基于51单片机的电能表的课程设计

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1、基于51单片机的电能表的课程设计本次设计主要是利用单片机和接口技术设计、研制一种新型电能表，可实现峰谷用电量和剩余金额，并用LCD显示。进一步了解有关单片机、存储电路、IC卡的应用；掌握信号获取、传输、处理及检测的一般方法；综合运用已有的理论和技术，制定设计方案，掌握用电量的测量方法；学会应用存储电路、IC卡、单片机组建一个实际测量系统，提高设计者的应用能力；通过测量、计算、显示，能运用所学知识并学会查阅有关资料，培养仪器仪表设计的基本技能，为今后的深入学习等奠定基础。1.1、设计要求参考利用存储电路、

2、IC卡、单片机及其接口技术研制出一种新型电能表，设计内容包括：（1）详细了解所选用的存储电路、IC卡、单片机的工作原理和工作特性；（2）设计合理的计算测量电路；（3）用单片机、IC卡、LCD的显示技术实现测量电路，单片机的指令系统开发相关的应用程序，并对程序作详细的分析和解释。（4）列出制作该装置的元器件，搭建试验电路，并进行试验验证调试。（5）撰写详细的设计技术报告。1.2、方案设计与分析此电能表主要由计量模块、单片机、IC卡模块、LCD显示、EEPROM存储器、实时时钟电路及电源电路等部分组成。其硬

3、件系统框图如下图1所示。其中，单片机以AT89C51为电能表的核心控制芯片，它是电能表的“大脑”，外围所有的硬件模块都是在它的控制协调下进行工作的。单片机通过控制在其中的各种程序，控制着其它硬件模块的工作状态，由它智能化地形成并可靠地提供电能计算、时段判断、费率切换、IC卡读写、电能量控制及负荷控制等功能。1.3、AT89C51单片机本电能表的硬件设计原则是在低功耗的前提下，实现多功能目的，该芯片功耗低，特别适用于电能表控制线路多、功能全、功耗低的要求。它能方便地读取IC卡的数据，并控制液晶显示器的工作

4、，同时还可以将电能表的数据存入EEPROM进行永久保存并可通过串口送至表外的数据终端，大大地提高了电能表的智能化功能。在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分，即89C51单片机芯片内包括：（1）一个8位的微处理器（CPU）。（2）片内256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。（3）片内4KB程序存储器FlashROM，用以存放程序、一些原始数据和表格。（4）4个8位并行I/O端口P0-P3,每个端口既可以用作输入，也可以用作输

5、出。（5）两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式。26（6）具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统。单片机（AT89C51）LCD显示IC卡模块EEPROM存储器电能计量芯片实时时钟电路电源电路图1硬件系统框图（7）一个全双工UART的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。（9）具有节电工作方式，即休闲方式和掉电方式。以上各个部分通过片内八位数据总线相连接。89C51单片机引脚及其功

6、能如图2所示为单片机AT89C51的引脚图。图2单片机AT89C51的引脚图（1）XTAL1（19脚）：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。（2）XTAL2（18脚）：振荡器反相放大器的输出端。（3）RST（9脚）：复位输入，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。（4）P0口（39～32脚）：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可

7、作为高阻抗输入。26（5）P3口（10～17脚）：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O多功能口。P3口输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口，此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。当CPU不对P3口进行SFR寻址访问时，即用作第二功能输出/输入线时，由内部硬件使锁存器Q置1。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处低电平10ms来完成。在芯片擦除操作中，代码陈列全被写“1”且在任何非空存

8、储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。电能计量芯片模块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CS5