记录，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21所示23电能计量部分方案一采用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，用于研制开发单相2线或3线电表。CS5460A可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EEPROM中读取校准数据和启动指令。使用该模式时，CS5460A工作时不需要外加微控制器，因此当电表用于大批量住宅电能测量时，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。24CS5460A概述241基本结构及功能CS5460A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向串行接口一个电能、脉冲变换器一个校准用SRAM电流型电压互感器电压信号电流互感器电流信号流/压变换电路CS5460AT89S52KEYLCDPC机图21多功能电能表硬件框图DS1302AT24C16242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25V基准（60106/OC）,单电源5V或双向25V10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01；（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；（13）电能数据线性度在10001动态范围内线性度为01；（14）功率消耗12MW；（15）电源配置VA5V,VA0VVD3V5V或VA25V,VA25VVD3V图22CS5460内部结构图243操作时序CS5460A串行口包括4条控制线串行时钟（SCLK）、串行数据输入（SDI）、串行数据输出（SDO）和片选（CS），器读写时序如图23所示CS5460A的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的上升沿解释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SDO脚上的寄存器内容的转移（从高位开始）。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）。同样，数据寄存器读出允许采用“命令链”。因此读寄存器时，微控制器可同时发送新指令，新指令将被立即执行，并可能终止读操作。例如，命令字送入状态机读取某一输出寄存器，进行了16个连续的读图23CS5460A操作时序图数据串行时钟脉冲后，执行写命令字（如状态寄存器清零命令），数据从SDI引脚输入，同时剩下的8位读出数据被传送到SDO引脚。又如，用户仅需从读操作中获取16位有效位时，可在SDO读出8位数据后从SDI输入第二个读命令。在读周期，当从SDO引脚输出数据时，必须用SYNC0指令（NOP）使SDI引脚处于选通态。25其他模块部分251前端调理电路部分方案一采用电阻网络分压、分流的方式将大电压、大电流转换成CS5460A能接收的电压信号，该方案电路复杂，难于调试，精度低，且不能实现芯片与电网的隔离，故不采用。方案二采用电流互感器与精密电阻网络组成调理电路，将电压和电流转换为芯片可以就收的电压信号。该方案设计简单，精度高，且实现了芯片与电网的隔离，保证了芯片的安全，故本设计采用此方案。252主控芯片电子式多功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等。本系统采用AT89S52单片机实现，AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，具有双工UART串行通道，可实现ISP在线编程功能，内部集成了看门狗定时器、双数据指针、全新的加密运算，使程序的保密性增强，兼容性强，软硬件调试方便。内部RAM和ROM可满足逻辑控制和算数运算。因此，使用该MCU作为主控芯片可以方便的设计电路。253显示部分由于本设计显示的参数较多，显示部分采用OCMJ4X8C液晶。OCMJ4X8C液晶示模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。提供三种控制接口，分别8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口（OCMJ4X16A/B无串行接口）。所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。内置2M位中文字型ROMCGROM总共提供8192个中文字型16X16点阵，16K位半宽字型ROMHCGROM总共提供126个符号字型16X8点阵，64X16位字型产生RAMCGRAM，另外绘图显示画面提供一个64X256点的绘图区域（GDRAM），可以和文字画面混和显示。提供多功能指令画面清除（DISPLAYCLEAR）、光标归位（RETURNHOME）、显示打开/关闭（DISPLAYON/OFF）、光标显示/隐藏（CURSORON/OFF）、显示字符闪烁（DISPLAYCHARACTERBLINK）、光标移位（CURSORSHIFT）、显示移位（DISPLAYSHIFT）、垂直画面卷动（VERTICALLINESCROLL）、反白显示（BY_LINEREVERSEDISPLAY）、待命模式（STANDBYMODE）。主要参数1、工作电压VDD4555V2、逻辑电平2755V3、LCD驱动电压VO07V4、工作温度TA055常温/2075（宽温）保存温度TSTG1065常温/3085宽温本液晶不仅可以显示汉字，而且可以显示多行，可以同时显示多测量量，便于观看和读取；还可以串行通信，占用I/O口少，便于控制。254通信模块同步通信占用的资源较多，而且需要外部时钟提供同步信号以提高接受数据的准确性，外围电路比较复杂，传输中出现错误，则成批数据报废，而异步通信外围电路简单，传输速度快。所以我们采用串口异步通信。使用RS232C做接口标准的通讯模块，传输速率为20KBPS,在15M范围之内，可进行有效通讯，而且可直接和PC机相接，有利于进一步的功能扩展，使用也比较方便。由于89S52单片机输入、输出电平为TTL电平,而PC机配置的是RS232C标准串行接口,两者的电气规范不一致,单片机中的信号电平是TTL型的,而RS232C采用负逻辑，为了完成与RS232C通信总线数据通信的功能,必须进行电平转换。两种电平转换电路通常是由专用电平转换芯片MAX232来实现的,可实现RS232C与TTL电平的转换。255时钟模块时钟模块采用DALLAS公司推出的DS1302。它内部含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟/日历电路提供秒分、时、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式，。DS1302与单片机之间能简单图241302管脚图地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线1RES复位，2I/O数据线，3SCLK串行时钟时钟，RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信，DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1MW，DS1302是由DS1202改进而来增加了以下的特性，双电源管脚用于主电源和备份电源供应，VCC1为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器，它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域，其管脚功能图如图24所示。256存储部分存储部分采用AT24C16存储芯片，其具有以下特性特性与400KHZI2C总线兼容18到60伏工作电压范围低功耗CMOS技术写保护功能当WP为高电平时进入写保护状态页写缓冲器自定时擦写周期1,000,000编程/擦除周期图25AT24C16引脚图可保存数据100年8脚DIPSOIC或TSSOP封装温度范围商业级工业级和汽车级AT24C16支持C总线数据传送协议,I2C总线协议规定,任何将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,数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的,主器件和从器件都可以作为发送器或接收器,但由主器件控制传送数据发送或接收的模式。由于其控制引脚较少，占用单片机口线较少，在少量数据存储中有非常大优势，因为在本设计中，我们只需将校表数据及少量的电能数据存储其中，以做到系统掉电时不丢失数据，免除每次开机时的校表过程，故选用控制引脚简洁的AT24C16将非常的合适。第3章系统硬件设计与实现31直流稳压电源的设计电源电路是整个系统能稳定工作的前提和关键，系统中的各个单元电路都需要使用直流电源供电，本设计采用自制电源供电方式，将220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路整流和滤波，在固定式三端稳压器的两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过W7805的稳压和电容的频率补偿，便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。自制电源原理如图31所示FF图315V直流电源的设计32前端电路调理模块的设计321电压调理部分对于系统的前端电压调理部分，我们采用变比为2MA/2MA的电流互感器和高精度电阻作为输入电路部分电路如图22所示。系统设计采用220V的市电电压输入，首先外接RX110K电阻得到2MA的电流，然后通过变比为2MA/2MA的互感器，然后在二次侧连接1个125的定值电阻得到所需的输入电压，可以为CS5460A提供电压信号，不超出芯片的测量范围。当然电阻R2值可以根据不同的电压来调整。并加入RC滤波网络对信号初步滤波，并加入放抖动电容保护芯片。322电流调理部分电流调理部分采用变比20001的电流互感器，然后经一精密电阻将电流信号转变成电压信号。并加入RC滤波网络对信号初步滤波，并加入放抖动电容保护芯片。经变换后的补测信号以差模电压的形式接到CS5460A的模拟信号输入端。由于互感器角差的影响，可能造成输入信号的相移，使功率测量的误差增大。而CS5460A具有相位补偿功能（可进行24至25的相位补偿，步进034），可以大大减小互感器角差的影响。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE18JAN2010SHEETOFFILEFBACKUPOF1DDBDRAWNBYL1L2R101KR111KR81KR91KCTIINIINL3L4R51KR61KR31KR41KCTVINVINR1110KNLC6103C7103C9103C10103C11103C8103R730R2662MA/2MA5A/25MA图22前端调理电路。33电能测量模块的设计经调理电路调理的电压信号、电流信号通过IIN、IIN、VIN、VIN接口送入电能表芯片CS5460，芯片经放大、滤波、采样、计算，计算出瞬时功率，并根据周期计数寄存器内设定的计数周期计算出电能值、电流有效值、电压有效值，并将其存入相应的寄存器中，然后单片机通过与芯片通信将相应寄存器中的电能值、电压有效值、电流有效值读出，并送予液晶显示。CS5460也可将电能转化成与电能成正比的脉冲，由EOUT口输出，以便于电能表的检定。CS5460与单片机的连接图如图32所示34通讯模块的设计MAX232是德州仪器公司TI推出的一款兼容RS232C标准的芯片。MAX232芯片起电平转换的功能,使单片机的TTL电平与PC的RS232C电平达到123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE14JAN2010SHEETOFFILEIBACKUPOF1DDBDRAWNBYP101P112P123P134P145P156P167P178RST9RXD/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119VSS20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U4AT89S52VCCVCCY1110592MHZC130PC230PP11P12P13P16P17RSTRXTXINT0INT1T0T1WRRDP20P21XTAL2P22XTAL1P23P24P25P2651P27PSENALEP07P06P05P04P03P02P01P00XOUT1CPUCLK2VD3DGND4SCLK5SDO6CS7NC8VIN9VIN10VREFOUT11REFIN12VA13VA14IIN15IIN16PFMON17NC18RESET19INT20EOUT21EDIR22SDIXIN24CS546023CS5460Y24096MC4104VCCVCCC5104P11P12INT1P13VINVINIINIIN匹配。串口通信的RS232C接口采用9针串口DB9,串口传输数据只要将两个串口的“发送数据”与“接收数据”交叉连接，再加上信号地线就能实现。串口通信又分查询和中断两种方式，在本系统中，通讯数据不固定，数据量大，所以采用中断方式进行通讯,具体电路图33所示图32CS5460A与单片机连接图图33通讯模块硬件接线图在设计中,使用的是12MHZ晶振，以定时器T1的方式1制定波特率，此时定时器T1相当于一个16位的计数器,其波特率计算公式如下123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE18JAN2010SHEETOFFILEFBACKUPOF1DDBDRAWNBYVCC16GND15T1OUT14R1IN13R1OUT12T1IN11T2IN10R2OUT9C11V2C13C24C25V6T2OUT7R2IN8U2MAX232C51UFC71UFGNDC41UF162738495J5UARTDB93DB92DB92DB93C8104GNDRXTXVCCVC6P101P112P123P134P145P156P167P178RST9RXD/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119VSS20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U4AT89S52VCCVCCY1110592MHZC130PC230PP11P12P13P16P17RSTRXTXINT0INT1T0T1WRRDP20P21XTAL2P22XTALP23P24P25P26MCUP27PSENALEP07P06P05P04P03P02P01P00123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE14JAN2010SHEETOFFILEGBACKUPOF1DDBDRAWNBYS1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBR2110KR2210KR2310KR2410KP24P25P26P27方式1的波特率定时器T1的溢出率（1）32SMOD定时器T1的溢出率计算公式为定时器T1的溢出率（2）初值16OSCF35液晶显示的设计本设计采用液晶的串行接口，单片机通过液晶的串行口SIO向液晶寄存器写命令，进而实现对液晶显示的控制。其与单片机的连接图如图34123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE18JAN2010SHEETOFFILEFBACKUPOF1DDBDRAWNBYP101P112P123P134P145P156P167P178RST9RXD/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119VSS20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U4AT89S52VCCVCCP11P12P13P16P17RSTRXTXINT0INT1T0T1WRRDP20P21XTAL2P22XTALP23P24P25P26MCUP27PSENALEP07P06P05P04P03VCCBLK0BLA1RSET2NC3PSB4NC5D76D67D58D49D310D211D112D013RS14R/W15E16VO17VSS18VDD1920202121CS22SDI23SCLK24MOCJ4X8CMYJCOMPONENT_1GNDGNDVCCGND图34显示电路表21串行模式引脚说明引脚名称方向说明引脚名称方向说明1VSSGND0V5SDIIDATA2VDDVCC3/5V6CSIENABLESIGNAL3PSB0串行；1并行7BLK背光源负极（0V）4SCLKI串行时钟8BLA背光源正极5V36键盘的设计键盘用四个按键和四个下拉电阻构成简单的键盘，四个按键分别与单片机的平P24、P25、P26、P27口连接，当键盘被按下后相应口被拉低为低电平，进而实现对单片机的控制。连接图如图35图35键盘第4章系统软件设计在单片机测量系统中，软件的重要性与硬件同等重要。硬件是躯体，软件是灵魂，但系统的硬件电路确定之后，系统的主要功能还要靠软件来实现，而且软件的设计很大程度上决定了系统的性能。本系统的软件设计是在KEILULINK的软件环境下采用C语言编程和调试的，KEIL系列软件具有良好的调试界面，优秀的编译效果，丰富的使用资料，应用十分广泛，而C语言功能丰富，表达能力强，目标程序效率高，可移植性好，即具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点，两者的完美结合，很好的实现了软件功能。41主流程图为了实现电能表的功能,软件可划分为功能操作模块及系统参数自校正模块。系统功能操作模块的主要功能为为系统与操作人员之间提供友好的交互界面,对系统进行有效的管理。因此该功能模块为该电能表的核心部分。其工作流程图如图41所示。其中系统参数包括波特率、电能常数等,相应的初始化流程包括初始化GPIB地址及波特率,初始化系统电能常数,初始化电流偏置系数,初始化电压偏置系数,初始化功率系数。设置GPIB地址对于单个的电能表没有意义,该电能表用于电能管理系统中时,GPIB地址特别重要,是本电能表区别于其他电能表的标志。系统参数自校正模块主要对该表的系统参数自校正提供一个管理界面,用户可以通过该功能模块对该表的电压、电流、功率等参数进行校正,并把校正后的数据保存。主功能管理模块主要包括电能检定功能模块、电量测量功能模块、背景光开关功能模块、系统参数设置模块及日历时钟显示功能模块。其中电能检定功能模块主要用于送检,处于该状态时,电表把所测电能通过脉冲口输出,以便和标准表比较。42系统初始化系统开始运行后，初始化程序将采集数据存放单元清0，将液晶显示数据存放单元清0,设置串口通信波特率为9600BIT/S，并设置中断向量，初始化由边沿触发的外部中断0。43系统子程序模块431系统参数自校正模块系统参数自校正模块主要对该表的系统参数自校正提供一个管理界面,用户可以通过该功能模块对该表的电压、电流、功率等参数进行校正,并把校正后的数据保存。其过程为给输入通道加满量程信号，观察显示值，然后根据显示满量程信号显示是否正确保存系统参数键盘调整测量显示NY图42系统参数校准流程图值通过键盘调整芯片内电压、电流、功率、等寄存器的参数，从而实现对系统参数进行校准，校准后将系统参数保存，以确保系统的精确测量。其流程图如图42所示432电量测量功能模块CS5460A测量程序用来控制CS5460A对模拟输入电量的测量、转换和计算，并将相应的测量量，如瞬时功率、电压有效值、电流有效值读取到单片机相应的寄存器中，然后单片机根据系统程序和键盘命令进行调用、输出、显示。其流程图如图43433电能检定功能模块通过键盘设定系统为电MCU初始化硬件初始化软件工作变量初始化各模块初始化系统参数是否初始化ABBA主功能模块系统参数自校正模块初始化系统参数是否进入系统参数自校正NYYNNYY图41电能表软件流程图能表鉴定模式，使电能表ETUO端输出脉冲通入电能表鉴定装置进行电能表鉴定。流程图如图44芯片采样计算存入相应寄存器键盘控制读取显示液晶显示图43测量流程图系统初始化进入测量模式键盘命令电能表鉴定模式采样计算输出脉冲Y图44电能表鉴定模式第5章系统调试根据方案设计的要求，测试过程共分为三大部分硬件调试、软件调试和软硬件联调。电路按模块调试，各模块逐个调试后，再进行联调。单片机软件先在最小系统板上调试，确保外部电路正常工作后，再与硬件系统联调。51软硬件调试511硬件调试硬件调试，查看个硬件模块电路的连线是否与逻辑图一致，用万用表检测有无短路或短路现象，器件的规格、极性是否有误。检查完毕，用万用表测量一下电路板正负电源端之间的电阻，排除电源短路的可能性。512软件调试本系统的软件调试因AT89S52核心模块的使用而变得相对容易，KEILC软件开发环境，能判断语法差错和逻辑差错，判断程序无误后，可以直接下载到单片机中进行调试。513软硬联调在软件和硬件都基本调通的情况下，进行系统的软硬件联调。按照由上向下，模块化设计的理念对模块逐个调试首先，调通液晶显示模块，接着给芯片CS5460A的电压通道和电流通道通入满量程信号，根据液晶显示对芯片内的校准寄存器进行设置，进而对测量进行校准调试。调好后，即该芯片能正常工作后，再通以交流市电进行进一步校准调试。然后再调通讯模块，等模块逐一调通后，再进行联调。再连接成一个完整的系统调试。系统整体电路图51所示52功能测试完成了整体调试后，对本设计进行功能测试，为了检验其精度,采用人工方法对其进行了检定,采用的装置有深圳科陆公司生产的CL311多功能标准表,准确度是005级深圳科陆公司生产的CL302多功能电测产品检定装置,额定电压是220V,标称电流是10A。实验测得数据如表1所示表51电能表测试数据COS05电流U（V）I（A）P（W）实际表22028420012221687标准表2202632001892217762A误差00953003447004013实际表2202844007444261标准表2202684010014428064A误差000726006509004426实际表22027360064662884标准表22026360086636A误差000454002663001750实际表22027880102883191标准表22027180104883488A误差000318000250003271实际表2202811000991103252标准表22026910009511034610A误差000545000400001885实际表220281201441323509标准表22026512014613238412A误差000681000166002500图51系统整体电路图53误差的定性分析及改进措施由于器件精度的限制，前段调理电路很难做的十分精确，并且各种干扰对仪表的正常工作都是有害的，电子式表的设计中除含有随机误差外，信号线中电流产生的空间磁场，还有共模干扰，信号源中的谐波分量，本身固有的漂移和噪声引起的误差，为了有效地降低系统的误差，提高电子式电能表的精度，可同时采用硬件抗干扰和软件抗干扰技术。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE18JAN2010SHEETOFFILEFBACKUPOF1DDBDRAWNBYP101P112P123P134P145P156P167P178RST9RXD/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119VSS20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U4AT89S52VCCVCCY1110592MHZC130PC230PP11P12P13P16P17RSTRXTXINT0INT1T0T1WRRDP20P21XTAL2P22XTALP23P24P25P26P27S2PSENALEP07R3RES2P06C3P05P04P03P02P01P00VCCRST1234JP04HEADERVCCGNDXOUT1CPUCLK2VD3DGND4SCLK5SDO6CS7NC8VIN9VIN10VREFOUT11REFIN12VA13VA14IIN15IIN16PFMON17NC18RESET19INT20EOUT21EDIR22SDIXIN24CS546023CS5460P00P01P02VCCY24096MC4104VCCVCCC5104P11P12INT1P13L1L2L3L4R101KR111KR81KR91KCTIINVINIINVINL3L4R51KR61KR31KR41KCTVINVINII