单相单用户电能表的设计毕业论文.docx
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单相单用户电能表的设计毕业论文
摘要
此课程设计主要是通过编程来实现电子式数码管显示单相单用户的用电量，其硬件部分主要以C8051F360单片机为控制核心，连接电能计量、LED显示、掉电存储、按键清零等功能模块组成整个系统模块。
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，再经过计数器和LED显示器，实现对单用户的用电情况进行掉电存储、按键清零等功能。
用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，而且整个电路具有线路布置简单，可靠性高等优点；另外在用户电子式电能表的前面有6位LED数码管，最高位数码管显示为户号，次高位显示连接线，后四位为用户用电量，清楚的显示了用户的户号及其用电量。
此次课程设计运用了单片机C8051F360主控芯片、AD7755电能脉冲的转换芯片、74HC165实现按键清零芯片、74HC164驱动八段译码显示器芯片及24C16防止掉电数据丢失等芯片，并通过protel画图、Multisim软件仿真、SiliconIDE开发环境进行软件编程调试、查找资料等学习工具，最终实现了用户电量在数码管上显示的功能。
关键词：
电能表；单片机C8051F360芯片；硬件设计；软件设计
ABSTRACT
Thecurriculumdesignismainlythroughprogrammingtoachievetheelectronicdigitaldisplaysingleuser'selectricity,thememory,buttonresetfunctionmoduleofthesystemmodule.
Basedontheuser'spowersupplyvoltageandcurrentreal-timesampling,usingspecialelectricenergymeterIC,forprocessingandmultiplicationisconvertedintopulseoutputandpowerisproportionaltothevoltageandcurrentsamplingsignal,andthenthroughthecounterandLEDdisplayforsingleuserofelectricitytopowerstorage,keyfeaturessuchasclear.Theuserofelectricityconsumptioncanbereadinsitu,effectivelyimprovetheaccuracyofelectricenergymetering,andthewholecircuitadditiontotheusersofelectronicwatt-frontofthemost.
ThecurriculumdesignusingtheconversionpulseMCUC8051F360maincontrolchip,AD7755chip,74HC165chip,74HC164buttonresetdriveeightdecodingdisplaychipand24C16avoidlosingdata,chip,andthroughtheProteldrawing,TheMultisimsoftwaresimulation,SiliconIDEdevelopmentenvironmentforsoftwareprogramminganddebugging,findinformation,learningtools,andultimatelytheuserofelectricityinthedigitaltubedisplayfunction.
Keywords:
electricenergymeter;C8051F360chip;;softwaredesign
目录
1绪论...........................................................................................................................2
1.1电能表在国内发展状况...................................................................................2
1.2课题的研究内容与意义..................................................................................2
2设计任务与主要要求.........................................................................................4
2.1设计任务..........................................................................................................4
2.2设计的主要要求..............................................................................................4
3设计原理分析.......................................................................................................5
3.1设计的总体方案...............................................................................................5
3.2设计方案框图..................................................................................................6
3.3电能表总电路图..............................................................................................6
4设计的主要内容..................................................................................................8
4.1硬件设计...........................................................................................................8
4.1.1C8051F360单片机电路部分.....................................................................8
4.1.2+5V稳压电源的设计...............................................................................9
4.1.374HC164驱动LED数码管显示的设计.....................................................11
4.1.424C16芯片掉电存储的设计...................................................................13
4.1.574HC165芯片按键清零的设计...............................................................14
4.1.6AD7755电能转换设计.............................................................................14
4.2软件设计..........................................................................................................17
4.2.1主函数流程图........................................................................................17
4.2.2AT24C16读函数流程图...........................................................................18
4.2.3AT24C16写函数流程图...........................................................................19
4.2.4显示用户电量流程图..............................................................................20
4.2.5按键扫描清零函数流程图........................................................................20
4.2.6中断子程序流程图.................................................................................21
5课程设计总结.....................................................................................................22
参考文献...................................................................................................................23
附录一..........................................................................................................................24
附录二..........................................................................................................................25
附录三..........................................................................................................................27
1绪论
1.1电能表在国内发展状况
电能表是我国电工仪表行业中产量最大的产品。
近几年，国家连续出台的多项与电能表行业发展相关的政策以及房地产产业的迅速发展，为电能表需求的上升及保持行业发展的相对稳定起到了一定的保障作用。
随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电能表发展的主流，在未来几年里，这种趋势将更加明显。
且各行各业对电的需求越来越大，不同时间用电量不均衡的现象也日益严重。
为缓解我国日趋尖锐的电力供需矛盾，调节负荷曲线，改善用电量不均衡的现象，全面实行峰、平、谷分时电价制度，“削峰填谷”，提高全国的用电效率，合理利用电力资源，国内部分省市的电力部门已开始逐步推出了多费率电能表，对用户的用电量分时计费。
在有条件的地区，即已经实行一户一表的居民用电区，也将有计划的开发低谷用电，实行峰谷电价，以提高电能利用率，提高居民的用电质量。
通过城乡电网改造，电工仪器仪表行业步入了快速发展的轨道，同时也为行业企业提供了一个科技创新的平台，电工仪器仪表生产企业抓住机遇，通过对国外先进技术的兼收并蓄，并高标准、高起点自主开发了一系列高技术产品。
电力用户是我国电工仪器仪表最大的用户群体，需求量占整个市场需求量的90%，对该类产品的销售起着决定性作用。
国家城乡电网改造结束后，电工仪器仪表行业进入了平稳过渡期，以华立集团、宁波三星、林洋电子等为代表的行业企业不断拓宽服务领域，寻求新的发展空间，从而在竞争中提高企业的核心竞争力，经过国内外市场的净化和洗礼，产品也发生了质的变化，开始从单纯量的增长向技术创新过渡，并步入高质量、高技术、高附加值时代，生产模式逐步向集约化大规模转变，核心竞争力不断增强，产品出口主要以电能表、便携式电表为主，出口辐射到几十个国家。
特别是近几年，一些企业还通过在国外建厂等形式消化国内的市场，出口创汇不断攀升。
1.2课题的研究内容与意义
电子式单用户多功能电能表，具有测量精度高，过载能力强，功率消耗低，性能稳定可靠，体积小，重量轻，操作方便；易于实现管理，适应工业、农业、民用等不同用户群体用电测量的需求。
本次课程所设计的单用户电子式单相电能表采用单片机作为中央处理器，对用户的用电情况进行电能计量、LED显示，所以用户的用电量可以直接读取。
电子式电能表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。
且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，具有的强大的功能特点和研究的必要性。
随着电子技术的发展与进步，电子式电能表越来越受到广大使用者的认同与青睐。
面对新的形势，全面提高电子式电能表，尤其是技术含量高的产品的市场竞争力，重点突破多费率表和多功能表的现状，使电能表从数量优势向技术优势转变是电能表产业的发展趋势。
电子式电能表是今后一段时间内的发展主流，技术含量高的产品发展空间大，经济效益也好，更应该作为今后发展重点。
而要发展电子式电能表，核心技术是关键。
2设计任务与主要要求
2.1设计任务
该课程设计任务要求完成基于C8051F360单片机的单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LED显示模块、AD7755电能脉冲转换模块、掉电存储模块和按键清零等模块组成。
被测信号经AD7755转换后将电压、电流、电能等信号传输给单片机C8051F360主控芯片，然后C8051F360控制其他所有芯片的工作、计算和显示。
LED显示模块采用数码管显示被测用户的户号、用电量；按键清零模块选用74HC165芯片来实现此功能；存储模块采用24C16，为系统提供数据存储，可以实现掉电不丢失数据的功能。
1.1.1硬件设计
硬件设计包括单片机的整体设计、稳压电源的设计、LED数码管显示的设计、24C16芯片掉电存储的设计、74HC165芯片按键清零的设计、AD7755电能转换器等电路的设计。
1.1.2软件设计
软件设计包括用C8051F360单片机C语言编写的用户电量显示程序、按键清零程序、用户和电量显示程序、脉冲检测程序以及掉电保存等程序，并配有主函数和各子函数的流程图及其说明等。
2.2设计的主要要求
1.该交流电能表能实现对单相单用户交流电能的测量；
2.具有显示户号及用户用电量的功能；
3.具有按键清零的功能；
4.具有掉电保存电能数据的功能；
5.计100个脉冲为1度电；
6.计量精度为1%；
7.最大计度容量：
99.99kW·;
del（）//延时
{
unsignedu=200,i;
while（u--）;
for（i=0;i<200;i++）;
}
voiddelay1（）
{;;}
voiddelay（）
{
unsignedm,n;
for（m=25;m>0;m--）
{
for（n=256;n>0;n--）;
}
}
voidstart（）//开始信号
{
sda=1;
delay1（）;
scl=1;
delay1（）;
sda=0;
delay1（）;
}
voidstop（）//停止
{
sda=0;
delay1（）;
scl=1;
delay1（）;
sda=1;
delay1（）;
}
voidrespons（）//应答
{
uchari;
scl=1;
delay1（）;
while（（sda==1）&&（i<250））i++;
scl=0;
delay1（）;
}
voidwrite_byte（uchardate）
{
uchari,temp;
temp=date;
for（i=0;i<8;i++）
{
temp=temp<<1;
scl=0;
delay1（）;
sda=CY;
delay1（）;
scl=1;
delay1（）;
}
scl=0;
delay1（）;
sda=1;
delay1（）;
}
ucharread_byte（）
{
uchari,k;
scl=0;
delay1（）;
sda=1;
delay1（）;
for（i=0;i<8;i++）
{
scl=1;
delay1（）;
k=（k<<1）|sda;
scl=0;
delay1（）;
}
returnk;
}
voidwrite_add（ucharaddress,uchardate）
{
start（）;
write_byte（0xa0）;
respons（）;
write_byte（address）;
respons（）;
write_byte（date）;
respons（）;
stop（）;
}
ucharread_add（ucharaddress）
{
uchardate;
start（）;
write_byte（0xa0）;
respons（）;
write_byte（address）;
respons（）;
start（）;
write_byte（0xa1）;
respons（）;
date=read_byte（）;
stop（）;
returndate;
}
unsignedcharread165（void）//读键码值
{
inti,w,m=0;
SL=0;
del（）;
SL=1;
for（i=0;i<8;i++）
{
w<<=1;
CL165=0;
if（QH==0）w&=0xfe;
elsew|=0x01;
CL165=1;
}
returnw;
}
voidclear（）//对应某个键，同时把这一户清零
{
switch（d1）
{
case0xf7:
n=0;break;//对应第一个键，同时把第一户清零
case0xef:
n=0;break;
}
}
voiddisply（uchar++;}
}
voidT0_time1（）interrupt1
{
j++;
if（j==20）
{
j=0;
write=1;
/1000;
gw=（n-sw*1000）/100;
sf=（n-sw*1000-gw*100）/10;
bf=n%10;
}
}
voidmain（）
{
SFRPAGE=0x0F;
P1MDIN=0XFF;//P1口初始化
P1MDOUT=0XEF;//推挽输出
P2MDIN=0xFF;
P2MDOUT=0xfF;
XBR1=0x40;//交叉开关使能
PCA0MD=0x00;//关闭看门狗clearWatchdog
PSCTL=0x03;//写FLESH允许
OSCXCN=0x67;//用外晶振
OSCICN=0x0;//内部振荡器使能，8分频
CLKSEL=0x01;//系统时钟选内部高频振荡器，不预分频
TMOD=0x01;//设置定时器0为工作方式1
EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器0中断
TR0=1;//启动定时器0
=read_add
（2）;//读出保存的数据赋于n,即统计次数
while
（1）
{
tongji（）;//统计每户用电量
d1=read165（）;//读出键码值
clear（）;
if（write==1）//判断计时器是否计时0.5秒
{
write=0;//清零
delay（）;
write_add（2,n）;//在24c16的地址2中写入数据n
}
disply（huhao,w,sw,gw,sf,bf）;//显示“户号”、“--”每户用电量的“十位”“个位”“十分位”“百分位”
}
}
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