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1、液晶显示多功能电测仪表的设计摘 要本研究课题拟设计一个可准确测量供电系统交流电压/电流有效值的电测仪表，该表应具有稳定，可靠，读数误差小及显示直观、准确测量等特点。本次设计结合了单片机和高精度的电测芯片CS5460以及可视化软件VB，CS5460根据采样电路输出的电压电流算出电能，然后把电压、电流及功率由三线双向串行接口传送给单片机，单片机根据键盘送入的指令显示测量结果或者通过485通信接口把测量结果传给上位机VB，实现对电网电压/电流/电功率的实时显示。这不仅对现实生活的电力监测系统具有很大的现实意义，而且在工控领域也具有广阔的应用前景。关键字：CS5460A；单片机；电测仪表；上位机VBD
2、esign for Measuring Instrument for Multi-function Electric Quantities Based on LCDAbstractThis research project was to design an accurate measurement of AC power supply voltage / current RMS electrical measuring instruments, the table should have a stable, reliable, intuitive readings and display of
3、 error is small, accurate measurement and so on. This design combines the microcontroller and high precision electronic measuring chip CS5460 and visualization software VB, CS5460 sampling circuit according to calculated power output of the voltage and current, then the voltage, current and power fr
4、om the three-wire bidirectional serial interface transmitted to the microcontroller, MCU According to the keyboard command to display the measurement results into the 485 communication interface or by measuring the results to a PC to VB, to realize the power voltage / current / electric power, real-
5、time display, real simulation of the real-life real-time monitoring system of mains voltage. This is not only the power of the real-life monitoring system has great practical significance, but in the industrial area also has potential applications。Keywords：CS5460A ；single chip；Electric Quantities；PC
6、 VB目 录引 言1第1章 绪论21.1多功能电测仪表的研究的及意义21.2 课题的内容及技术指标2第2章 方案的比较与论证32.1单片机的选择32.2模数转换部分3第3章 系统硬件电路的设计53.1系统的总体结构框图53.2模数转换芯片的介绍53.2.1 CS5460A的特点53.2.3芯片管脚的功能63.3 电量信号采集模块电路设计73.3.1 调制电路和互感器部分73.3.2 电量采样总原理图93.4 单片机系统电路设计113.4.1 AT89S52芯片的硬件结构113.4.2 AT89S52的功能介绍113.4.3 AT89S52晶振特性113.4.4 AT89S52的复位电路123.
7、5单片机与CS5460A接口电路设计133.6 LCD显示133.7 液晶显示屏与AT89S52接口的设计143.8 通讯模块153.8.1 RS485标准153.8.2 RS485数据传输的可靠性153.9 报警电路部分173.10 功能按键部分173.11 电源电路183.12单片机与 X4050接口设计183.12.1工作原理183.12.2 X5045芯片与51内核的单片机连接19第4章 系统软件的设计204.1 软件设计思路204.2 主程序的设计204.3 CS5460的操作214.3.1系统校准214.3.2数据的读写214.4显示子程序设计24总结与展望26致谢27参考文献28
8、附录A：总原理图29附录B：主要参考文献体录及摘要30附录C：英语引文及翻译32附录D：主要源程序清单38插图清单图3-1 系统的总体结构框图 图3-2 CS5460A内部机构图 图3-3 采集结构图 图 3-4电流采样原理图图3-5 电压采样原理图图3-6 电量采样总原理图图3-7 内部振荡电路连接图图3-8外部振荡电路连接图图3-10手动复位电路图3-11 上电复位电路图3-12 AT89S52与CS5460A的口线连接图图3-13 LCD内部结构图图3-14 液晶显示与控制电路图3-15 RS485通信方式图3-16 MAX485引脚和结构图图3-17 通讯模块图3-18 报警电路图3-
9、19功能按键图3-20 电源电路图图3-21 X5045与AT89C52的硬件接口电路图4-1 主程序流程图图4-2 CS5460A的写时序图4-3 CS5460A的读时序图4- 1 电量采集子程序流程图图4-5 显示主程序流程图引 言 电测仪表技术与计算机技术、微电子技术、通信技术、网络技术将越来越密不可分。电测仪表象其他所有行业用仪器仪表一样，其发展将遵循跟着通用计算机走、跟着通用软件走和跟着标准网络走的指导思想。依托于智能化、微机化仪表的日益普及，还将在现代工业生产等越来越多的领域中大显身手。依托于新材料、生物工程、微电子技术和微计算机的最新成果，电测仪表技术将更快地进步。生物芯片和片式
10、系统SOC将使微机化仪器耗能更少，尺寸更小，功能更强。现代工业企业中各种大型设备将越来越多且均需定期进行检测。因此在线检测方法和相应检测仪器仪表的研制，无疑是电测与仪表技术的一个发展方向。为了能有效提高抄表准确性与及时性和杜绝抄表不到位、估抄、误抄、漏抄等现象的发生，使得远程自动抄表将取代人工上门抄表，这也将是电能测量、用电管理自动化的发展方向。随着工业自动化及电能管理现代化的发展，对电测仪表的功能及可靠性、稳定性要求越来越高。例如可以通过RS485总线对电测仪表的信息进行访问，实时显示等，虽然目前市场上也出现了此类的仪表，但不是价格昂贵就性能不稳定，不利于推广，针对这一不足，本课题拟在前人的
11、基础上设计一块功能满足一般用户需要且性价比高的多功能电测仪表。因此我们要设计一个单片机数字电压/电流表，不仅它能对电压/电流信号的实时检测、显示和远程监控，也能实现电压/电流量程自动转换和手动量程转换功能，而且在价格上也不能太贵。 第1章 绪论1.1多功能电测仪表的研究的及意义在电力系统中，能快速并准确的实现对功率、电压、电流、频率、功率因数、电量等重要电气参数的测量的仪表应用的越来越普遍，所以设计一个稳定，可靠，读数误差小且显示直观的电测仪表是非常必要并具有相当的实用价值。最近几年很多都是只有单一的功能如只能测量电流/电压等，如要同时测量数据时需要多个电测仪表，这样不仅浪费时间，而且也不能实
12、时的显示。同时测量的精确度，稳定度也不高，所以对电测仪表的功能及可靠性、稳定性要求很高。在我国使用的电测仪表中，多数采用的是模拟的，其性能也不是十分的好。因此影响了我国的工业仪表的准确度，造成一些数据的错误，给工业的发展带来一定的阻力。在传统的模拟信号测量系统中，需要很好的解决模拟指针摆动误差补偿问题，多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移问题，才能够达到高的测量精度。为了克服上面提到的问题，各商家不断推出各种新型电测量表。基于单片机控制的电测量表，既可以完成高精度数据的测量传递，又可借助单片机的汇编程序做进一步的处理和改善，还可以直接实现数字化输出、测试及控制功能强、传输距离远、抗干扰能力强
13、、微型化、微功耗、可适配各种微控制器（MCU）或微型计算机进行电压控制，便于扩展和维护。随着电子技术的发展，对电测仪表的功能及可靠性、稳定性要求越来越高。例如可以通过RS485总线对电测仪表的信息进行访问，实时显示等，虽然目前市场上也出现了此类的仪表，但不是价格昂贵就性能不稳定，不利于推广，针对这一不足，我们进一步改良了我们的电测仪表，在提高它的准确度、精确度等性能的同时，降低它的成本。1.2 课题的内容及技术指标本研究课题拟设计一个可准确测量供电系统交流电压/电流有效值的电测仪表，该表应具有稳定，可靠，读数误差小及显示直观、准确测量等特点。具体要求如下：（1）测量范围：0-5A交流电电流（工
14、频50Hz）,电压量程为100V,可外接电流/电压互感器开展量程。（2）可用于三相四线制的供电系统，条件容许的化，可设计成三相三线/三相四线两用型仪表。（3）带有一路报警，当电流发生异常时可输出声，光报警信号。配备按键，可方便用户进行电表测量参数设置（如电流/电压变比，通讯波特率）。（4）系统带有RS485通讯接口，能够与上位机进行数据通信。 第2章 方案的比较与论证 此次设计的多个方案不同之处在于A/D转换器和51单片机的选择上，如果要确保测量准确度，那就须在交流电信号的采集和转化精度方面大做文章，即要采用性能好，精度高的芯片，测量精度虽然上去了，但成本比较高的；相反如果仅考虑经济方面，那系
15、统的性能就大打折扣了。我们应该从设计要求出发，在能满足设计要求的情况下，尽可能的考虑降低设计成本。以下就从本设计中两个核心部件选择出发，介绍下选用本设计方案的原因。2.1单片机的选择AT89S52单片机是Atmel公司新近推出的高档、增强型产品。它是一个低功耗高性能CMOS8位微控制器,片内含通用8位中央处理器和ISPFLASH存储单元,8kBISP(In2systemprogrammable)的可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器,片上FLASH允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术制造,兼容标准MCS251指令系统及80C51
16、引脚结构,在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH,使得AT89S52与目前市场上主要有的8位单片机,STC89C51/52,PIC10/12/16/18，P89LPC932等型号相比，AT89S52更能为嵌入式控制系统提供高灵活、高性价比的解决方案。2.2模数转换部分CS5460A是高度集成的、带有能量计算引擎的CMOS芯片。它集成了以下主要模块:一个可编程增益放大器(PGA) ,一个固定增益放大器,两个高速数字滤波器,两个可选用的高通滤波器,一个功率、能量计算单元,一组串行接口,一个能量/脉冲转换器,一组寄存器(24 位) ,一个看门狗定时器,一个电源监视器等。其主要特点如
17、下:(1)分辨率为24 位二进制码。(2)主时钟频率最大可为20MHz。(3) 能量数据线性度在 1000 1 的动态范围内为 011 %。(4)芯片功能为可实现(真实) 能量和 I 3 V , IRMS ,VRMS计算及能量到脉冲速率转换。(5)具有交流或直流系统校准。(6) 10 倍和50 倍的可编程增益放大器。(7)优化的接口适用于分路(流)式传感器。(8)兼容 IEC(国际电工委员会) 687/ 1036 标准和J IS(日本工业标准) 。(9)具有电压对电流的相位补偿及单电源地参考信号。(10)具有简单的三线串行接口电路、看门狗电路和电源监视电路。 在以往的交流电压、电流有效值测量中
18、，往往采用AD536等真有效值转换芯片得出，或是通过对交流信号进行瞬时值采样测量，通过有效值公式运算得出。采用这种有效值转换芯片，虽然具有使用方法简单，转换精度高，不受波形因素影响等特点，但价格过高；而对瞬时值采样运算得到的有效值则需要存储大量的交流信号瞬时值，同时对A/D转换器的采样速度与转换速度、A/D转换器与微控制器的通讯速度、微控制器的运算速度要求较高，实现起来与采用专用真有效值变换芯片比起来成本并不会有太大的降低，同时还需要有相对复杂的算法支持。对于交流功率的测量则主要是利用公式：P=UIcos，分别测得三个参量后运算得出，或分别通过对电压、电流的瞬时值采样，再通过相应的算法运算得出
19、。这两种方法同样与电压、电流有效值测量存在相类似的问题，即需要高成本的硬件与复杂算法支持。为了解决以上问题，本设计选择了低成本的CS5460A功率、电能专用计量芯片来进行交流电参数的有效值测量。该芯片是高度集成的-型A/D转换器，在恶劣的条件下仍能保持良好的性能指标和长期的稳定性第3章 系统硬件电路的设计3.1系统的总体结构框图基于单片机数字电压/电流表的设计主要完成对电压/电流信号的实时检测和显示，要求能实现电压/电流量程自动转换和手动量程转换功能。本毕业设计拟通过信号采集模块把三相四线制的电力系统中的大电流和大电压信号转换成CS5460A 可接受的小电压信号，将采集到的小电压信号送入CS5
20、460的信号输入通道，通过CS5460A对其进行A/D转换，将模拟信号转化为24位的数字信号。CS5460A通过串行方式与单片机进行数据交换。通过单片机进行数据处理将数字信号转换后将结果送入LCD显示。 图3-3 系统的总体结构框图 本章的主要内容就是根据以上说明，具体的论述各个部分。3.2模数转换芯片的介绍3.2.1 CS5460A的特点(1)转换精度高,测量功能强自身转换精度达到0.1级,可以实现0.2级的测仪表。可测量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值和电能计量,这在电力系统的测量芯片中是不多见的。(2)外围器件少,具有片内看门狗定时器(WatchDogTi
21、mer)与内部电源监视器该芯片只用很少的外围器件即可实现转换功能,确保了仪表的转换精度及稳定性。(3)接口方便器件本身形成双向串行接口,双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接,并有功能很强的内部寄存器数组,56根连线即可方便地与单片机接口;针对这些特点,选用了CS5460芯片,收到了很好的效果。本文着重介绍CS5460芯片的基本功能与运用,根据时序,给出所采用读写方法的一些体会以及硬件实现原理图。3.2.2工作原理及内部结构 CS5460A内部集成了包括偏置寄存器、增益寄存器、脉冲速率寄存器和参数寄存器等16个寄存器，还集成了串口发送寄存器、串行口接收寄存器和一个命令解释状态机
22、，这些寄存器用来完成对CS5460A的设置、采集数据的存储和串行输入输出的控制。CS5460A通过与分流器或电流互感器连接测量电流，与分压电阻或电压互感器连接测量电压。为了和输入电压的不同量级匹配，电流通道集成1个可编程增益放大器（PGA）。电压、电流各有1路高速数字滤波器，其中电压通道的高速滤波器是一个由短程FIR补偿的固定sin c2滤波器；电流通道包括1个sin c4滤波器，由1个短程FIR滤波器补偿。电压通道和电流通道各有1个高通滤波器，可在能量计算前滤波输入信号中的直流成分，这些高通滤波器可通过配置寄存器中的某些位激活。如果只想在1个通道中使用高通滤波器，补偿由高通滤波器所引起的相位
23、延迟。CS5460A串行接口的从属方式使用包括2条控制线和2条数据线：CS、SDI、SDO和SCLK.CS:片选（输入脚），允许访问串口的控制线。CS为逻辑1时，SDI,SDO和SCLK、输出将保持高阻抗。如果CS为逻辑0，SDI,SDO和SCLK具有如下特性：SDI：串行数据输入（输入脚），用于把用户的数据（如数据/命令/地址等）传输到CS5460A。SDO:串行数据输出（输出脚），用于从寄存器读出数据。SCLK:串行时钟（输入脚），控制数据移出或移入A/D转换器串行口的传输率。为了和光电耦合器相匹配，SCLK的输入端集成了一个施密特触发器，以允许使用上升和下降时间较慢的光电耦合器直接驱动该
24、引脚。另外，SDO具有吸收或输出5mA电流的能力，可以直接驱动光电耦合器的LED。在吸收或输出5mA电流时，SDO的驱动电压损失小于400mA【17】。 图3-4 CS5460A内部机构图3.2.3芯片管脚的功能1脚XOUT:晶体振荡器输出。2脚CPUCLK:CPU时钟输出。CPUCLK片上振荡器的输出,可以驱动一个标难的CMOS负荷。3脚VD+:数字电路电源正极。以DGND为参考,一般为+5V10%。4脚DGND:数字地。数字接地,与VA-具有相同的电平。5脚SCLK:串行时钟输入。该脚确定SDI和SDO引脚的输入和输出速率。此输入具有一个允许使用边沿缓慢的信号的施密特触发器。只有当CS低时
25、,SCLK引脚才识别时钟。6脚SDO:串行数据输出。SDO是串行数据端口的输出引脚,当CS高时,其输出将处于高阻抗状态。7脚CS:片选。当处于低电平时,端口可以识别SCLK。该脚高电平状态使SDO引脚处于高阻抗状态。CS应在SCLK处于低电平时改变状态。8脚MODE:模式选择。当处于高电平时CS5460A开始执行自导入序列,从外接E2PROM读取命令和设置。当处于低电平时CS5460运行在常规命令模式。引脚不连接时下拉为逻辑低电平。9脚VIN+:差分电压正输入端。10脚VIN-:差分电压负输入端。VIN+,VIN-为电压通道的差分模拟输入引脚。11脚VREFOUT:参考电压输出。芯片上的参考电
26、压由该引脚输出,参考电压的标称值为2.5V(以VA-引脚为参考)。12脚VREFIN:参考电压输入。该引脚输入的电压给芯片上的调制器提供参考电压。13脚VA-:模拟地负极。负模拟电源引脚,必须具有最低的电压。14脚VA+:模拟电源正极。以VA-为参考,通常为+5V10%。15脚HN-:差分电流负输入端。16脚HN+:差分电流正输入端。HN-,HN+为电流通道的差分模拟输入引脚。17脚PFMON:电源掉电监视输出。PFMON掉电监视器,用来监视模拟电源,相对于VA-引脚的典型阀值电平为2.5V,具有50mV的滞环。如果PFMON的电压低于阀值,则状态寄存器的LSD(低电源检测)位将被置位。18脚
27、NC:空脚。该引脚保持悬浮态。19脚RESET:复位输入。RESET当复位引脚为低电平时,所有内部寄存器都被设置为缺省值。20脚INT:中断输出。当INT变低时,表明一个允许的事件已发生。可以通过向CS5460A写入适当命令来使INT清除(逻辑1)。21脚EOUT:电能脉冲输出。EOUT电量输出引脚,输出一个脉冲宽固定、频率(可编程)和电能成比例的脉冲串。22脚EDIR:能量方向指示输出。如果测量到的电能是负值,电能方向指示器发出指示。23脚SDI:串行数据输入。SDI是串行数据接口的输入引脚。数据的输入速率由SCLK决定。24脚XIN:晶体振荡器输入。XOUT,XIN芯片内的一个门电路与这些
28、引脚相连,可连接晶体为芯片提供系统时钟。另外,也可以有外部时钟(与CMOS时钟兼容)驱动引脚XIN,为芯片提供系统时钟。3.3 电量信号采集模块电路设计电量采集部分是保证该计量装置精度、提供修改综合误差所需的测量数据的重要环节。不管采用哪种器件，首先器件的精度要高、稳定，所采集的信号才能正确反映电流、电压的真实大小及正确的相位关系。3.3.1 调制电路和互感器部分电流采样电路由电电流互感器、精密电阻网络、过压保护及去抖电容组成。本课题选用2000：1的电流互感器为电流通道采样器件，为降低激磁误差采用安匝数高的电流互感器，由精密电阻组成的电流电压变换电路使电流互感器工作于近似短路状态，经过I/V
29、变换后的电压信号就反映了电流的副位和相位。如图3-3所示。输出输入去抖电容过流保护精密电阻网络电流互感器 图3-3 采集结构图CS5460A的电压通道和电流通道可与电阻分流器或互感器接口。其电流通道的可编程增益放大器(PGA)的增益可设为10 dB和50 dB，分别对应于最大有效值为250 mV和50 mV的交流信号输入；电压通道的最大有效值输入为250 mV。由于CS5460A的-型模数转换器采用过采样原理，对高频噪声有较强的抑制，因而对输入信号无需进行复杂的滤波器处理，引入阻容滤波电路反而容易引起相移。 图3-5和图3-4是电压和电流的采样电路。在图3-4中，PT是变比为2:1的电压互感器
30、，CT为变比2000:1的电流互感器。取样电阻R2，R3，R4，R5的阻值由被测信号的最大值决定。电阻为电压、电流模拟通道的输入保护电阻。原理图中R2=R3，R4=R5。经变换后的小信号以差模电压的形式接到CS5460A的模拟信号输入端，减小输入阻抗。由于互感器的使用引入可能造成输入信号的相移，使功率测量的误差增大。而CS5460A具有相位补偿功能(可进行-24+25的相位补偿)，可以大大减小互感器相移所带来的误差的影响。(1)根据任务书的要求：电压的量程在0100V，而CS5460A的输入的电压范围是0250mV,所以不能将CS5460A直接接在电网上，需要将电网的大电压信号转换到小电压信号
31、再与CS5460A连接，用电阻分压的方式来减小电压。所以知，电压分比为： 注意：CS5460A采集的电压是经过分压后的小电压，并不是电网中的实际电压，因此在程序实现时应该乘以相应的系数才是实际的电压。(2) 根据任务书的要求：电流的测量范围为05A,而CS5460A的输入电流范围很小，所以在电流采样电路中，要通过电流互感器把大电流信号变成小电流信号，再通过精密电阻把此信号变成电压信号，实际上CS5460A采集的还是电压信号，由此可见CS5460A采集的信号不是实际的电流信号，因此需要计算出其中的比例关系，以便在程序中乘以相应的系数。 本设计中采用的是5A/2.5mA的电流互感器，在本设计中采用
32、56欧姆的精密电阻来实现电流到电压的转换，此时可以测量的电流范围达到能06.3A。 设单片机从CS5460中读的电流测量结果为D，实际电压值为Z，则有以下关系式： 得到： Z=0.136D（0.136为比例系数）。图 3-4电流采样原理图图3-5 电压采样原理图 3.3.2 电量采样总原理图如下图3-6所示： 图3-6 电量采样总原理图3.4 单片机系统电路设计3.4.1 AT89S52芯片的硬件结构 在设计中，要选用一个单片机作为电测量仪表的CPU，由前面的介绍可知，该单片机是公司新近推出的高档、增强型产品。它是一个低功耗、高性能位微控制器,片内含通用8位中央处理器和ISP Flash存储单
33、元,8k Bytes ISP一跳的可反复擦写1000次的只读程序存储器,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-52指令系统及80S52引脚结构,在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活!高性价比的解决方案。3.4.2 AT89S52的功能介绍 兼容MCS-51指令系统 8K字节在系统可编程Flash存储器32个双向可编程I/O口线 4.5-5.5V 工作电压3个16位可编程定时计数器式 时钟频率 0-24MHZ2个全双工UART串行中
34、断通道 256x8BIT内部RAM2个外部中断源 低功耗空闲和掉电模式中断唤醒掉电模式 三级加密程序存储器看门狗定时器电路 软件设置空闲和省电功能模式灵活的字节和分页编程 电源关闭标识3.4.3 AT89S52晶振特性AT89S52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器。XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器.,见图3-7、3-8。从时钟源驱动器件的话,XTAL2可以不接,而从XTAL1接入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的,-所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求,最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还
35、是要符合要求的。 图3-7 内部振荡电路连接图 图3-8外部振荡电路连接图3.4.4 AT89S52的复位电路AT89S52单片机与其他微处理器一样，在启动时都需要复位，使CPU及系统各部件处于确切的初始状态。AT89S52单片机复位的形式有以下两种：1、手动复位手动复位需要人为在复位输入端RST在加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按扭。当人为按下按键时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作很快也会使按扭接通达数十毫秒，所以，保证能满足复位的时间要求。手动复位电路如图3-10所示：图3-9手动复位电路在图2-10的复位电路中，当VCC掉电时，必然会
36、使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生伤害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统端口为全“1”态。2、上电复位AT89C51的上电复位电路如图3-11所示，只要在RST复位输入引脚上接一个电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。对与CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将接外电容减至1uF。上电复位的过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间。上电时，VCC的上升时间大约为10ms，而振荡器的起
37、振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间为10ms。图3-10 上电复位电路3.5单片机与CS5460A接口电路设计CS5460A有四条串行接口线：/CS、SDI、SDO和SCLK。/CS为片选控制线，低电平有效；SDI为串行数据输入线；SDO为串行数据输出线；SCLK为串行时钟，用于控制CS5460A与微控制器之间数据传输同步。针对三相电表的特性，采用三块CS5460A，并通过转化的SPI口输出CLK、SDI、SDO、和RST，前三串口高速复用，因此通过三个高速隔离送往单片机AT89S52的三串口；CS片选和RST复位通过六个低速隔离（无法
38、复用）用单片机AT89S52进行片选和复位。如图3-11所示： RSTCSSDISDOSCLKAT89S52CS5460AP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4图3-11 AT89S52与CS5460A的口线连接图注：三片CS5460的RST,SDI,SDO,SLCK共用单片机的四根口线，但各片的片选线是不共用的。 3.6 LCD显示此次设计选用DMC20261型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与CPU直接接口，具有8位标注数据总线、6条控制线及电源线。DMC20261型液晶显示模块内部由3部份组成:LCD控制器、驱动器、显示器。如图3-12所示目前大部分LCD液晶显示器的控制器都有采
39、用型号为HD44780的集成控制器。HD44780是集控制器、驱动器于一体,专用于字符显示控制驱动集成电路。HD44780是字符型液晶显示控制器的代表电路其主要特点是:HD44780不仅作为控制器而且具有驱动401点阵液晶像素的能力,且驱动能力可通过外接驱动器扩展360列驱动;显示缓冲区及用户自定义的字符发生器CGRAM全部内藏在芯片内;具有适用于M6800系列MPU的接口,并且接口数据传输可为8位数据和4位数据传输2种方式;具有简单而功能较强的指令集,可实现字符移动,闪烁等显示功能;由于HD44780的DDRAM容量所限,HD44780可控制的字符高达每行80个字,也就是580=400点,内
40、藏有16路行驱动器和40路列驱动器,所以HD44780本身就具驱动有1640点阵LCD能力(即单行16个字符2行8个字符);内藏的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,比如数字/10的代码是00110001B(31H),又如大写的英文字母/A0的代码是01000001B(41H)。LCD显示器LCD驱动器LCD控制器DB0-DB7ER/WRSVEEVCCDGND 图3-12 LCD内部结构图 3.7 液晶显示屏与AT89S52接口的设计在实际应用中,液晶模块与单片机的连接方式很多。从占用I/O口线的多少来分有串行方式和并行方式,其中串行方式速度较慢、占用的I/O口少
41、,并行方式分为4线和8线、速度较快、占用的I/O口多,实际应用中以并行方式居多。目前51系列单片机是国内外应用最广泛的一类,下面介绍笔者设计成功的接口电路供大家参考。单片机的P0口和P3口的部份引脚与DMC2026型液晶显示连接电路如图3-13所示。图3-13液晶显示与控制电路 3.8 通讯模块在进行嵌入式系统开发时 , 微处理器要与不同的设备实现互连 , 这就需要建立统一的通信总线标准。通信总线可分为并行总线和串行总线 1 ,并行通信速度快、实时性好 , 但占用的口线多 ,不宜于小型化产品的开发; 串行通信速率虽低 ,但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中显得更加简易、方便、灵活。串行通信
42、总线的种类繁多 , 文中就当前嵌入式系统开发中最常用的RS485总线的通信可靠性做分析 , 3.8.1 RS485标准RS485是串行数据接口标准,由电子工业协会(EIA)制订并发布的,它是RS - 422基础上制定的标准, RS - 485标准采用平衡式发送,差分式接收的数据收发器来驱动总线,具体规格要求:接收器的输入电阻Rin12k; 驱动器能输出7的共模电压; 输入端的电容50pF; 在节点数为 32个,配置了 120的终端电阻的情况下,驱动器至少还能输出电压 115V(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关);接收器的输入灵敏度为 200 mV (即(V+) - (V-)012 V, 表
43、示信号“0”; (V + ) - (V - )- 012 V,表示信号“1”)因为 RS - 485的远距离、多节点 ( 32个 )以及传输线成本低的特性,使得EIARS - 485成为工业应用中数据传输的首选标准。3.8.2 RS485数据传输的可靠性（1）RS485总线属于外部总线,外部总线用于与外部设备进行信息和数据交换, 是设备级的。RS - 485标准所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。然而在实际应用中,往往分散控制单元数量较多、分布较远、现场存在各种干扰,使得通信的可靠性不高。为了提高RS - 485总线在实际应用中的可靠性,应注意以下几个问题。 （2） 阻抗匹配RS - 485的信号线应考虑阻抗匹配问题, 所谓阻抗匹配即信号线的负载应与信号线的特性阻抗相等。特性阻抗与信号线的宽度、与地线层的距离以及板材的介电常数等物理因素有关,是信号线的固有特性阻抗不匹配将引起传输信号的反射,使数字波形产生振荡,造成逻辑混乱由于通信载体是双绞线,它的
