三相智能电表设计本科毕设论文.doc

《三相智能电表设计本科毕设论文.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

山东科技大学学士学位论文三相智能电表设计学士学位论文摘要随着整个社会用电量的剧增，传统电表已经难以完成复杂的电量测量管理任务。本次设计的智能电表以美国炬力公司生产的高性能电量芯片ATT7030A为测量芯片，该芯片是一款高精度的三相电能计量芯片，可以完成三相电能参数的精确测量，且具有三相三线和三相四线转换功能。本设计能够较为容易的转化为工业、民用计量产品，满足计量测试需要。本设计的主要工作包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计选用AT89S52单片机作为系统处理核心，提高三相智能电度表的多功能化程度；选用X5045作为看门狗电路，完成对CPU运行状态、电源电压等监控；X5045内部具有512字节的FLASH存储器，存储相关参数，做到掉电数据不丢失；通过75LBC184完成485通信功能，传输距离可达到1200米；配置了38KHz的红外发送/接收电路，完成红外抄表功能，传输距离大于4米。软件设计部分主要包括主程序、电量采集子程序、键盘显示子程序、网络通信子程序、红外通信子程序等五部分。本设计经过实验测试，实现了对电能的精确测量、数据存储、数据显示、485通信、红外通信等功能，达到了设计要求，表明本设计方案是正确的。关键字：三相智能电度表；ATT7030A；单片机；红外通信；485通信113 山东科技大学学士学位论文ABSTRACTWiththeincreasingofsocialpowerconsumption,traditionalammeterhasbeendifficulttoperformcomplexpowermeasurementmanagement.Thedesignofsmartammeterisbasedonhigh-performancepowerchip—ATT7030A,whichisproducedbyAmericanHitrendtechcompany.Thischipisahigh-precisionthree-phaseelectricitymeasurementchip,whichcancompletethree-phasepowerparametermeasurementsprecisely.Besides,ithasathree-phasethree-wireandthree-phasefour-wireconversionfunction.Thisdesignworkcaneasilyintoindustrialandcivilmeasurementproductstosatisfythemeasurementneed.Themainworkofthedesignincludeshardwaredesignandsoftwaredesign.ThehardwaredesignchoosesAT89S52single-chip-computerassystemprocessingcore,improvingthemultifunctiondegreeofthethreephasesmartammeter.TheammeterchoosesX5045aswatch-dogcircuittoachievemonitoringCPUrunningconditionandpowersupplyvoltage.Thereare256bytesofFLASHmemoryinX5045,whichcanstoragerelatedparametersandthedatawillnotlosewhenpowerdown.SystemcompetesRS-485communicationfunctionby75LBC184anditstransmissiondistancebeyond1200meters.Thedesignconfigurations38KHzinfraredTransmit/receivecircuit,tocompleteinfraredreadingfunctionwithtransmissionof4meters.The113 山东科技大学学士学位论文softwaredesignmainlyincludesmainprocedure,poweracquisitionprocedure,keyboardanddisplayprocedure,networkcommunicationprocedure,infraredcommunicationprocedure,ECT.Bytheexperimenttest,thedesignachievetheprecisemeasurementoftheelectricalenergy,datastorage,datadisplay,485communication,infraredcommunicationandotherfunctions,satisfyingthedesignrequirements,showsthatthisdesignprogramiscorrect.Keywords:Thethree-phasesmartammeter；ATT7030A；single-chip-computer；Infraredcommunication；RS-485communication113 山东科技大学学士学位论文目录摘要1ABSTRACT21绪论51.1课题选择背景及目的51.2国内外研究状况51.3课题设计研究方法62系统整体方案设计72.1系统设计思路72.2方案论证72.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较72.2.2多功能化模块的方案论证与比较82.2.3电压、电流采样方案论证与比较92.3本设计的主要工作103系统硬件设计113.1硬件整体系统设计113.2电源电路设计123.2.1工作原理133.2.2变压模块143.2.3整流模块143.2.4滤波模块143.2.5稳压模块153.3电压电流采样处理单元173.3.1ATT7030A简介173.3.2ATT7030A引脚定义183.3.3ATT7030A结构框图203.3.4电压电流输入电路213.3.5有功功率、有功电能测量223.3.6功率极性判断243.3.7电压失调检测24113 山东科技大学学士学位论文3.3.8三相三线制和三相四线制应用243.3.9电能输出脉冲电路253.3.10校准263.4CPU中央处理单元293.4.1CPU选择303.4.2数据存储模块323.4.3显示模块373.4.4键盘模块423.4.5485通讯模块433.4.6红外通信模块464系统软件设计504.1系统主程序504.2键盘程序514.3电能脉冲计量程序534.4MAX7219初始化及显示程序554.4.1MAX7219初始化554.4.2显示程序564.5X5045相关程序574.6485通信程序594.7红外通信程序615测试结果与分析636结论及前景展望65课题设计参考文献66致谢67附录一：系统程序68附录二：英文文献及译文86113 山东科技大学学士学位论文1绪论1.1课题选择背景及目的伴随着我国工业化进程的前进步伐，工业及居民用电急剧增加，庞大的供电网络给用电管理单位带来了巨大挑战，也给居民工厂带来了诸多不便。为此我国在“十二五规划”中提出建设“智能电网”的解决方案，实现电网、计算机网、电信网三网融合。传统的机械式电表及电子式电表无论是在计量精度还是在信息传递方面都难以满足“智能电网”的需求，在这种情况下智能电表应运而生。智能电表是指具有多功能化、智能化、网络化等功能的新式电表，是智能电网的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务。智能电表设计的课题研究富有实用价值和市场前景。首先，智能电表能够更方便、精确地计量电能，数字显示界面更加直观方便；其次其智能化可以帮助管理单位实现远程管理、提醒居民按时缴费、详细记录用电明细表。节省了管理单位的人力、物力资源。最后智能电表可以通过加密防止用户窃电，安全性更高。1.2国内外研究状况欧美科技公司在智能电表方面的研究已经走在了世界前列，也主宰着电能测量IC的主要市场。如美国ADI公司的ADE78××系列电量测量IC不仅精度达到0.1%,而且具备各种防窃电功能；荷兰的恩智浦公司推出的基于ARMCortex的MCU解决方案——LPC1700系列功能更加强大；此外还有美国飞思卡尔半导体公司的9S08MZ60、MZ96、MZ128MCU，炬力公司的ATT70××系列等电表IC，及德国西门子公司基于Blackfin113 山东科技大学学士学位论文的智能电表都以其丰富的功能为智能电表的设计提供了方案。国内智能电表的设计尚处于起步阶段，主要集中在应用方面，电量测量ASIC则主要依赖进口产品。在2007年12月初，国家发改委发布了《多功能电能表》和《多功能电能表通信协议》两个行业标准，2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新标准，提高了电表在计量、费控、通信、功耗、电子线路布线等技术指标，含有MCU成为必选项，要求有更高的计算能力。随着我国智能电网的建设，智能电表的大规模应用即将启动，预计2015年我国智能电表覆盖率80%，2020年达到100%。可见我国的智能电表设计研究还有很大的潜力空间，智能电表在网络化、智能化、多功能化等方面还需要我们继续深入研究。1.3课题设计研究方法本课题主要对能精确测量电能并具有智能管理功能的电表的设计方法进行研究。研究的具体内容如下。1、实现智能电表精确测量，达到1级精度要求的具体方法。此处涉及到电量计量芯片的选择、CPU的选择、软件算法的构架、PCB布局等影响测量精度因素的研究。2、实现电表智能化管理的具体方法。涉及到的研究内容有：数据存储的实现方法、键盘显示的实现、系统通过RS485与上位机通信实现方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。3、实现系统供电电源设计的具体方法。此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研究。113 山东科技大学学士学位论文2系统整体方案设计2.1系统设计思路分析课题需求，将系统整体分为电量测量和智能管理两部分。电量测量部分选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。该部分是设计的关键和基础。智能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机交互模块、数据存储模块及通讯模块。该部分是实现电表“多功能化”的重要组成部分，对其要求是智能化程度高，易于功能扩展。2.2方案论证2.2.1三相电参数的测试与计量方案论证与比较该部分是本系统设计的关键部分，要求电路结构简单、可靠、功能全面，能够完成预定功能。目前，关于三相电参数的测试与计量主要有两种技术方案。1、传统的模数转换和相位检测技术被测三相电压、三相电流通过相应互感器转变为能被后端电路接收的电信号，变化之后的信号需要做两方面的处理，一方面检测电压电流的相位差，确定功率因数，另一方面线性调整信号，传输给后端的A/D转换器。电压、电流转换后的数字量和功率因数值传输给CPU处理器，根据三相功率、三相能量等电参数的计算公式计算相应的各个电参数，并对计算数据做相应处理。该方案存在电路结构复杂，参数测试误差大，编程复杂、故障排除复杂等缺点。该技术方案已不再适用于工业环境中三相电能表的电参数测量。113 山东科技大学学士学位论文1、专用的三相电参数测试与计量技术随着大规模集成电路的迅速发展，有关电参数测量的集成电路市场上出现了多种专用产品，针对不同的电参量可以选用不同的产品。目前，在我们国内比较流行的电量测试与计量芯片主要有美国ADI公司生产的ADE7755，美国CIRRUSLOGIC公司生产的CS5460，美国炬力公司生产的ATT7021、ATT7030、ATT7026等，国内上海贝岭公司也生产了相应的电量计量芯片。以上IC芯片在国内电能表行业中得到了广泛的推广应用，多年来的应用表明，这些IC芯片在电参数的测试与计量的应用比较稳定，计量精度满足了国家标准。采用专用的IC测试电参数已成为目前各种电能表制造厂商的首选技术方案。其中，ATT7026、ATT7030是专用于三相电参数测量的IC芯片，外围电路配置简单，可方便地与CPU连接。综合考虑本电能表所要实现的功能，我们选用第二种方案。ATT7030A测试计量的电参数能满足本次设计题目提出的技术要求，是一款高精度的三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线。ATT7030A提供有功电能计量输出脉冲，微处理器可方便的对电能实现计量。2.2.2多功能化模块的方案论证与比较多功能化模块应包括以下几个组成部分：CPU中央处理器、外部存储器、键盘、显示、485通信接口、红外收发电路、报警电路、负荷控制电路等八部分组成。113 山东科技大学学士学位论文CPU中央处理器的选择方案有两种，方案一：选用DSP处理器；方案二：选用单片机。DSP处理器具有运算速度快，处理能力强等优点，但存在价格相对较高，参考资料相对较少等缺点。单片机是目前电能表行业中普遍选用的中央处理器。目前，国内高校主要以MCS-51单片机为例来学习单片机原理与接口，因此，市场上该种类型的单片机参考资料最多，成功设计案例较多。比较以上两种方案，我们选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为中央处理单元，该单片机具有较强的数据处理功能，与MCS-51完全兼容，设计使用方便。外部存储器选择方案主要有两种。方案一：选择RAM存储器；方案二：选择FLASH存储器。RAM存储器速度快，可读写操作，但存在掉电数据丢失的缺点，为了保证数据不丢失，一般需要设计电池供电，增加了设备的体积，成本等。外部FLASH存储器具有掉电数据不丢失的优点，速度相对较慢，可以进行读写操作。由于电能表对数据存储的速度较低，数据量较少，因此，FLASH存储器是电能表行业中选择的主流芯片。我们选用X5045作为外部数据存储器，选用该型号的存储器不仅可以方便数据的存储，而且具有看门狗功能，监视CPU的运行状态和系统的电压，保证系统的安全运行。负荷控制电路设计具有预付费功能，即用户应先购电，后用电，用户购剩余电量达到报警值或剩余电量为零时，都要操作继电控制装置，提醒用户及时购电。本着可靠、性价比高的原则，设计其它接口电路。2.2.3电压、电流采样方案论证与比较113 山东科技大学学士学位论文目前，电能表行业中，关于电源电压、电流的采样方案主要有三种：第一种是采用电流互感器、电压互感器采样；第二种电压采用电阻分压网络采样，电流采用锰铜电阻采样；第三种方案以上两种方案的交叉组成。电流取样使用电流互感器具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，但存在成本高，体积大的缺点；电压取样采用电压互感器同样具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，存在成本高，体积大，校表难度高的缺点；与采用互感器取样比较电流采用锰铜电阻具有取样方便，成本低的优点，但存在过载能力弱，抗干扰能力差的缺点；电压采用电阻分压网络取样具有取样容易，校表方便、成本低的优点，但存在过载能力弱的缺点。比较以上几种方案，结合本表的计量精度要求，电流取样采用高精度（0.1级）的电流互感器，电压取样采用电阻分压网络。该方案既提高了本系统的抗干扰能力，又方便了电能表的校验。根据上述方案论证，智能电表系统的实现方案如下：AT89S52(CPU)+ATT7030A(电量测量IC)+X5045（Flash存储器）+MAX7219(LED显示IC)+独立式键盘+75LBC184（485通讯IC）+红外调制管+MC7805(DC稳压电源IC)。2.3本设计的主要工作·测量的电量可以通过RS485总线传送到上位机；·测量的电量可以进行红外线无线传输，我们设计了专用红外抄表器用来抄写数据，简单方便；·本设计产品可以通过红外抄表器设定更改机号；·本设计产品可以实现预付费电量计量，而且当预付电量将要使用完时，可以发出报警信号。113 山东科技大学学士学位论文3系统硬件设计3.1硬件整体系统设计根据方案比较与论证，三相智能电度表的整体电路主要包括：电源电路、电压电流采样处理单元、CPU中央处理单元等三部分组成。其中采样电路又分为电压采样模块、电流采样模块；CPU中央处理器单元又分为CPU中央处理器、键盘、显示、外部存储器、485接口、红外收发、负荷控制、报警模块。整体设计方案见图3-1。图3-1系统整体电路原理框图系统工作原理：第一步接通电源电路，CPU中央处理单元上电，系统进入待机状态。此状态下，CPU取出存于外部存储器中的剩余电量数据和本电表机号并显示于显示模块上。当按下键盘“设置键”时，系统进入功能设置状态，按“确定键”则退出该状态。113 山东科技大学学士学位论文第二步采样单元发出电量计量脉冲信号，系统进入工作状态。次状态下，CPU对脉冲进行计数及计算电量，经过一段时间运算后得到这段时间中用户消耗的电量。用户上次预购电量减去剩余电量，得到用户新的预购电量剩余值。如果该值小于某一值时，通过报警模块通知用户及时购电。有两种事件是随机发生的：485通信和红外通信事件。当上位机向电表发出通信请求时，系统进入485通信状态，通信结束退出该状态。当红外抄表器向电表发出通信请求时，系统进入红外通信状态，通信结束退出该状态。系统状态转换图见图3-2。图3-2系统状态转换图3.2电源电路设计三相电压、电流采集处理电路与CPU中央处理单元均需要5V直流电源供电，为提高系统工作可靠性及适应现场电压波动范围大的情况，本系统采用三相电源变压-整流-滤波-稳压方式。具体设计电路见图3-3。113 山东科技大学学士学位论文图3-3系统电源电路3.2.1工作原理如图3-2-1所示，系统直流电源AVCC直接由三相交流电源转换而来。以A相位例，A相220V交流电经变压器变压得到交流电V1，V1经过整流桥整流得到含有较大纹波系数的直流电V2，V2经C13、C14滤除纹波后进入三端稳压器件LM7805稳压处理得到V3，V3经C15、C16滤波得到系统需要的直流电源AVCC。B相、C相原理于A相相同。由Multisim软件仿真得到V1、V2、V3波形如图3-4所示图3-4系统电源部分电压波形图113 山东科技大学学士学位论文3.2.2变压模块由220V交流电得到5V直流电第一步需要选用变压器进行降压处理，变压器两端的匝数比决定着降压系数。三端稳压电源LM7805最大输入电压为30V，正常范围为5～18V，所以变压器副边输出电压V1可以选择15V。根据变压器两侧电压比，可计算出变压器的原副边匝数比：N1:N2=VA:V1=220:15式（3.1）3.2.3整流模块整流是交流电转换为直流电的必要步骤，常见的二极管整流方式有半波整流、全波整流、桥式整流等，桥式整流以其较高的利用率而广泛应用。整流桥后有C13、C14组成的滤波单元，不考虑整流二极管正向压降时输出电压：V2=V1=21.21（V）式（3.2）由图3-2-2可见，在V1负峰值时，整流二极管承受最大反向电压：=V2-V1=21.21-(-21.21)=42.42（V）式（3.3）考虑冗余设计，整流二极管最大反向工作电压应选择VR==60（V）式（3.4）3.2.4滤波模块电容滤波原理是电容针对不同频率的信号产生的阻抗不同，从而使信号因不同频率而产生的不同衰减度。要计算电容在某信号下的阻抗就必须考虑电容的等效模型，图3-5是一般电容的等效模型，由一个等效电容C和一个等效电感组成。113 山东科技大学学士学位论文图3-5电容等效模型设某信号频率为，则电容在该频率下产生的阻抗计算如下：（1）当电容为电容值较小的陶瓷电容时，其等效电感量很小，可忽略不记，电容产生阻抗为：式（3.5）（2）当电容为电容值较大的电解电容时，其等效电感不能忽略，电容产生阻抗值为：式（3.6）由上述两式可见，滤除低频信号用大电容，滤除高频信号用小电容。所以这里我们选择大小两颗电容，大电容C1选择370uF滤除低频噪声，小电容C2选择0.1uF滤除高频噪声。此外大电容也起到缓冲稳定电压作用。C13两端电压为V1的峰值电压，所以V2=V1=21.21V，故C13、C14的耐压值可选择50V。3.2.5稳压模块113 山东科技大学学士学位论文稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源两类，其中：线性稳压电压优点是稳定性高、波纹小、电路简单，缺点是体积大、效率低、驱动电流小；开关电源优点是体积小、效率高、驱动能力强；缺点是波纹系数大，稳定性不如线性稳压电源好。本系统电源直接供给IC，对驱动电流要求不大，且ATT7030A对电源稳定性要求较高，所以这里我们选择线性稳压电源。三端稳压集成电路LM7805所需的外围元件极少，电路内部有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，所以被广泛应用。LM7805如图3-6所示，1脚为输入端，2脚为输出端，3脚为接地端。图3-6LM7805引脚图LM7805主要电参数：·输入电压范围：5～18V，最大值30V·输出电压：4.8～5.2V，典型值5.0V·线性调整度：4.0mV·负载调整率：9.0mV·输出噪声电压：42uV·输入输出压差：2V·输出阻抗:15mΩ，12KHz时。·峰值电流：2.2A·静态电流：5.0mA·短路电流：230mA113 山东科技大学学士学位论文·纹波抑制比：73dBV2经过电容滤波进入LM7805，输出电压V3稳定为5V，LM7805后仍需接大小两个电容输出电压才能真正稳定。其中，大电容的作用是增强负载特性（输出阻抗随频率增加基本保持不变）和瞬变响应（利用电容电压不能瞬间改变特性），小电容的作用则是滤除高频干扰，两者耐压值选择15V。3.3电压电流采样处理单元本系统电压电流采样处理单元采用ATT7030A作为核心处理芯片，外围辅以电源、电压电流模拟输入、脉冲输出等电路。3.3.1ATT7030A简介ATT7030A是一款对三相有功电能进行高精度测量的芯片，其特点如下：·高精度，在1000到1的动态范围内误差小于0.1%；·电能测量符合1S、0.5S级，支持IEC687/1036标准，GB/T17215-1988；·提供有功电能测量·当任意一相功率反向时，提供功率反向指示信号REVP；·当三相合功率为负时提供反相指示信号NEGP，可以用于止逆场合；·提供缺相指示PA/PB/PC；·提供有功电能校准输出脉冲：CF1；·提供输出脉冲F1/F2，用于驱动电量计度器和步进电机；·三相合电能计算模式是可选择的；·提供校准电阻网络；·+5V单电源供电113 山东科技大学学士学位论文3.3.2ATT7030A引脚定义ATT7030采用QFP44封装形式，引脚图见图3-7，各引脚定义见表3-1.图3-7ATT7030A引脚图表3-1ATT7030A引脚定义表管脚名称I/O描述1RESETIATT7030复位，低电平有效，内部上啦47K电阻2SIGO正常工作时SIG脚为低电平3,4V1P/V1NIA相模拟电流输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。5REFCAPO内部基准电压，2.4V，可以连接到外部基准电压。该脚通过10uF和0.1uF电容接地去耦。6,7V3P/V3NIB相模拟电流输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。113 山东科技大学学士学位论文8,15AGNDAGND这个模拟地是所有模拟电路的参考地9,10V5P/V5NIC相模拟电流输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。11REFOUTO基准电压输出，作为输入信号的偏置12,18AVCCAVCC模拟供电电源，在指定应用时其电压应维持在5V±5%。这个管脚应该通过10uF电容和0.1uF电容接地去耦。13,14V2P/V2NIA相模拟电压输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。16,17V4P/V4NIB相模拟电压输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。19,20V6P/V6NIC相模拟电压输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。21,22S0/S1I为输出频率选择系数，内部上拉300K电阻23,44GNDGND数字地24TESTI测试脚，正常情况下接地。北部下拉47K电阻。25SCFI联合S0/S1为输出频率选择系数，内部上拉300K电阻26SELI系统模式选择端，高电平三相四线制，低电平三相三线制。内部上拉300K电阻。27CF1O有功电能脉冲输出脚28NC----空脚29,30F1/F2O低频有功电能脉冲输出端，代表的是三相平均有功功率。用于驱动电量计度器。31NEGPONEGP：当三相有功功率为负时输出高电平，当三相有功功率为正时输出低电平。32NC----空脚33,39VDDVDD3.0V电源输出脚。该脚应通过10uF电容和0.1uF电容接地去耦113 山东科技大学学士学位论文34,41VCCVCC数字供电电源脚，供电电压应维持在5V±5%。该脚通过10uF电容和0.1uF电容接地去耦。35PAOA相电缺相指示，当A相电丢失时输出高电平36PBOB相电缺相指示，当A相电丢失时输出高电平37PCOC相指示，当A相电丢失时输出高电平38SUMI三相总电量相加模式选择脚，内部下拉300K电阻。40REVPO任何一相有功功率为负时为高电平，所有相有功功率都正时为低电平。42OSCII系统振荡器输入端，振荡频率为24.567MHz43OSCOO系统振荡器输出端44GNDGND数字地3.3.3ATT7030A结构框图ATT7030A结构框图如图3-8所示。如图3-8ATT7030A内部结构框图113 山东科技大学学士学位论文信号处理流程图见图3-9。如图3-9ATT7030A信号处理流程图3.3.4电压电流输入电路ATT70230A有6路A/D转换器，电压取值在0.2V到0.6V，电流取值在2mV至1V之间，电能线性小于0.1%。每路ADC交流输入由管脚VxP和VxN输入，同时要求VxP、VxN叠加2.4V左右直流偏置电压，该偏置电压可以由芯片参考电压输出端REFOUT获得，也可以由外部基准电压提供。6路ADC结构框图见图3-11.。图3-10ATT7030A6路ADC结构图ATT7030A的采样电压输入采用电阻分压方式（见图3-12），通过调节电阻网络可以设置输入电压，一般输入电压设置为0.5V，直流偏置电压REFOUT为2.4V。113 山东科技大学学士学位论文图3-11ATT7030A电压采样电路图3-12ATT7030A电流采样电路ATT7030A的电流采样通过电流互感器降流后再采用差分方式输入。图3-13所示的是某一相电流采样输入电路，左侧省略了电流互感器。其中1.2K电阻和0.01uF电容组成抗混滤波器，其结构和参数讲究对称，采用温度性较好的元器件，从而保证电表获得较好的温度特性。电容C3是用来调节相位误差的，其大小应根据实际误差情况而定。3.3.5有功功率、有功电能测量每一路有功功率的计算是通过对输入电压、电流信号进行相乘、相加、数字滤波来完成的。∑-△113 山东科技大学学士学位论文型A/D转换器的高速取样特性保证了对输入信号的取样率，并且采样数据最高可包含21次谐波的信息。计算公式：式（3.7）有功功率的测量原理如图3-14所示，三相总有功功率如下。Pt=Pa+Pb+Pc。式（3.8）图3-13有功功率测量原理框图有功电能的计算是通过瞬时有功功率对时间积分完成的。单相有功电能的计算公式：Ep=∫P(t)dt，三相总有功电能可以根据设置选择代数和模式或绝对值和模式进行相加，见图3-15。其中当SUM脚接高电平表示：三相四线时，三相电能以代数和输出三相三线时，三相电能以绝对值和输出当SUM脚接低电平表示：三相四线时，三相电能以绝对值和输出三相三线时，三相电能以代数和输出代数和模式：式（3.9）绝对值和模式：式（3.10）113 山东科技大学学士学位论文图3-14有功电能测量原理框图3.3.6功率极性判断ATT7030A提供实时有功功率极性指示。负功率指示信号REVP：如果任一相有功功率是负的，REVP将输出高电平，当三相功率都是正时输出低电平。负功率指示信号NEGP：如果三相总有功功率为负，NEGP将输出高电平，反之则输出低电平。注意NEGP只在代数和模式下有效，若选择绝对值和模式，NEGP在任何时都输出低电平。3.3.7电压失调检测ATT7030A可以根据设置的阈值电压检测A、B、C三相电压失调状态。在三相四线制模式下，电压输入通道的阈值电压约为50mV。在三相三线制模式下，电压输入通道的阈值电压约为300mV。功率缺相指示信号PA、PB、PC分别代表A、B、C三相电状态，若输出高电平表明A、B、C三相电压低于设置的阈值电压，输出低电平表明A/B/C三相电压高于设置的阈值电压。3.3.8三相三线制和三相四线制应用在三相四线制模式下，ATT7030A用3项测量原理，三相总功率计算公式为：式（3.11）在三相三线制模式下，ATT7030A113 山东科技大学学士学位论文用2项测量原理，B相通道不参与功率测量，只有A相和C相参与功率测量。三相总功率计算公式为：式（3.12）3.3.9电能输出脉冲电路ATT7030A提供两种输出脉冲：高频输出脉冲CF1和低频输出脉冲F1/F2。在功率测量信号处理电路中，开关电压和电流信号相乘得到瞬时功率，瞬时功率对时间积分转换为电能。A/B/C相电能根据代数和模式或者绝对值和模式相加，通过改变频率信号和分频信号，我们得到高频电能脉冲输出信号，该信号可以用来进行校正。在此基础上，分频信号也可以得到低频输出脉冲信号用于驱动步进电机。下面是当高频输出系数为64时的分频示意图。脉冲输出宽度为90ms。当脉冲宽度小于180ms时，电能输出脉冲周期占空比为1：1。图3-15CF脉冲输出示意图下面是低频输出系数为16时的分频示意图。电能输出脉冲（F1/F2）宽度为275ms。当脉冲周期小于550ms时，电能输出脉冲周期占空比为1:1。113 山东科技大学学士学位论文图3-16F1、F2脉冲输出示意图电能的计量是通过对CF1进行计数实现的，如图3-17所示，将CF1耦合入光电耦合器2051输入端，并由单片机对光耦输出信号进行计量。光电耦合器的应用提高了系统的安全性及计量的可靠性。下图中SAMP端接单片机P3.5，右侧部分的发光二极管为电能脉冲指示信号，TEST插件为的是方便校表与检测。图3-17电能脉冲计量电路3.3.10校准ATT7030A113 山东科技大学学士学位论文提供电阻网络校准方式，可以通过调整电压采样通道的电阻值来校准电能表。系统有效误差可以被校准到1S/0.5S级别。当输入电流是额定电流（Id），采样电压是0.1V时，ATT7030A能够在0.1%Id下启动并且将蠕变限制在0.08%Id。在设计中需要根据条件选择合适的脉冲常数N和计度器变比。对于炬力三相计量芯片，电表校验脉冲CF1计算公式1：CF1=1600*Vu*Vi*G*G/Hfreq式（3.13）其中Vu是参比电压输入下，芯片电压采样管脚上对应的电压，Vi是额定电流输入时芯片电流采样管脚上对应的电压，G是常数0.648（对应于2.4V参考电压），Hfreq为高频输出常数。CF1另一计算公式：CF1=N*Un*Ib/3600000式（3.14）其中N为脉冲常数（又称校表系数），Un为参比电压，Ib为额定电流。由以上两个公式可得出Hfreq=5760000000*Vu*Vi*G*G/(N*Un*Ib)式（3.15）通常Vi取0.1V，根据Un与Ib及脉冲常数N，选合适的Vu（取值范围在0.2V至0.6V之间），使Hfreq与表3-3-2中值靠近。表3-2Hfreq、Lfreq真值表SCFS1S0HfreqLfreq0002561600112816010128801112841006416101648110644113 山东科技大学学士学位论文Lfreq是驱动计度器每一个管脚的分频系数，它对校验脉冲进行分频，因为计度器每走一步需要两个脉冲，所以计度器的变比应为：N/Lfreq*2本系统要求：设计一款三相四线表，参比电压220V，额定电流5A，脉冲常数为400imp/KWh,需计算SCF、S1、S0取值、电压回路的采样电压。第一步：设Vu=0.5V，Vi=0.1V，电流互感器互感系数为1，则Un=220V，Ib=1A，Hfreq=5760000000*0.5*0.1*0.648*0.648/(220*5*400)=109938/400=275由表3-3-3可得，此时Hfreq选择为256。第二步：选择计度器变比本系统因采用单片机处理计数任务，无需计度器，因此计度器变比不需计算。此时Hreq为256，SCF、S1、S0=000。第三步：确定采样电压由公式Vu=Hfreq*N*Un*Ib/(5760000000*Vi*G*G)=256*400*220*5/(5760000000*0.1*0.648*0.648)=0.4657此值在0.2V和0.6V之间，符合设计要求。第四步：确定分压电阻分压电阻的选择通常要考虑一下因数：1、分压电阻的功耗，2、分压电阻的耐压值，3、误差可调范围。113 山东科技大学学士学位论文由于电压回路抗混叠滤波器参数要求。电压采样回路接地电阻为1.2K，这样分压电阻大约为220*1.2/0.4657=566K，考虑实际中参考电压的不同，一般预留25%的调整范围，取样电阻取450K-560K，其中450K左右为固定电阻，110K为可调电阻。考虑过压一倍能力，固定电阻承受越400V电压，每个贴片电阻耐压50V，固定电阻需要放8颗，每个电阻的阻值为450/8=56K。若最小调整精度约为0.1%，则最小的可调电阻可取680欧姆。下表是可调电阻对应的调整精度表。表3-3电阻调整精度表可调电阻6801.2K2.7K4.7K6.2K10K20K47K调整精度0.1%0.2%0.4%0.8%1%2%4%9%下图是一相用电阻分压式采样的电压输入电路。图3-18电阻分压式采样的电压输入电路3.4CPU中央处理单元CPU中央处理单元但由于需要实现数据存储、显示、键盘、通信等功能，因此电路较为复杂，元件较多。设计原理图见图3-19。由图3-4-1113 山东科技大学学士学位论文可知，CPU选用AT89S52，外部存储器选用X5045，一方面存储数据满足掉电数据不丢失，其次X5045具有看门狗功能，监视CPU运行状态及电源电压，保证系统可靠运行。485通信选用75LBC184集成电路，具有带载能力强，传输距离远的特点。红外采用38KHz调制方式，传输距离超过5米，误码率低。CPU有功电量采样使用光电耦合器隔离，提高其采样的可靠性。校表通过光电耦合器输出校表脉冲，方便与校表试验台连接图3-19CPU中央处理单元3.4.1CPU选择AT89S52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，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。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，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52主要功能特点：·与MCS-51产品兼容；·8K字节在系统可编程Flash存储器；113 山东科技大学学士学位论文·1000次擦写周期；·全静态操作：0Hz-33MHz;·三级加密程序存储器；·32个可编程I/O口线；·三个16位定时器/计数器；·八个中断源；·全双工UART串行通道；·低功耗空闲和掉电模式；·掉电后中断可唤醒；·看门狗定时器；·双数据指针；·掉电标识符。AT89S52引脚图见图3-20：图3-20AT89S52DIP封装引脚图3.4.2数据存储模块113 山东科技大学学士学位论文因本系统需要存储用户电量等数据，且要求掉电数据不丢失，该系统选择X5045器件。X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程电路。这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过RESET信号向CPU作出反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按512×8个字节来放置数据。1、引脚介绍X5045采用DIP8封装形式，其管脚排列如图3-20所示，共有8个引脚，各引脚功能如下：：电路选择端，低电平有效；SO：串行数据输出端；SI：串行数据输入端；SCK:串行时钟输入端；：写保护输入端，低电平有效；RESET：复位输出端；VCC：电源端；VSS：接地端。2、工作原理（1）上电复位向X5045加电时会激活其内部的上电复位电路，从而使RESET引脚有效。该信号可避免系统微处理器在电压不足或振荡器未稳定的情况下工作。当Vcc超过器件的Vtrip门限值时，电路将在200ms113 山东科技大学学士学位论文（典型）延时后释放RESET以允许系统开始工作。（2）低电压监视工作时X5045对Vcc电平进行监测，若电源电压跌落至预置的最小Vtrip一下时，系统及确认RESET，从而避免微处理器在电源失效或断开的情况下工作。当RESET被确认后，该RESET信号将一直保持有效，知道电压跌到低于1V。当Vcc返回并超过Vtrip达到200ms时，系统重新开始工作。（3）看门狗定时器看门狗定时器的作用是通过监视WDI输入来监视微处理器是否激活。由于微处理器必须周期性的触发/WDI引脚以避免RESET信号激活而使电路复位，所以/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高到低信号的触发。（4）重新设置Vcc门限X5045出厂时设置的Vcc门限电压为Vtrip，但在应用时，如果标准值不恰当，用户可以重新调整。（5）SPI穿行存储器器件存储器部分是带块保护的CMOS串行EEPROM阵列，阵列的内部组织是×8位。X5045可提供最少为1000000次擦写和100年的数据保存期，并具有穿行外围接口（SPI）和软件协议的特点，允许工作在简单的四总线。X5045主要通过一个8位的指令寄存器来控制器件的工作，其指令代码通过SI输入端（MSB在前）写入寄存器。表3-4所列为X5045的指令格式及其操作。（6）时钟和数据时序当113 山东科技大学学士学位论文变低以后，SI线上的输入数据在SCK的第一个上升沿时被锁存。而SO上的数据则有SCK的下降沿输出。用户可以停止时钟，然后再启动它，以便在它停止的地方恢复操作。在整个工作期间，必须为低。表3-4X5045指令格式及其操作指令名称指令格式操作WREN00000110设置写使能锁存器WRDI00000100复位写使能锁存器RSDR00000101读状态寄存器WRSR00000001写状态寄存器（看门狗及块锁）READ0000A800从选定地址开始读存储器阵列的数据WRITE0000A8010从选定地址开始写入数据至存储器阵列（7）状态寄存器状态寄存器包含四个非易失性状态位和两个易失性状态位。控制位用于设置看门狗定时器的操作和存储器的块锁保护。状态寄存器的格式如下（缺省值为00H）：表3-5X5045状态寄存器格式7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIP其中：WIP（Write-In-Progress）位是易失性只读位，用于指明器件是否忙于内部非易失性写操作。WIP位可用RDSR指令读出。当该位为“1”时，表示非易失性写操作正在进行；为“0”时，表示没有进行写操作。WEL（Write-Eable-Latch）位用于指出“写使能”113 山东科技大学学士学位论文锁存的状态。WEL=1时，表示是易失性只读位。可以用WREN指令设置WEL位；用WRDI指令复位WEL位。用BL0，BL1（BlockLock）位可设置块锁存保护的范围。任何被块锁保护的存储器都只能读出不能写入。这连个非易失性可用WRSR指令来编程，并允许用户保护EEPROM阵列的1/4、1/2、全部或0。参见表3-6.表3-6受保护的EEPROM阵列地址表状态寄存器受保护阵列地址BL1BL000无01180~1FF10100~1FF11000~1FFWD0、WD1（Watchdog-Timer）位于择看门狗的超时周期。见表3-7.表3-7看门狗超时周期选择表状态寄存器看门狗超时周期（典型值）WD1WD0001.4秒01600毫秒10200毫秒11禁止当选中器件后，送8位RDSR指令，并由CLK信号触发即可将状态寄存器的内容从S0线上读出。而在写状态寄存器时，应先将113 山东科技大学学士学位论文拉低，然后送WREN指令，再拉高。然后再次拉低,最后送入WRSR指令及对应状态寄存器内容的8位数据即可。该操作由变高结束。WEL位及引脚的状态对器件内的存储器及状态寄存器各部分保护影响见表3-8表3-8WEL及与状态寄存器关系表WREN命令（WEL）器件引脚（）存储器模块状态寄存器（BL0，BL1，WD0，WD1）保护区不保护区0X保护保护保护X0保护保护保护11保护可写入可写入3、应用电路利用X5045可以很方便地与各类CPU芯片进行连接。它与AT89S52的连接电路图如图3-21所示。113 山东科技大学学士学位论文图3-21X5045与CPU连接电路图3.4.3显示模块本智能电表系统需要显示电表机号、电流互感器系数、电量等数据，无需文字显示，八位LED数码管即可完成显示任务，故我们选择8位LED数码管驱动器MAX7219。1、MAX7219概述MAX7219是MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219可驱动8个7段（包括小数点共8段）数字LED、LED条线图形显示器、或64个分立的LED发光二级管。该芯片具有10MHz传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED的段电流。。它的操作很简单，MCU只需通过模拟SPI三线接口就可以将相关的指令写入MAX7219的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择多种译码方式和译码位。此外它还支持多片7219串联方式，这样MCU就可以通过3根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管显示。2、功能特点·10MHz连续串行口·独立的LED段控制·数字的译码和非译码选择·150uA的低功耗关闭模式·亮度的数字和模拟控制·高电压中断显示·共阴极LED驱动·24脚的DIP和SO封装1、管脚配置MAX7219的外部引脚分配如图3-22所示。113 山东科技大学学士学位论文图3-22MAX7219引脚分配图4、管脚描述各引脚的功能为：DIN：串行数据输入端；DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展；LOAD：装载数据输入；CLK：串行时钟输入；DIG0~DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流；SEGA~SEGGDP7段驱动和小数点驱动；ISET：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流。5、读写书序MAX7129是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据，MAX7129的控制字格式如表3-9。113 山东科技大学学士学位论文如表，工作时,MAX7219规定一次接收16位数据，在接收的16位数据中：D15~D12可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0为待显示数据或是初始化控制字。在CLK脉冲作用下，DIN的数据以串行方式依次移入内部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。工作时序图见图3-23表3-9控制字（即地址及命令字节）DFDEDDDCDBDAD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0XXXX地址码高位数据低位图3-23MAX7219读写时序图6、各类寄存器介绍（1）数据寄存器和控制寄存器MAX7219内部的寄存器主要有：译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219才可工作。（2）译码控制寄存器（09H）如表3-10所示，MAX7219有两种译码方式：B译码方式和非译码方式。当选择非113 山东科技大学学士学位论文译码时，8个数据为分别一一对应7个段和小数点位；B译码方式是BCD译码，直接送数据就可以显示。实际应用中可以按位设置选择B译码或是非译码方式。表3-10MAX7219译码控制寄存器译码方式地址码寄存器数据D7D6D5D4D3D2D1D0非译码式0xx9XXXXXXX0BCD译码0xx9XXXXXXX1（3）扫描界限寄存器（0BH）如表3-11所示，此寄存器用于设置显示的LED的个数（1-8），格式如下表。表3-11MAX7219扫描界限寄存器显示位数12345678寄存器HEX码0xx00xx10xx20xx30xx40xx50xx60xx7（4）亮度控制寄存器（0AH）MAX7219通过加在V+和ISET之间的外部电阻来控制显示亮度。段驱动电流一般是流入ISET端电流的100倍。这个电阻可以是固定的，也可以是可变电阻，通过前面板控制以选择合适的亮度：其最小值为9.53Kohm。它设定段电流为40mA。显示亮度可以通过亮度寄存器来控制。数字控制显示亮度是通过亮度寄存器的低四位来控制的脉宽调制器来控制。调制器将段电流平均分为16个阶次，最大值为由Rset设置的最大电流为31/32，最小值为电流峰值的1/32。（5）掉电模式寄存器（0CH）MAX7219共有两种模式选择，一是关断状态，（最低位113 山东科技大学学士学位论文D0=0）一是正常工作状态（D0=1），见表3-12。MAX7219掉电后，扫描振荡器关闭，所有电流源和地连接，所要数字驱动与V+相连接，所以显示熄灭。停机模式可以节省电源，当有一个连续的警报使显示器发光时，时能离开掉电模式。为了满足掉电模式最低的工作电流，逻辑输入应该在GND或V+(CMOS逻辑电位)。在掉电模式下，显示驱动是可以编程的，而且在显示检测的时候不用考虑它是否在掉电模式工作。表3-12MAX7219掉电模式寄存器格式模式地址码寄存器数据D7D6D5D4D3D2D1D0关断0XXCXXXXXXX0正常0XXCXXXXXXX1（6）显示测试寄存器（0FH）显示寄存器有正常和检测两种工作状态。显示检测状态在不改变所有其他控制和数据寄存器的情况下将所有LED都点亮。在此状态下，8个数据都将被扫描，工作周期为31/32，表3-13列出了显示检测寄存器的格式。表3-13MAX7219显示检测寄存器格式模式地址码寄存器数据D7D6D5D4D3D2D1D0关断0XXFXXXXXXX0正常0XXFXXXXXXX17、MAX7219与单片机连接电路MAX7219与单片机连接见图3-24所示，单片机通过P2.0（CLK）、P2.1（LOAD）、P2.2（DIN）三根控制线完成显示操作。113 山东科技大学学士学位论文图3-24MAX7219与单片机连接图3.4.4键盘模块设计中键盘作用主要用来设置电表号和电流互感器系数，有功能选择键（MENU）和数字键（0-9）采用行列式键盘，与单片机连接如图3-25所示。图3-25系统键盘与CPU连接图113 山东科技大学学士学位论文3.4.5485通讯模块1、常见的串行通信标准常见的串行标准有RS-232、RS-422、RS-485等，它们最初都是由电子工业协会（EIA）制定并发布的。RS-232于1962年发布作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，改进的RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps,传输距离提高到4000英尺，一条平衡总线上使用10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。表格3-14列出了三种串行通信标准的区别。表3-14RS-232/422/485串行通信标准比较表标准RS-232RS-422RS-485工作方式单端差分差分节点数1收、1发1发10收1发32收最大传输距离50英尺4000英尺4000英尺最大传输速率20Kbps10Mbps10Mbps最大驱动输出电压±25V-0.25V～+6V-7V～12V发送器负载阻抗(ohm)3K～7K10054接收器输入电压范围±15V-10V～+10V-7V～+12V接收器输入门限±3V±200mV±200mV接收器输入电阻（ohm）3K～7K4K(最小)≥12K113 山东科技大学学士学位论文2、RS-485标准RS-485标准的最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps。RS-485标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时，RS-485电路具有控制方便、成本低廉等优点。RS-485标准与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式（DifferentialDriverMode），也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。图3-26RS-485发送器的示意图通常情况下，发送发送器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态；负电平在-2～-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。在RS-485器件中，一般还有一个“使能”控制信号。“使能”信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接，当“使能”端起作用时，发送发送器处于高阻状态，称作“第三态”，它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。对于接收发送器，也作出与发送发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当在接收端A-B之间有大于+200mV的电平时，输出为正逻辑电平；小于-200mV时，输出为负逻辑电平。在接收发送器的接收平衡线上，电平范围通常在200mV至6V之间。113 山东科技大学学士学位论文图3-27RS-485接收器的示意图定义逻辑1（正逻辑电平）为B＞A的状态，逻辑0（负逻辑电平）为A＞B的状态，A、B之间的压差不小于200mV。3、75LBC184本智能电表系统采用RS-485差分总线收发器75LBC184进行485通信，它性能优于MAX485。75LBC184采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。。75LBC184与单片机连接图如图3-28所示113 山东科技大学学士学位论文图3-2875LBC184与单片机连接图3.4.6红外通信模块本智能电表系统需要完成与抄表器数据传输功能，红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。使用手持红外抄表器通过遥控的方式，来完成电度表用电量的抄录、设置表电流互感器系数等工作。实现单片机系统红外通信的关键在于红外接口电路的设计以及接口驱动程序的设计。1、红外通信的基本原理红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。2、红外通信接口的硬件电路设计113 山东科技大学学士学位论文单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口。（1）红外发射模块的实现红外发射模块主要包括脉冲振荡器、与非门、驱动三极管、红外发射管等。其中脉冲振荡器选用38K晶振，用于产生载波信号；红外发射管用来发射950nm的红外光束。发射模块工作方块图如下图所示。图3-29红外发射模块方块图本系统采用基于UART口的红外发射电路，此模式是红外通信原理与串口通信原理的有机结合。红外发射器的原理：串行数据由单片机的串行输出端TXD送出，经两级与非门驱动PNP三极管,数位‘0’使三极管导通。38K晶振与电阻、电容及与非门组成振荡器以产生38KHz频率载波，并通过与非门对串行数据进行调制。调制出的信号经过三极管基极的红外发射管以光脉冲形式向外发送信号。数位‘1’时三极管截止，红外发射管不发光。其设计电路如图3-30所示，调制时序图如图3-31所示。113 山东科技大学学士学位论文图3-30红外发射模块电路图图3-31红外发射调制时序图（2）红外接收模块的实现图3-32为红外接收的工作方块图，其主要控制组件为红外接收模块，其内部含有高频载波电路，专门用来滤除红外线合成信号的载波信号（38KHz）而送出发射器的控制信号。当红外线合成信号进入红外接收模块，在其输出端便可以得到原先的数字控制编码，只要经过单片机译码程序译码即可。113 山东科技大学学士学位论文图3-32红外接收模块方块图红外接收器部分我们采用红外专用接收集成电路HS0038来完成红外信号的光电转换及接收。HS0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平,它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。系统中我们将红外接收器输出数据直接连接到单片机的串口接收RXD端，单片机读取串口接收缓冲寄存器并译码即可还原信息。其电路如图3-33所示。图3-33红外接收模块电路图4系统软件设计113 山东科技大学学士学位论文本系统主要完成三相有功电能的计量工作并显示，另外需进行485远距离通信、红外通信，同时为便于设置机号和电流互感器系数，增加键盘电路。为增强系统实用性，本三相智能电表充分利用了CPU内部中断资源：485通信采用串行中断、红外通信采用INT0中断。4.1系统主程序系统主程序流程图如图4-1所示，主程序首先完成对X5045、MAX7219的初始化，设置串口工作方式，开中断，然后重复调用键盘扫描程序，计量脉冲程序，数据对EEPROM写入程序等。其中485通信程序采用外部INT0中断，红外程序采用串口中断。开始初始化X5045初始化7219设置串口工作方式显示程序键盘处理子程序计量脉冲程序喂狗指令读EEPROM写EEPROM开串口中断开INT0中断图4-1系统主流程图4.2键盘程序本智能电表采用4×4行列式键盘113 山东科技大学学士学位论文，包含功能选择键（MENU）和数字键（0-9），分别用来设置电表机号和电流互感器互感系数。行列式键盘与单片机P2口连接，其对应关系如下表所示。表4-1键盘引脚分配表列L1列L2列L3列L4行H10键1键2键3键P2.4行H24键5键6键7键P2.5行H38键9键A键B键P2.6行H4MENU键D键E键F键P.2.7P2.0P2.1P2.2P2.3键盘处理程序中定义以下存储单元变量，以便于程序编写和阅读，流程图见图4-2。FLAGEQU60H;功能号存储区KNUMEQU61H;键值存储区NUMEQU62H;设置位置计数器键盘程序可分为键值判断程序和键盘处理程序两部分。键值判断程序采用行扫描法判断键值，其中R2存列扫描输出码，R3存列值，KNUM存键值，其程序流程图见图4-2；键盘处理程序流程图见图4-3.113 山东科技大学学士学位论文YNYYYN开始有键按下？延时去抖有键按下？R4=00H，R2=EFHL1=0?L2=0?L3=0?L4=0?R2左移第4列？R4+04H键值=R4+00键值=R4+01键值=R4+03键值=R4+02返回键值存KNUMNNYYYNNN113 山东科技大学学士学位论文图4-2键值判断程序流程图NYNY数字键NYMENU键开始键值？FLAG取反FLAG=00?NUM=0R0=#48H+NUMMOV@R0,KNUMNUM=07?NUM+1返回FLAG=00?图4-3键盘处理程序流程图4.3电能脉冲计量程序由ATT7030A资料可以知道，当电路消耗电能时，ATT7030A芯片的CF1脚会输出电能脉冲，其时间宽度为90ms。CF1输出的脉冲经光电耦合器输入到单片机P3.5脚，低电平为有效脉冲。113 山东科技大学学士学位论文程序中定义变量CF1为单片机P3.5脚，65H、66H、67H为电能存储缓冲区，程序流程图如图4-4所示。YNYNYNNYYNNY开始CF1=0?延时20msCF1=0?CF1=1?返回65H=99?66H=99?67H=99?65H+166H+165H=067H+166H=065H=067H=066H=065H=0图4-4电能脉冲计量子程序流程图113 山东科技大学学士学位论文4.4MAX7219初始化及显示程序本智能电表显示部分选用可以同时驱动显示八位LED管的MAX7219，它采用SPI总线驱动方式，有CLK、DIO、LOAD三根驱动线，单片机对应引脚在程序中定义变量如下。DINEQUP0.0;7219数据输入端CLKEQUP0.1;7219移位脉冲输入端LOADEQUP0.2;7219数据装载信号输入端4.4.1MAX7219初始化MAX7219的初始化需要对显示位数、显示亮度、译码方式、显示模式等寄存器的设置，具体如表4-2所示。MAX7219初始化流程图见4-5所示。表4-2MAX7219各寄存器初始化表寄存器选项地址写入数据功能扫描边界寄存器0BH07H8位LED显示亮度控制寄存器0AH04H10/32亮度显示显示检测寄存器0CH01H正常显示状态译码方式寄存器09H0FFHBCD译码方式113 山东科技大学学士学位论文设置0CH设置09H设置0CH设置0AH开始返回图4-5MAX7219初始化流程图4.4.2显示程序该智能电表系统显示模块中，显示界面有两种显示状态：第一种是显示机号和电量状态，第二种时设置机号和互感器原副边系数状态。对应两种状态，单片机内部存储器中相应开辟出BUFFLED1和BUFFLED2两块显示缓冲区。BUFFLED1中40H、41H存储电表机号，42H～47H存储电能数据；BUFFLED2中48H、49H存储电表机号，4AH～4FH存储电流互感器原副边系数。显示程序流程图见图4-6。BUFFLED1EQU40H;7219显示缓冲区1BUFFLED2EQU48H;7219显示缓冲区2113 山东科技大学学士学位论文NYNYR1=RAM0，R3=08写数位及显示数据R3=0?R0+1，R1+1，R3-1返回FLAG=0?R0=BFLED1首地址R0=BFLED2首地址开始图4-6显示程序流程图4.5X5045相关程序X5045集串行EEPROM、电压监控、看门狗于一体，采用SPI总线驱动，有SCLK、SI、SO、CS四根驱动线。将SI和SO连接在一起组成SIO,WP为其内存写保护端。程序中X5045与单片机所连接的引脚定义成如下变量。CSEQUP1.4;X5045片选端WPEQUP1.5;X5045写保护端113 山东科技大学学士学位论文SCLKEQUP0.6;X5045时钟端SIOEQUP1.7;X5045数据端该电表系统中X5045的主要任务是：上电后读取EEPROM中所存储的电表机号及电能数据，对电能进行计量时将电能数据及机号写入EEPROM，系统运行期间喂狗。其中EEPROM读写程序流程图见图4-7和图4-8。返回CS=1、SCLK=0读电量读互感器系数读机号写低八位指令写高八位指令CS=0、SCLK=0写使能寄存器开始写使能寄存器CS=0、SCLK=0写高八位指令写低八位指令写机号写互感器系数写电量CS=1、SCLK=0返回喂狗指令：WCHDOG:CLRCSNOPNOPSETBCSRET开始图4-7EEPROM读数据程序流程图图4-8EEPROM写数据程序流程图113 山东科技大学学士学位论文4.6485通信程序485通信主要完成智能电表系统与上位机的数据传输任务。串口通信的的起始位为低电平，恰好可以作为单片机外部中断源，此处485通信采用INT0中断方式。初始化需设置串口工作方式、波特率、中断方式，具体设置如下。表4-3RS-485初始化设置表寄存器设置写入数据功能TMOD20HT1工作方式2PCON80H波特率加倍TH10F3H波特率为4800bit/sTL10F3HEXO‘1’允许INT0中断SCON50H串口工作方式1智能电表系统通过RS-485总线与上位机进行数据传输,其中R3存的是发送的数据位数；0FFH是上位机要求发送数据指令；P3.6是485芯片75LBC184的使能控制端，高电平时接收允许，低电平时发送允许。当系统接收到“发送数据指令”（即0FFH）时，将机号和电量数据发送给上位机，程序流程图见图4-9。113 山东科技大学学士学位论文YNNYNY进中断保护现场RI=1?CLRRI0FFH？发送电量数据R3-1R3=0?恢复现场退出中断SETBPSW.3CLRP3.6CLRPSW.3SETBP3.6图4-9智能电表系统与上位机485通信程序流程图113 山东科技大学学士学位论文4.7红外通信程序进行红外通信之前，通信双方首先要根据系统的功能要求制订某种特定的通信协议，然后才能编写相应的通信程序。在电度表抄表系统中，红外通信的一方是单相电度表，另一方是手持抄表器，双方约定当电表接收到抄表器发送来的“抄表指令”（0AAH）时，发送电表机号和电量数据。电能表红外通信采用串口通信，并采用串口中断方式。初始化需要设置串口工作方式、波特率、串口中断，初始化程序如下。MOVSCON,#50H;设置串口工作方式1MOVPCON,#80H;波特率加倍MOVTMOD,#20H;定时器1共作在方式2MOVTH1,#0F3H;定时器初值，波特率4800bit/sMOVTL1,#0F3HSETBEA;开总中断SETBES;开串口中断CLRP3.7;禁止红外发射红外串口中断程序中，通过对PSW.4置位换当前工作寄存器；P3.7是红外发射控制端，当其低电平时禁止发送，高电平发送有效。红外中断服务程序的流程如图4-10所示。113 山东科技大学学士学位论文YNNYNY进中断保护现场RI=1?CLRRI0AAH？发送电量数据R3-1R3=0?恢复现场退出中断SETBPSW.4SETBP3.7CLRPSW.4CLRP3.7图4-10红外中断程序流程图113 山东科技大学学士学位论文5测试结果与分析1、有功电能测量在不同测试电压、测试电流条件下，对三相智能电表进行测试，结果如表5-1所示。分析测试结果可知，本次设计的三相智能电表系统已达到1级精度要求。表5-1三相智能电表有功电能测试表测试电压（伏特）测试电流（安培）误差（%）结论123平均误差1100.051.311.401.521.41符合1级精度要求0.11.251.321.321.290.21.010.730.630.790.51.000.550.740.761.00.540.570.610.571.50.580.260.610.4850.420.220.310.312200.051.111.411.131.22符合1级精度要求0.10.940.720.870.850.20.830.720.640.730.50.940.560.710.731.00.380.510.430.441.50.520.230.550.4350.360.210.390.353800.051.211.361.571.38符合1级精度要求0.11.131.261.011.130.20.860.720.690.760.50.890.540.820.721.00.510.500.410.471.50.510.270.520.4350.570.240.410.41113 山东科技大学学士学位论文2、485通信测试三相智能电表系统通过RS-485/RS-232转换器与上位机联接，并进行485通信测试。测试结果：数据能够准确无误的传输到上位机，传输距离超过1000米，可知该设计较好的完成了设计要求。3、红外通信测试红外通信属于设计要求之外的扩展功能，通过红外抄表器与三相智能电表系统进行测试，三次测试结果为4.5米、5.1米、5.0米，并可正常设置表号。由此可知，红外通信功能扩展基本实现目标。4、其他功能测试经过多次测试表明，本三相智能电表系统可正常显示各种数据，键盘可实现预期设定功能，掉电数据不丢失，看门狗功能正常。113 山东科技大学学士学位论文6结论及前景展望本系统实现了对电能的精确测量及智能化管理，可以正常显示电量、存储数据、键盘控制、串行通信及红外通信，基本完成了预期设计目标，证明了该设计方案的可行性及正确性。三项智能电表多功能化、智能化的实现体现了其相对于传统电表的区别及先进之处，为我们建设“智能电网”的实现提供了技术支持，方便了工用、民用生活，证明本次设计研究具有广阔的实际意义和市场前景。总结设计过程，我们可以得出一下几点结论：·系统设计时，一定要遵循“软件与硬件相结合”的原则。采用硬件来实现一些功能,可以提高速度,减少存储容量和软件研制的工作量,但会增加硬件成本,降低硬件的利用率和系统的灵活性与适应性。相反,若用软件来实现某些硬件功能可以节省硬件开支,提高灵活性和适应性,但相应速度要下降,软件设计费用和所需存储容量要增加。·软件编程语言选择时，一定要具体问题具体分析。单片机C语言编程，可读性好，但代码效率低，适合编较大程序和整体程序；单片机汇编语言代码执行率高，但可读性差，适合编较小程序和子程序。·考虑实际需要，该智能电表可以改用LCD以便可以显示更复杂的内容；键盘也可以改为矩阵式键盘以对电表进行更复杂的控制；系统可以设计成带IC卡的预付费电表，更方便的实现缴费功能。113 山东科技大学学士学位论文课题设计参考文献[1]李华．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京：航空航天大学出版社，1988，8，12~45[2]公茂法．电子式智能多用户电能表，电子产品维修与制作．机械电子工业出版社，北京，1998，6,23~32[3]周铁峰杨建新．VisualBasic6.0实用编程技术．北京：中国水利水电出版社1999,3,34~56[5]蒋伟光郝磊．X5045电路及其应用．国外电子元器件，2002，5（5）：48~55[6]李保伟．智能电表简介．新技术新产品，2010,3（3）：70~73[7]李刚林凌．8位串口LED显示器MAX7219．仪表仪器与检测．1997，3（3）：25~29[8]Hitrendtech．ATT7030AUserManual．2009，8：1~16[9]Maxim．SeriallyInterfaced,8-DigitLEDDisplayDrivers．1996．9：1~16113 山东科技大学学士学位论文致谢经过四个多月的设计工作，《带互感器的三相智能电表设计》终于接近尾声，论文撰写及实物调试工作已经顺利完成。毕业设计的结果整体令人满意，但因本人水平有限及实际经验欠缺，不可避免的出现了些不周之处。首先衷心的感谢我的毕业设计指导老师魏老师。从2010年我就跟随魏老师参加电子竞赛、做项目，因而有机会从理论学习进入实践应用。今年的毕业设计从选题、搜集材料、实际设计及论文撰写与修改都是在魏老师的悉心指导和热情关怀下完成的。魏老师严谨求实的治学态度和勤劳奋进、刻苦钻研的工作作风都给我树立了很好的榜样，从中我受益匪浅，收获良多。再次向魏老师表示感谢！其次要感谢大学四年里为我们传道、授业、解惑的各位老师，没有你们三尺讲台上的挥汗如雨，就没有我们今天的知识储备，也就没有完成毕业设计走向各自岗位的机会。还有感谢大学各位同窗们在学习上、生活上给予我的鼓励和支持，为我顺利完成毕业设计创造了良好的环境。最后，对在帮忙之中审阅论文的各位老师和教授们表示衷心的感谢！恳请各位老师指正设计中的错误和不足，提出年宝贵的意见。113 山东科技大学学士学位论文附录一：系统程序DINEQUP0.0;7219数据输入端CLKEQUP0.1;7219移位脉冲输入端LOADEQUP0.2;7219数据装载信号输入端CF1EQUP3.5;计量脉冲输入端CSEQUP1.4;X5045片选端WPEQUP1.5;写保护SIOEQUP1.7;X5045数据端SCLKEQUP1.6;X5045时钟端KEYPORTEQUP2;键盘口BUFFLED1EQU40H;7219显示缓冲区1BUFFLED2EQU48H;7219显示缓冲区2FLAGEQU60H;功能号KNUMEQU61H;键值号NUMEQU62H;设置位数CONTEQU63H;数码管设置位置计数器ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPRS485；485通信中断子程序ORG0023HAJMPIFR；红外通信中断子程序ORG0050HMAIN:MOVSP,#70H113 山东科技大学学士学位论文MOVFLAG,#00H;清计数器初值MOVKNUM,#00HMOVNUM,#00HMOVCONT,#00HMOVA,#0FH;键盘口初始化MOVKEYPORT,ACLRWPLCALLWRSR_CMD;初始化X5045LCALLRD_EEP;从EEPROM读数据SETBWPLCALLPRE7219;初始化7219MOVSCON,#50H;设置串口工作方式1，4800K/SMOVPCON,#80HMOVTMOD,#20H;定时器1共作在方式2MOVTH1,#0F3H;定时器初值MOVTL1,#0F3HSETBEA;开总中断SETBEX0;开外部中断SETBES;开串口中断SETBP3.6;置485接收状态CLRP3.7;禁止红外发射SETBTR1;开定时器1LCALLWCHDOGLOOP:LCALLWCHDOG113 山东科技大学学士学位论文LCALLINP;扫描计量脉冲LCALLLEDDISP;调显示子程序LCALLKEYSLCALLTIM;延时LCALLWRSR_CMD;写使能LCALLWR_EEP;向EEPROM写数据SETBWP;5045写保护LCALLWCHDOGAJMPLOOP;使能寄存器WRSR_CMD:CLRWPCLRSCLKCLRCSMOVA,#01HLCALLINBITMOVA,#00HLCALLINBITNOPNOPCLRSCLKSETBCSWREN_CMD:LCALLRDSR_CMDJBACC.0,WREN_CMDCLRSCLKCLRCS113 山东科技大学学士学位论文MOVA,#06HLCALLINBITNOPCLRSCLKSETBCSLCALLRDSR_CMDJBACC.0,$RET;从EEPROM里读数据RD_EEP:CLRWPMOVDPTR,#0030HCLRSCLKCLRCSMOVA,#03HMOVB,DPHMOVC,B.0MOVACC.3,CLCALLINBITMOVA,DPLLCALLINBITMOVR7,#10HMOVR0,#40HLP1:LCALLOUTBITMOV@R0,AINCR0113 山东科技大学学士学位论文DJNZR7,LP1CLRSCLKSETBCSLCALLRDSR_CMDJBACC.0,$RET;向EEPROM里写数据WR_EEP:CLRWPMOVDPTR,#0030HCLRSCLKCLRCSMOVA,#02HMOVB,DPHMOVC,B.0MOVACC.3,CLCALLINBITMOVA,DPLLCALLINBITMOVR7,#10HMOVR0,#40HLP2:MOVA,@R0LCALLINBITINCR0DJNZR7,LP2CLRSCLK113 山东科技大学学士学位论文SETBCSRET;读状态寄存器RDSR_CMD:CLRCSCLRSCLKMOVA,#05HLCALLINBITLCALLOUTBITCLRSCLKSETBCSRET;向X5045写指令数据程序INBIT:MOVR5,#08HINBIT1:CLRSCLKRLCAMOVSIO,CSETBSCLKDJNZR5,INBIT1CLRSIORET;从X5045读数据程序OUTBIT:MOVR5,#08HOUTBIT1:SETBSCLKCLRSCLKMOVC,SIO113 山东科技大学学士学位论文RLCADJNZR5,OUTBIT1CLRSIORET;喂狗指令WCHDOG:CLRCSNOPNOPSETBCSRET;7219初始化程序PRE7219:MOVA,#0BH;显示8位数MOVR2,#07HLCALLSHIFTMOVA,#0aH;亮度选择MOVR2,#04HLCALLSHIFTMOVA,#09H;BCD译码MOVR2,#0ffHLCALLSHIFTMOVA,#0CH;正常显示MOVR2,#01H113 山东科技大学学士学位论文LCALLSHIFTRET;LED显示子程序LEDDISP:ORL41H,#80H;添加小数点ORL46H,#80HORL49H,#80HORL4CH,#80HMOVA,FLAGJNZBFMOVR0,#BUFFLED1;显示缓冲区JMPLOOP0BF:MOVR0,#BUFFLED2LOOP0:MOVR1,#08H;7219内RAM0地址MOVR3,#08HLOOP1:MOVA,@R0MOVR2,AMOVA,R1LCALLSHIFTINCR0;改显示数DECR1;改显示位DJNZR3,LOOP1RETSHIFT:LCALLSEND;数位寄存器写进7219中113 山东科技大学学士学位论文MOVA,R2LCALLSEND;显示数据写入7219中CLRLOADNOPNOPSETBLOAD;装载数据RETSEND:MOVR4,#08H;写入8位数据LOOP2:CLRCLKRLCAMOVDIN,CNOPNOPNOPSETBCLKDJNZR4,LOOP2RET;计量脉冲处理子程序INP:MOVC,CF1JNCSUMMOVCONT,#00HJMPEN_DSUM:MOVA,CONTCLRCSUBBA,#01H113 山东科技大学学士学位论文JZL_PINCCONTJMPEN_DL_P:MOVC,CF1JNCL_PMOVA,47HCLRCSUBBA,#09HJZSP1INC47HJMPEN_DSP1:MOVA,46HANLA,#0FHCLRCSUBBA,#09HJZSP2INC46HMOV47H,#00HJMPEN_DSP2:MOVA,45HCLRCSUBBA,#09HJZSP3INC45HMOV46H,#00H113 山东科技大学学士学位论文MOV47H,#00HJMPEN_DSP3:MOVA,44HCLRCSUBBA,09HJZSP4INC44HMOV45H,#00HMOV46H,#00HMOV47H,#00HJMPEN_DSP4:MOVA,43HCLRCSUBBA,#09HJZSP5INC43HMOV44H,#00HMOV45H,#00HMOV46H,#00HMOV47H,#00HJMPEN_DSP5:MOVA,42HCLRCSUBBA,#09HJZSP6113 山东科技大学学士学位论文INC42HMOV43H,#00HMOV44H,#00HMOV45H,#00HMOV46H,#00HMOV47H,#00HJMPEN_DSP6:MOV42H,#00HMOV43H,#00HMOV44H,#00HMOV45H,#00HMOV46H,#00HMOV47H,#00HEN_D:RET;键盘处理子程序keys:ACALLKEY_CLOSEJNZLK0ACALLTIMAJMPNSLK0:ACALLTIMACALLTIMACALLKEY_CLOSEJNZLK1AJMPNS113 山东科技大学学士学位论文LK1:MOVR2,#0EFHMOVR4,#00HLK2:MOVA,R2MOVKEYPORT,ANOPMOVA,KEYPORTJBACC.0,L1MOVA,#00HAJMPLKL1:JBACC.1,L2MOVA,#04HAJMPLKL2:JBACC.2,L3MOVA,#08HAJMPLKL3:JBACC.3,NEXTMOVA,#0CHLK:ADDA,R4MOVKNUM,ALK3:ACALLTIMACALLKEY_CLOSEJNZLK3JMPKEYPRONEXT:INCR4MOVA,R2113 山东科技大学学士学位论文JNBACC.7,NSRLAMOVR2,AAJMPLK2KEY_CLOSE:MOVKEYPORT,#0FHNOPMOVA,KEYPORTCPLAANLA,#0FHRETKEYPRO:MOVA,KNUMXRLA,#0CHJZK1MOVA,FLAGJZNSMOVA,KNUMXRLA,#00HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#01HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#02H113 山东科技大学学士学位论文JZK2MOVA,KNUMXRLA,#03HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#04HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#05HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#06HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#07HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#08HJZK2MOVA,KNUMXRLA,#09HJZK2AJMPNSK1:MOVA,FLAGCPLA113 山东科技大学学士学位论文MOVFLAG,AJZK3AJMPNSK2:MOVA,#48HADDA,NUMMOVR0,AMOVA,KNUMMOV@R0,AMOVA,NUMXRLA,#07HJZK3INCNUMMOV40H,48HMOV41H,49HJMPNSK3:MOVNUM,#00HNS:RET;延时6ms子程序TIM:MOVR7,#12hTIM1:MOVR6,#0ffhTIM2:DJNZR6,TIM2DJNZR7,TIM1RET;485通信中断程序RS485:PUSHACC;保护现场113 山东科技大学学士学位论文SETBPSW.3;换工作寄存器组JNBRI,$;接收完毕？CLRRIMOVA,SBUFCJNEA,#0FFH,STOP;不是发送数据指令转移SED:CLRP3.6;485发送有效MOVR0,#40H;发电量数据MOVR3,#08HSED1:MOVA,@R0ANLA,#0FHMOVSBUF,ASED2:JNBTI,SED2CLRTIINCR0DJNZR3,SED1STOP:SETBP3.6;置485接收有效POPACC;恢复现场CLRPSW.3RETI;红外中断程序IFR:CLREX0;禁止外部中断0CLRES;禁止串口中断PUSHACC;保护现场SETBPSW.4;换工作寄存器组JNBRI,IFR_RET113 山东科技大学学士学位论文CLRRIMOVA,SBUFCJNEA,#0AH,IFR_RETTRS:SETBP3.7;置红外发送有效MOVR0,#40H;发电量数据MOVR3,#08HTRS1:MOVA,@R0ANLA,#0FHMOVSBUF,ATRS2:JNBTI,TRS2CLRTIINCR0DJNZR3,TRS1IFR_RET:CLRP3.7;红外接收有效SETBEX0;开外部中断SETBES;开串口中断POPACC;恢复现场CLRPSW.4;换工作寄存器RETIEND113 山东科技大学学士学位论文附录二：英文文献及译文1、英文文献ATT7030AUserManualTableofContentsChapter1Introduction································································································21.1Features·······································································································2·1.2Functionadescription···················································································21.3Blockdiagram·····························································································31.4Pindefinition······························································································41.5Applicationdiagram····················································································6Chapter2SystemFunctions···················································································72.1Powersupplymonitor················································································72.2ADC············································································································72.3Activepowermeasure················································································82.4Activeenergymeasure··············································································82.5powerdirectionjudgement·········································································92.6Voltage-depreciationdetecting···································································92.7Hardwareportdetecting··············································································9113 山东科技大学学士学位论文2.8Applicationfor3-phase3-wireand3-phase4-wire·····································92.9energypulseoutput···················································································10Chapter3Calibration·····························································································113.1Calibrationelements·················································································113.2Designillustrated·······················································································12Chapter4ElectricalCharacteristics·······································································134.1Electricalparameter··················································································134.2Packaginginformation··············································································14113 山东科技大学学士学位论文Chapter1Introduction1.1Features•Highaccuracy,lessthan0.1%overadynamicrangeof1000to1;•Activeenergymeasureaccordwith1S,0.5S,supportsIEC687/1036,GB/T17215-1998;•Provideactiveenergymeasurement;•ProvidenegativepowerindicationREVPwhenanyonephaseactivepowerisnegative;•Providenegativephaseindicationwhen3-phasecombinedpowerisnegative,whichcanbeusedforstoppingreversesituationNEGP;•Providephase-cutindicationPA/PB/PC;•Providecalibrationpulseoutputforactiveenergy:CF1;•ProvidepulseoutputF1/F2fordrivingelectromechanicalcounterandsteppermotor;•Selectablecalculatingmodefor3phaseenergycombined;•Adjustablemeterconstant;•Startupcurrent0.1%;•Accuratemeasureforactivepowerwhichcontain21stharmonic;•Providegainandphasecompensation,nonlinearcompensationforlittlecurrent;•Suppliesresistancenetworkcalibration;•Compatiblewith3-phase3-wireand3-phase4-wire;•Single+5Vpowersupply;•QFP44package.1.2FunctionaldescriptionATT7030Aisahighaccuracy3-phaseactiveelectronicenergymeteringchipwhichissuitablefor3-phase3-wireand3-phase4-wire.113 山东科技大学学士学位论文ATT7030Aincorporates6second-ordersigma-deltaADCs,referencevoltagecircuitryandtheentiresignalprocessingrequiredcalculatingdigitalpower.ATT7030Aissuitableformeasuringactivepower;itprovidesphase-cutindication,negativepowerindication,andnegativephaseindicationfor3-phasecombinedpower.ATT7030Aprovidespulseoutputwhichcanbeuseddirectlytocalibrateerror.ATT7030Aprovideslowfrequencypulseoutputwhichcanbeusedtodriveelectromechanicalcounter..ATT7030Asupportsresistancenetworkcalibration.Thesystemerrorcanbecalibratedtosufficeclass1Sviaadjustingresistancenetwork.Thepulseforactiveenergy(CF1)canbeconnecteddirectlytostandardmeterforcalibration.Refertochapter3fordetailedcalibrationmethod.PowersupplymonitorcircuitrysafeguardsATT7030A’sperformance.1.3Blockdiagram1.4PindefinitionPin113 山东科技大学学士学位论文113 山东科技大学学士学位论文113 山东科技大学学士学位论文1.5Applicationdiagram113 山东科技大学学士学位论文Chapter2SystemFunctions2.1PowersupplymonitorATT7030Acontainsanon-chippowersupplymonitor.Theanalogsupply(AVCC)iscontinuouslymonitoredbytheATT7030A.Ifthesupplyislessthan4V±5%,theATT7030Awillbereset.Thisisusefultoensurecorrectdevicestart-upatpower-onandpower-down.Thepowersupplymonitorhasbuiltinhysteresisandfiltering.Thisgivesahighdegreeofimmunitytofalsetriggerduetonoisysupplies,asillustratedinthefigure2-1.ThepowersupplyshouldbedecoupledsothattherippleatAVCCdoesnotexceed5V±5%fornormaloperation.2.2ADCThereare6ADCsinATT7030A,allofwhichusefullydifferentialvoltageinputs,withamaximuminputvoltageof±1.0V.Forproperapplication,wesuggestthatvoltagechannelinputsetat0.5Vandcurrentchannelinput(atbasecurrent–Ib)setat0.1V.Thetypicalvalueofreferencevoltage(RefcapandRefout)is2.4V.BlockdiagramofADCinATT7030A:113 山东科技大学学士学位论文Typicalinputcircuitry:2.3ActivepowermeasureCalculationofactivepowerforeachphaseisachievedbymultiplication,additionanddigitalfiltering,whichactoninputvoltageandcurrentsignals.Theover-samplingofsigma-deltaADCguaranteessamplingrateofinputsignals,andthesampleddatacontainsinformationforupto21stharmonic.Andaccordingtotheformula,theactivepowercontainsinformationforupto21stharmonic.Themeasureelementsofactivepowerisillustratedinthenetherfigure,3-phasecombinedactivepowerPt=Pa+Pb+Pc.113 山东科技大学学士学位论文2.4ActiveenergymeasureCalculationofactiveenergyisachievedviainstantaneousactivepowerintegratingtothetime.Theformulaofsinglephaseactiveenergy:Ep=∫p(t)dtThe3-phasecombinedactiveenergycouldbesummatedaccordingtoalgebraicadditionmodeorabsoluteadditionmode,whichcouldbeset.Algebraicadditionmode:Ept=Epa+Epb+EpcAbsoluteadditionmode:Ept=|Epa|+|Epb|+|Epc|2.5powerdirectionjudgementATT7030Asuppliesrealtimeactivepowerdirectionindication.NegativepowerindicationREVP:ifanyonephaseactivepowerisnegative,REVPwouldoutputhighlevel,goeslowwhen3phasepowerispositive.NegativepowerindicationNEGP:if3-phasecombinedactivepowerisnegative,NEGPwouldoutputhighlevel,goeslowwhen3-phasecombinedactivepowerispositive.Noticed113 山东科技大学学士学位论文thatNEGPbeeffectualonlyinalgebraicmode.Ifweselectabsoluteadditionmode,NEGPwouldoutputlowlevelallthetime.2.6Voltage-depreciationdetectingATT7030AcandetectA/B/C3phasevoltage-depreciationstatusbasingonconfiguredthresholdvoltage.In3-phase4-wiremode,thresholdvoltageisabout50mvforvoltagechannelinput.In3-phase3-wiremode,thresholdvoltageisabout300mvforvoltagechannelinput.Voltage-depreciationstatuscouldbeindicatedbypower-cutindicationPA/PB/PC.Power-cutindicationPA/PB/PCoutputhighleveldenotesA/B/C3-phasevoltageislessthanconfiguredthresholdvoltage,outputlowleveldenotesA/B/C3-phasevoltageishigherthanconfiguredthresholdvoltage.2.7HardwareportdetectingATT7030Acandetecthardwareportautomatically.Systemwillresetwhenhardwareportchanges.ATT7030Ahasexternalinputport:S0/S1/SCF,SEL,andSUM.2.8Applicationfor3-phase3-wireand3-phase4-wireIn3-phase4-wiremode,ATT7030Auses3elementmeasurementmethod,3-phasecombinedpowercalculatedformulais:In3-phase3-wiremode,ATT7030Auses2elementmeasurementmethod,3-phasecombinedpowercalculatedformulais:In3-phase3-wiremode,phaseBchanneldoesn’ttakepartinpowermeasurement.OnlyphaseAandphaseCchanneltakepartinpowermeasurement.113 山东科技大学学士学位论文2.9energypulseoutputATT7030Aprovidestwokindsofpulseoutput:high-frequencypulseoutputCF1andlow-frequencypulseoutputF1/F2.Thisisenergypulseillustrateddiagram:Inpowermeasurementsignalprocessingcircuitry,switchedvoltageandcurrentsignalmultiplytogetholdofinstantaneouspower,whichintegratingtothetimetoturnintoenergy.A/B/Cphaseenergyissummatedaccordingtoalgebraicadditionmodeorabsoluteadditionmode,throughswitchingtheresulttofrequencysignalanddivided-frequency,thenwegetholdofhigh-frequencyenergypulseoutputsignalwhichcouldbeusedtocalibrate.Onthisfoundation,divided-frequencyagaincangetholdoflow-frequencypulseoutputsignalwhichcouldbeusedtodrivesteppermotor.Undersideisdivided-frequencysketchmapwhenhigh-frequencyoutputconstantis64.Thepulse-widthofenergypulseoutputis90ms.Whenpulsecycleislessthan180ms,energypulseoutputdutycycleis1:Undersideisdivided-frequencysketchmapwhenlow-frequencyoutputconstantis16.Thepulse-widthofenergypulseoutput(F1/F2)is275ms.Whenpulsecycleislessthan550ms,energypulseoutputdutycycleis1:1.113 山东科技大学学士学位论文Chapter3Calibration3.1CalibrationelementsATT7030Asuppliesresistancenetworkcalibration,whichcalibratestheenergymeterviaadjustingresistancevalueinvoltagesamplingchannel.Thesystemactiveerrorcanbecalibratedtosufficeclass1S/0.5S.Start-upandcreep:Whencurrentinputisratedcurrent(Ib),thesamplingvoltageis0.1V,ATT7030Acanstart-upat0.1%Ibandpreventscreepingat0.08%Ib.Single-phasehigh-frequencyoutputCFformula:Voltagechannelinput:VuCurrentchannelinput:ViATT7030AADCgain:G=0.648Single-phasehigh-frequencyoutput:CF=1600*Vu*Vi*G2/HFreqSingle-phaselow-frequencyoutput:LF=CF/LfreqHFreqisdecidedbySCF/S1/S0List3-1113 山东科技大学学士学位论文WhenVu=0.5v,Vi=0.1v,therelationinCFandSCF/S1/S0:List3-2:Designadvisement:①WeshouldcalculateCFbasingonratedvoltageUn(Unit:volt),ratedcurrentIb(Unit:amp)andselectedcalibrationconstant(Unit:imp/kWh).ThenselectHFreqinlist3-2accordingonCF.CFcalculatedformula:CF=EC*Un*Ib/3600000②WhenselectedelectromechanicalcounterratioisN:1,wecouldcalculateLFreqaccordingtoformula:LFreq=EC*2/N③BasingonHFreqandLFreq,wecanselectSCF/S0/S1accordingtolist3-2.3.2DesignillustratedIfRatedvoltage:Un=220VRatedcurrent:Ib=5A113 山东科技大学学士学位论文Calibrationconstant:1600imp/kWhElectromechanicalcounterratio:400:1ThenCF=EC*Un*Ib/3600000=1600*220*5/3600000=0.4889HzInputADCcurrentandvoltagesignalis0.1Vand0.5Vinratedcurrentandratedvoltage.AccordingtoCFandlist3-2,weselectHFreq=64.LFreq=EC*2/N=1600*2/400=8SCF/S1/S0=101Chapter4ElectricalCharacteristics4.1Electricalparameter113 山东科技大学学士学位论文4.2PackaginginformationPackaginginformation:44PinQFP(QuadFlatPackage10X10)NOTE：1.Controllingdimension---millimeter.2.Eachleadcenterlineislocatedwithin0.12mm(0.005inch)ofitstrueposition(T.P.)atmaximummaterialcondition113 山东科技大学学士学位论文1、汉文译文ATT7030用户手册目录表第一章芯片介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.1特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.2功能描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.3结构图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.引脚定义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.5应用图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5第二章系统功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.1上电检测器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.2模数转换器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3有功功率测量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.4有功电能测量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.5功率极性判断．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.6电压失调检测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.7硬件通道检测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.8三相三线制和三相四线制的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.9电能输出脉冲．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8第三章校准．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93.1校准原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93.2设计举例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10第四章电性特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．114.1电性参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．114.2封装信息．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11113 山东科技大学学士学位论文第一章芯片介绍1.1特点·高精度，在1000到1的动态范围内误差小于0.1%；·电能测量符合1S、0.5S级，支持IEC687/1036标准，GB/T17215-1988；·提供有功电能测量·当任意一相功率反向时，提供功率反向指示信号REVP；·当三相合功率为负时提供反相指示信号NEGP，可以用于止逆场合；·提供缺相指示PA/PB/PC；·提供有功电能校准输出脉冲：CF1；·提供输出脉冲F1/F2，用于驱动电量计度器和步进电机；·三相合电能计算模式是可选择的；·仪表可持续调节；·开启电流0.1%；·可对包含21次谐波的有效功率进行精确测量；·对小电流提供增益补偿、相位补偿和非线性补偿；·提供校准电阻网络；·+5V单电源供电·QFP44封装1.2功能描述ATT7030A是一款对三相有功电能进行高精度测量的芯片，适用于三相三线制和三相四线制。ATT7030A内部集成了6路二阶∑—△型A/D转换器，基准电压电路和需要计算数字功率的完整信号处理器；113 山东科技大学学士学位论文ATT7030A提供了可以直接用于校准误差的输出脉冲；ATT7030A提供了提供低频输出脉冲，可用于驱动电量计度器；ATT7030A提供了校准电阻网络。通过调整电阻网络，系统误差可以被校准到1S级别。有功电能脉冲（CF1）可以直接连接到标准仪表进行校准。详细校准原理请参考第三章。1.3结构图1.4引脚定义113 山东科技大学学士学位论文管脚名称I/O描述1RESETIATT7030复位，低电平有效，内部上啦47K电阻2SIGO正常工作时SIG脚为低电平3，4V1P/V1NIA相模拟电流输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。5REFCAPO内部基准电压，2.4V，可以连接到外部基准电压。该脚通过10uF和0.1uF电容接地去耦。6，7V3P/V3NIB相模拟电流输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。8，15AGNDAGND这个模拟地是所有模拟电路的参考地9，10V5P/V5NIC相模拟电流输入通道。最大输入信号电平±113 山东科技大学学士学位论文1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。11REFOUTO基准电压输出，作为输入信号的偏置12，18AVCCAVCC模拟供电电源，在指定应用时其电压应维持在5V±5%。这个管脚应该通过10uF电容和0.1uF电容接地去耦。13，14V2P/V2NIA相模拟电压输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。16，17V4P/V4NIB相模拟电压输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。19，20V6P/V6NIC相模拟电压输入通道。最大输入信号电平±1.5V。所输入端内部都有静电保护电路，这些输入脚还有±6V过电压保护，防止器件被损毁。21，22S0/S1I为输出频率选择系数，内部上拉300K电阻23．44GNDGND数字地24TESTI测试脚，正常情况下接地。北部下拉47K电阻。25SCFI联合S0/S1为输出频率选择系数，内部上拉300K电阻26SELI系统模式选择端，高电平三相四线制，低电平三相三线制。内部上拉300K电阻。27CF1O有功电能脉冲输出脚28NC----空脚113 山东科技大学学士学位论文29，30F1/F2O低频有功电能脉冲输出端，代表的是三相平均有功功率。用于驱动电量计度器。31NEGPONEGP：当三相有功功率为负时输出高电平，当三相有功功率为正时输出低电平。32NC----空脚33，39VDDVDD3.0V电源输出脚。该脚应通过10uF电容和0.1uF电容接地去耦34,41VCCVCC数字供电电源脚，供电电压应维持在5V±5%。该脚通过10uF电容和0.1uF电容接地去耦。35PAOA相电缺相指示，当A相电丢失时输出高电平36PBOB相电缺相指示，当A相电丢失时输出高电平37PCOC相指示，当A相电丢失时输出高电平38SUMI三相总电量想家模数选择脚，内部下拉300K电阻。40REVPO任何一相有功功率为负时为高电平，所有相有功功率都正时为低电平。42OSCII系统振荡器输入端，振荡频率为24.567MHz43OSCOO系统振荡器输出端44GNDGND数字地注意：在实用电路原理图中，模拟地和数字地必须短接以保证电位相等。1.5应用框图113 山东科技大学学士学位论文第二章系统功能2.1电源检测器ATT7030A含有一个片上电源检测器。ATT7030A113 山东科技大学学士学位论文不断地检测模拟电源（AVCC）。如果供电电压低于5V±5%，ATT7030将复位。这可以保证设备在上电或者掉电时正确启动。该电源检测器含有内置的滞后、滤波单元，可以有效的免除因电源噪声造成的误触发。该供电电源应作去耦处理，使得系统正常运行时在AVCC上的纹波不超出5V±5%。2.2A/D转换器ATT70230A有6路A/D转换器，全部采用差分电压输入，最大输入电压±1.0V。在适当应用时，我们建议电压输入通道设置在0.5V，电流输入通道设置在0.1V。参考电压（Refcap和Refout）典型值为2.4V。ATT7030A中A/D转换器结构图：典型输入电路：113 山东科技大学学士学位论文2.3有功功率测量每一路有功功率的计算是通过对输入电压、电流信号进行相乘、相加、数字滤波来完成的。∑-△型A/D转换器的高速取样特性保证了对输入信号的取样率，并且采样数据最高可包含21次谐波的信息。基于公式，有功功率最高可包含21次谐波的信息。有功功率的测量原理如下图所示，三相总有功功率Pt=Pa+Pb+Pc。2.4有功电能测量有功电能的计算是通过瞬时有功功率对时间积分完成的。113 山东科技大学学士学位论文单相有功电能的计算公式：Ep=∫P(t)dt，三相总有功电能可以根据设置选择代数和模式或绝对值和模式进行相加。代数和模式：绝对值和模式：2.5功率极性判断ATT7030A提供实时有功功率极性指示。负功率指示信号REVP：如果任一相有功功率是负的，REVP将输出高电平，当三相功率都是正时输出低电平。负功率指示信号NEGP：如果三相总有功功率为负，NEGP将输出高电平，反之则输出低电平。注意NEGP只在代数和模式下有效，若我们选择绝对值和模式，NEGP在任何时都输出低电平。2.6电压失调检测ATT7030A可以根据设置的阈值电压检测A/B/C三相电压失调状态。在三相四线制模式下，电压输入通道的阈值电压约为50mV。在三相三线制模式下，电压输入通道的阈值电压约为300mV。电压失调状态能被PA/PB/PC功率缺相信号PA/PB/PC指示出来。功率缺相指示信号PA/PB/PC输出高电平表明A/B/C三相电压低于设置的阈值电压，输出低电平表明A/B/C三相电压高于设置的阈值电压。113 山东科技大学学士学位论文2.7硬件接口检测ATT7030A能够自动检测硬件接口。当硬件接口变化时系统将复位。ATT7030A有外部输入接口：S0/S1/SCF/SEL和SUM。2.8三相三线制和三相四线制应用在三相四线制模式下，ATT7030A用3项测量原理，三相总功率计算公式为：在三相三线制模式下，ATT7030A用2项测量原理，三相总功率计算公式为：在三相三线制模式下，B相通道不参与功率测量，只有A相和C相参与功率测量。2.9电能输出脉冲ATT7030A提供两种输出脉冲：高频输出脉冲CF1和低频输出脉冲F1/F2。在功率测量信号处理电路中，开关电压和电流信号相乘得到瞬时功率，瞬时功率对时间积分转换为电能。A/B/C相电能根据代数和模式或者绝对值和模式相加，通过改变频率信号和分频信号，我们得到高频电能脉冲输出信号，该信号可以用来进行校正。在此基础上，分频信号也可以得到低频输出脉冲信号用于驱动步进电机。下面是当高频输出系数为64时的分频示意图。脉冲输出宽度为90ms。当脉冲宽度小于180ms时，电能输出脉冲周期占空比为1：1。113 山东科技大学学士学位论文下面是低频输出系数为16时的分频示意图。电能输出脉冲（F1/F2）宽度为275ms。当脉冲周期小于550ms时，电能输出脉冲周期占空比为1:1。第三章校准3.1校准原理ATT7030A提供电阻网络校准方式，可以通过调整电压采样通道的电阻值来校准电能表。系统有效误差可以被校准到1S/0.5S级别。启动与蠕变当输入电流是额定电流（Id），采样电压是0.1V时，ATT7030A能够在0.1%Id下启动并且将蠕变限制在0.08%Id。单相高频输出脉冲CF公式输入电压值：Vu输入电流值：ViATT7030AA/D转换器增益G=0.648单相高频输出脉冲：CF=1600*Vu*Vi*G2/HFreq单相低频输出脉冲：LF=CF/LFreqHFreq由SCF/S1/S2决定，当Vu=0.5v,Vi=0.1v时，CF、HFreq、LFfreq与S1、S0、SCF的关系如表3-1所示：113 山东科技大学学士学位论文SCFS1S0HFreqLFreqCF(Hz)000256160.1312001128160.262401012880.262401112840.262410064160.52491016480.52491106440.5249111保留设计建议①我们应该根据额定电压（单位：伏特），额定电流（单位：安培）和选择选择校准系数（单位imp/KWh）计算CF1。根据CF从表3-2中选择HFreq。CF计算公式：CF=EC*Un*Ib/3600000②当选择的电度表计数比为N:1时，我们应该根据下面的公式计算:LFreq=EC*2/N③基于HFreq和LFreq，我们可以根据表3-2选择SCF/S0/S1。3.2计举例若额定电压Un=220V，额定电流Ib=5A校准系数：1600imp/KWh，电能计数器比为400:1则CF=EC*Un*Ib/3600000=0.4889Hz输入AD转化器电压信号和电流信号是0.1V和0.5V的额定电流和额定电压。根据CF和表3-2，我们选择HFreq=64LFreq=EC*2/N=8SCF/S1/S0=101113 山东科技大学学士学位论文第四章电气特性4.1电气参数测试项最小值典型值最大值单位测试条件VCC4.7555.25VVDD3V基准电压2.32.42.6V输入电压范围+-1.5VV差分输入VOH(F1-F4)4.5VIOH=10mAVOL(F1-F4)0.5VIOL=10mAVOH(CF1,CF2,REVP)4.5VIOH=5mAVOH(CF1,CF2,REVP)0.5VIOH=5mA输入逻辑高电平2.5Vmin输入逻辑低电平0.5Vmax输出逻辑高电平2.5VminIoh=2mA输出逻辑低电平0.5VmaxIol=2mA基准电压输出电阻：最小负载电阻、电容2130100Ω正功率电流28mAVDD=3.0VCC=5AD转换器数字数数16bitAD转换器采样速度3.2KHzAD转换器动态范围88DBAD转换器信道干扰-92DB晶振频率24.567MHz温度-4085℃4.2封装信息113 山东科技大学学士学位论文封装信息：44PinQFP(QuadFlatPackage10×10)注意1、测量单位---毫米2、每个起始中心线位于最大物料条件实际位置的0.12毫米处。113 山东科技大学学士学位论文113