目录。1、绪论32、设计任务书3
2.设计目的4
2.2设计具体要求4
3、整体设计方案4
3.1系统方案4
3.2设计总论4
3.3设计方案框图5
4、电路的硬件设计5
4.1硬件设计总述5
4.1.1ad7755设计方案5
4.1.2光电隔离电路8
4.1.3 24c16设计方案10
4.1.4 led显示电路12
4.2 稳压电源设计方案13
4.3总原理图14
4.4 本章小结15
5、电路的软件设计15
5.1 程序流程图15
5.设计程序清单16
6、调试25
7、心得体会25
参考文献26
附录1附录2
1、绪论。1.1电子式电能表的发展。
随着我国经济的飞速发展，各行各业对电的需求越来越大，电能表作为电能计量工具，在国民经济各部门中得到了广泛应用。根据我国目前的发展状况，和广大用电单位及个人的用电状况，发现现在所使用的电能计量器具比较落后，精确度不高，并且功能较少，这样既浪费资源又不能满足人们目前的要求，影响社会的发展，有必要对老式的电能表进行改进或创新以满足人们的不断的需求。随着微电子技术的迅猛发展，微控器（单片机）和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用，使电能表的技术水平和性能得到长足发展。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着cmos化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低**和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
1.2电子式电能表的应用。
电子式电能表与机械式电能表相比有明显优势。例如防窃电能力强，计量精度高、负荷特性较好、误差曲线平直、功率因数补偿性能较强、自身功耗低，特别是其计量参数灵活性好、派生功能多，这些都是一般机械表难以做到的。电子式电能表已经成为电表行业的发展趋势。
由单片机编程控制和相关芯片组合而成的电能表更给电子式电能表的性能改善注入了新的活力。
2、设计任务书。
摘要：电子式电能表在日常生活中比较常见，应用也广泛。电子式电能表是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，对采样电压和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，通过计度器或数字显示器显示。
本文主要就是设计一个多用户电子式单相电能表，以单片机为核心，配备电能变换模块、led显示模块、时钟芯片等功能模块，实现对多达24户的用电情况进行集中检测、循环显示。
文章的核心主要从硬件设计和软件编程两个大的方面。硬件电路设计主要包括**处理单元电路、时钟电路、led显示电路、断电保护电路等几部分组成。软件用汇编语言来实现，主要包括主程序、初始化子程序、中断采样计数子程序、延时子程序等软件模块。
关键词：ad7755 c8051单片机 led数码管 24c16
2.1设计目的。
了解单片机在电力系统中的应用，在全面掌握单片机的功能的基础上，初步接触它在本专业的应用范围。要求独立完成，培养我们独立自主的习惯。
2.2 设计具体要求。
1．额定电压：220v（±10%）
2．额定电流：5a 最大电流：20a 最小电流：0.1a
3．户数：24户。
4．精度：0.01
5．脉冲数：1600脉冲对应1度电。
6．ad7755的工作原理和外围电路连接；显示电路的连接；脉冲个数的采集和处理。
7．24c16断电保护电路设计。
8．软件程序编程，要求实现脉冲计数、断电复位后电量数值和断电前一致。
3、整体设计方案。
3.1系统方案。
根据设计题目要求，以及原始资料的精度要求，电能转化脉冲芯片有ad7755可供选择 ,因为它是一种高准确度电能测量集成电路，稳定性强并且**不贵；单片机芯片选择c8051f36x器件，它具有片内上电复位电路、vdd监视器、看门狗定时器和时钟振荡器，是真正独立工作的片上系统；数据保护电路芯片可选fm24c16 ，用先进的铁电技术制造的16k位的非易失忆的记忆体；另外要求为led显示，使用74hc164串入并出8位移位记存器进行存储数据；因为各芯片需提供直流电源，我们要进行设计交直流变化和降压电路。
3.2设计总论。
该系统主要由前端电路调理模块、电能转换模块、mcu模块、显示模块、存储器模块部分组成。前端电路调理模块采用变比1：1 的电流型电压互感器，电流模块采用变比2000：
1 的电流互感器，利用取样电阻采样信号，经变换后的信号以差模电压的形式接到ad7755芯片，取样电阻的阻值由被测信号的最大值决定，然后经ad7755转换后将电压、电流、电能等信号传给单片机c8051f360，c8051f360组成的mcu模块控制所有芯片的工作、截止及计算和模块的显示，显示模块采用液晶模块，液晶正常显示当前测量的用户号、用电量；存储模块采用at24c16，为系统提供数据存储，可以做到掉电不丢失数据。
3.3 设计方案框图。
图14、电路的硬件设计。
4.1硬件设计总述。
系统主要由电量计量采集电路、微处理器、非易失存储器电路、显示电路、供电控制电路等部分组成。计量电路用户电能计量采用专用集成电路设计，每一户的计量脉冲信号，经i／o接口电路连接到系统总线，在微处理器的控制下，轮流采集并计数其脉冲信号，达到0．01 kwh时，将电量存储到非易失存储器中，以防电量丢失。整个电表采用分时方式，轮流显示用户使用的电量数据。
设计方案。
ad7755是美国模拟器件公司生产的用于功率测量或电能计量的专用集成电路，是目前电子式电子表的核心芯片之一。
1、 主要特性：
高精度。具有平均有功功率脉冲输出口（f1、f2）
具有瞬时有功功率脉冲输出口（cf）
负向有功功率指示。
在电流通道中具有可编程增益放大器（pga）
电源监控功能。
内置2.5v的电压基准值（典型值：55ppm/℃）
单电源工作，低功耗。
cmos工艺。
2、 内部结构和工作原理。
内部结构框图为：
图2ad7755是一个24脚的芯片，内部结构框图如图2所示。
从图中可以看出，ad7755由模数转换电路(adc)和信号处理电路两部分组成。adc二部分包括电流采样通道和电压采样通道。电流采样通道有可编程增益放大器(pga)，它分为xl、x2、x8、x16四档。
电压监控单元和基准电压源单元电路也在此部分。两个通道的16位adc分别对负载电流和电压信号进行模数转换。信号处理部分包括相位补偿网络、hpf、乘法器、lpf及数字一频率转换器等。
从电流采样通道采样出来的信号通过管脚(vip，vin)进入pga单元，之后，经模数转换器转换成数字信号，最终进入乘法器。在乘法器中，它与来自电压采样通道的数字信号相乘，产生瞬时功率信号。此信号经数字低通滤波器滤除其中的交流分量，剩下的直流分量即为负载消耗的瞬时有功功率。
从管脚cf输出的高频脉冲频率与此瞬时有功功率成正比。同时，ad7755还对这个瞬时有功功率信号进行一段时间的累计、求均值，进而获得平均有功功率。从管脚f1，f2输出的低频脉冲信号频率与此平均有功功率成正比。
芯片外接计度器或微控制器累加计数，完成对电能的计量。
由于ad7755对采样的两路模拟信号先进行模数转换，然后再相乘，故在外界环境恶劣的条件下仍可保证良好的性能指标和长期的稳定性。ad7755的各项指标均满足iec1036或gb/t 17215-1998标准要求。其原理图如图3。
图33 应用电路。
由ad7755设计的1级单相电子式电度表的电路原理图如图2所示。
由于单相电度表的成本不能太高(受目前国内市场和居民使用两种因素影响)，故电流、电压模拟输入端常用的电流互感器、电压互感器分别用分流器和电阻分压网络来代替。另外，考虑到实际电网电压存在波动，负载电流可能过载，因此，在设计电度表时，两个模拟通道的输入电压都留有足够的超量程余地。一般。
可取电流、电压允许满幅度的一半左右。
可编程增益放大器的放大倍数g可视情况随意选择，由gl、g0的逻辑电平确定。
scf、s1、s0的逻辑电平也可视具体需要进行选择。本人设计的电度表取值情况为：
g0=gl=1
scf=s1=1，s0=1
经对样表进行指标检验，全部符合gb/t17215-1998;具有稳定性良好，功耗小的优点。
4 几点说明。
a)所用电阻器应选用1%精度的电阻器。
b)极性电容器应选用漏电流小、损耗低的高温电容器(如105℃)。最好能兼顾长寿命。
c)功率电阻的功率值选择应留有余量。
d)印制板中数字地、模拟地彼此分开，建议在单点处将两者连结起来。
e)芯片中的输出频率与输入电压的关系为。
ff1=ff2
式中：f1-4和k是转换系数，由主时钟clkin的频率(=3.579mhz)和管脚s0，s1，scf的状态确定，如下表所示。
ff1，ff2，fcf分别为管脚f1，f2，cf输出的脉冲频率，单位为hz。vref的典型值为2.5v。
v1，v2分别是电流采样通道和电压采样通道差动模拟输入电压的有效值，单位为v。电流采样通道差动输入端为vip和vin，电压采样通道差动输入端为v2p和v2n。显示部分为led显示，使用74ls164串入并出8位移位寄存器进行存储数据。
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