基于单片机的数字电能表设计文档格式.doc

1、070114200653 The design of digital watt-hour meter based on single chip microcomputer 2016年4月摘要摘 要19世纪三四十年代，中国人民的照明途径还是主要由煤油灯为主，而在经济飞速发展的，科技产品日新月异的今天，电的应用已经深入中国人民的日常生活。电灯、冰箱、空调等等，统统都与电有着密切的关系。电在当今社会不可或缺，同样也涌现出了对电量的计量，从而出现了电能表这一计量仪表。电能表的发展历程主要是由最初的单一费率电能表到如今的复费率电能表。这与我国的多费率用电政策有关，旨在消峰镇谷，平衡用电。同样，在现在科技

2、飞速发展，各种电器，仪表都逐渐趋近于自动化、人性化和智能化。而这些电气设备大都含单片机或者是CPU控制器。 在本次设计中将智能化技术融入电能表中，电能表作为重要的计量仪表，准确性、稳定性都是很重要的。而数字电能表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、八段数码管为主体，构造了一款简易的数字电能表，能够实现同时测量8路0.005.00V的直流电压，最小分辨率为0.02V。关键词：AT89C51；ADC0809；数字电能表；八段数码管IAbstractABSTRACTThirties and 19th centur

3、y, the Chinese peoples way of illumination is mainly composed of kerosene lamp is given priority to, and with the rapid economic development, science and technology products with each passing day today, the applications of electricity have the Chinese Peoples Daily life. Lights, refrigerator, air co

4、nditioner and so on, all has close relationship with electricity. Electricity is essential in todays society, and also emerged for the measurement of the power, thus appeared the watt-hour meter measuring instrument. The developing course of watt-hour meter is mainly composed of a single rate, initi

5、al watt-hour meter in todays complex rate watt-hour meter. This is associated with rate more electricity policy of our country, aimed at peak valley town, balance of power. Also, in what is now the rapid development of science and technology, all kinds of electrical appliances, instrument has gradua

6、lly tend to be automated, humanization and intelligent. But most of these electrical equipment including microcontroller or CPU controller.We will integrate the intelligent watt-hour meter in the design of watt-hour meter as important measuring instrument, the accuracy, stability is very important.

7、And digital watt-hour meter with high precision, measurement accuracy, reading the advantages of intuitive and easy to use. This design USES AT89C51 single-chip microcomputer as the core, to compare successive type A/D converter ADC0809, eight digital tube as the main body, constructed A simple digi

8、tal watt-hour meter, can be achieved at the same time measuring 8 road from 0.00 V to 5.00 V dc voltage, minimum resolution of 0.02 V.Keywords: AT89C51；Digital watt-hour meter；Eight digital tube1目录目 录第1章 绪论1第2章 总体方案选择22.1 方案一：由数字电路及芯片构建。22.2 方案二：由单片机系统及A/D转换芯片构建。第3章 硬件设计43.1单片机AT89C5143.1.1 AT89C51芯

9、片主要性能参数43.1.3 芯片管脚介绍及分配53.2 A/D转换模块设计73.2.1 A/D转换器的介绍73.2.2 ADC0809的介绍93.2.3 转换器ADC0809与单片机的接口电路133.2.4 有关芯片介绍143.3 显示模块设计163.3.1 显示器的选择163.3.2 显示器与单片机接口电路173.4 复位电路和时钟电路183.4.1 复位电路183.4.2 时钟电路18第4章 软件设计204.1 汇编语言的选择及介绍204.2 程序流程214.2.1 系统主程序流程图214.2.2 各子程序流程图21第5章 系统的调试255.1 硬件电路的调试255.2 软件调试255.2

10、.1 PROTEUS软件简介255.2.2 KEIL简介254.3.1 显示结果及误差分析27第6章 结论与展望296.1 结论296.2 不足之处及未来展望29参考文献30致 谢31附录A 原理图32附录B 主要源程序代码33第1章 绪论在当前经济高速发展的时代，社会各个方面的用电量都急速上升，为电网系统的稳定造成了很大困扰。我国采用的是多费率用电政策，旨在消峰镇谷，平衡用电。单一费率电能表逐渐被复费率电能表大规模取代。在当前单片机应用急速发展的时代，以单片机为主要控制芯片的数字电能表已经占领了主要市场。同样，应继续研究，降低成本价格，提高稳定性、可靠性和抗干扰能力。数字电能表的基本工作原理

11、是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电能表。较之于一般的模拟电能表，数字电能表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。在测量仪器中，电能表是必须的，而且电能表的好坏直接影响到测量精度。具有一个精度高、转换速度快、性能稳定的电能表才能符合测量的要求。为此，我们设计了数字电能表，此设计主要由A/D转换器和单片机AT89C51构成，A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能，最后由数码管显示采集的电压值。电能表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。

12、数字电能表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。在高精度数字电能表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC

13、0809、七段数码管为主体，构造了一款简易的数字电能表，能够实现测量8路0.005.00V的电压，最小分辨率为0.02V。第2章 总体方案设计这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中几组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计的优点是设计成本低，

14、能够满足一般的电压测量。但设计不灵活，都是采用纯硬件电路，很难将其在原有的基础上进行扩展。这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电能表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模/数（A/D）转换芯片的基准电压源，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模/数（A/D）转换芯片将被被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承方案一的各种优点，还能改进方案一设计的不灵活，可以在原有的基础上进行扩展。综合比较以上两种设计方案的各方面的优点及现在所设计的电能表的实用性，选择第二种电能表的设计方案，及由单片机及数字芯片构建的方法来实现数字电能表的设计。设计思路设计主要采用AT89C51单片机芯片和ADC0809模/数转换芯片来完成一个简易的数字电能表，能够对输入的8路0V5V的模拟直流电压进行测量，并通过四位LED数码管进行显示，测量误差小于0.02 V。设计电路主要通过ADC0809芯片的模拟电压输入端输入的