方案设计 系统总体方案及硬件设计.doc

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1、数字化电能计量系统系统总体方案及硬件设计功率累加式将端口电流和电压先送入模拟乘法器相乘，得到一个与功率P成正比的模拟电流，再经过V/F变换成频率信号f。单片机对频率信号f进行累加，便可得到电能。系统框图如图2.1.3所示：图2.1.3功率累加式系统框图对于这种方案，现在已有集成电路（如:AD7755）将模拟乘法器、低通滤波器和V/F转换器集成。利用专用的电能计量芯片不仅有效的克服干扰，对CPU的要求也降低，同吋所需硬件也大大减少，降低了硬件电路的成本。所以该设计选用专用电量计量芯片AD7755对用户用电量进行计量；对于

2、主控部分选用常用的8位单片机就能满足要求。本设计屮考虑到要对16个用户的用电量进行管理，程序量比较大，为了防止程序由于某种干扰而出现死机，设计屮需要加入看门狗电路，而AT89S52片内具有看门狗的功能，通过程序即可实现此功能，省去了不必要的硬件看门狗电路,数字化电能计量系统系统总体方案及硬件设计功率累加式将端口电流和电压先送入模拟乘法器相乘，得到一个与功率P成正比的模拟电流，再经过V/F变换成频率信号f。单片机对频率信号f进行累加，便可得到电能。系统框图如图2.1.3所示：图2.1.3功率累加式系统框图对于这种方案，现

3、在已有集成电路（如:AD7755）将模拟乘法器、低通滤波器和V/F转换器集成。利用专用的电能计量芯片不仅有效的克服干扰，对CPU的要求也降低，同吋所需硬件也大大减少，降低了硬件电路的成本。所以该设计选用专用电量计量芯片AD7755对用户用电量进行计量；对于主控部分选用常用的8位单片机就能满足要求。本设计屮考虑到要对16个用户的用电量进行管理，程序量比较大，为了防止程序由于某种干扰而出现死机，设计屮需要加入看门狗电路，而AT89S52片内具有看门狗的功能，通过程序即可实现此功能，省去了不必要的硬件看门狗电路,所以选用AT

4、89S52作为主控模块。2・3主控模块设计2.3.1AT89S52介绍瓦引脚图如图2・3・1所示:(T2)P1.0C(T2EX)P1.1CP1.2CP1.3匚P1.4匚(MOSI)P1.5匚(MISO)P16匚(SCK)P1.7匚RST匚(RXD)P3.0匚(TXD)P3.1匚(IRTD)P3.2匚(INTl)P3.3匚(TO)P3.4匚(T1)P3.5C(WR)P3.6□(RD)P3.7匚XTAL2匸XTAL1CGNDC0123911114039323130292827262524232221□VCC□PO0(ADO

5、)□PO1(AD1)□PO2(AD2)□PO3(AD3)□P04(AD4)□PO5(AD5)□PO6(AD6>□PO7(AD7)□E7VVPP□ALE/PROG□PSEN□P27(A15)□P26(A14)□P25(A13)□P24(A12)□P23(A11)□P22(A1O)□P21(A9)P20(A8)图2.3.1AT89S52引脚图各引脚功能和51功能一样，只有P1口的儿个具有第二功能，这和51有所区别，这几个口的具体功能如表2.3.1所示：表2.3.1P1口第二功能引脚号引脚功能Pi.OT2（定时器/计数器T2

6、的外部计数输入），时钟输出Pl.lT2EX（定吋器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控P1.5制）Pl.6MOSI（在系统编程用）Pl.7MISO（在系统编程用）SCK（在系统编程用）AT89S52片内具有Watchdog功能，可以防止程序由与某种干扰而死机时，系统可以可靠复位，保证系统正常运行，这一点也是不选择51的一个主要原因，因为如果选择51,则必须附加专门的单片机复位屯路如利用Watchdog芯片TMP813等，造成MCU外围电路较复杂。2.3.2看门狗定时器WDT是一种需要软件控制的复位方式。WDT由13

7、位计数器和特殊功能寄存器屮的看门狗定吋器复位存储器（WDTRST）构成。WDT在默认情况下无法工作；为了激活WDT,户用必须往WDTRST寄存器（地址:0A6H）中依次写入01EH和0E1H。当WDT激活后，晶振工作，WDT在每个机器周期都会增加。WDT计吋周期依赖于外部吋钟频率。除了复位（硬件复位或WDT溢出复位），没有办法停止WDT工作。为WDT溢出，它将驱动RSR引脚一•个高个电平输出。2.5电能计量2.5.1AD7755工作原理根据以丄功率计量的原理，这里选用AD7755,AD7755是美国AD公司推出的脉冲输

8、出的高精度电功率测量芯片，内部集成了两个2阶16位的工-△模数转换器，电压基准和计量有功功率所需的数字信号处理电路。AD7755的内部功能框图如图2.5.1-1所示：图2.5.1-1AD7755内部结构其工作原理如下：它由模拟电路（模数转换电路、基准电路与电源电丿力监测电路）和数字信号处理电路两部分组成。被测电斥、电流转换为数字量