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1、兰州工业学院毕业论文 毕业设计（论文）题目 单项复费率电能表设计 系 别 电 气 工 程 系 专 业 风 能 与 动 力 班 级 风 动 1 1 姓 名 许 君 佳 学 号 4 4 指导教师（职称） 郭 志 成 日 期 摘 要 随着经济的迅速发展，用电量日益增加，为电网的稳定运行带来了诸多不良因素。国家采取多费率用电政策，以消峰填谷，平衡用电。复费率电能表已经大规模取代了单一费率电能表。随着单片机技术的日益发展，以单片机为主控芯片的电子式电能表的生产已成规模。但是价格低廉、运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强的电子式电能表还有待开发。论文在对电能计量和数字信号处理理论研究的基础上，以美国ADI公司
2、生产的CS5460为电能计量芯片，以C52AT89为主要控制芯片，利用单片机技术，设计开发了一款单相复费率智能电子式电能表。硬件外围电路采用模块化设计。其中电压电流采样模块实现了将电网中的不可直接测量的大电压大电流转变成为可以用来处理测量的小电压小电流。电源模块为整个智能电表提供了稳定的电源。数据存储模块，红外通信模块和RS485通信模块的设计完成了电能信息的及时存储和交换。LCD模块为用户提供了清晰，实时的电量信息。软件分为启动前的动态自检程序，计量电量的电能脉冲采集程序，数据信息处理和交换的数据存储程序，通讯中断子程序等。在单片机的核心控制下，实现了电子式电能表电能分时段计量、数据通信等功
3、能。关键词：电子式电能表，CS5460，电能计量，信号处理II兰州工业学院毕业论文AbstractWith the development of economy andthe increasement of the electrical quantity, the running of the thise is threaten heavilyThe government of China has adopted the policy of different prices of the electrical power,in order to keep balance of the elec
4、trical quantity comsuptionMulti-tarif Watthour Meter has taken the position of the single-tarif Watt-hour Meter widelyWith the development of siglechip technology,the research of electronic Watthour Meter is produced in a huge range But，the low-pme Meter which runs stably and has strong ability to r
5、esist interferencestill need to be designed The paper is based on the research of electric energy measurement theory anddigital signal processing theory,mainly utilizes chip CS5460 produced by ADI company to measure power,single chipC52AT89 to control the whole systemThe paper finished the design of
6、 The Single-phase Intelligent Multi-tarif Watt-hourMeter The peripheral hardware adopted module designVoltage and electricity module converts the high voltage and electricity to low ones that Can be measuredThe sourcemodule provides the whole system stable powerData storage module，infrared communica
7、tion module and RS485 module can storage and exchange the power informationLCD module provides users with clear and realtime energy informationSoftware includes dynamic checking module，power pulse collection module，data storing and exchanging module，interrupted Communication moduleUnder the control
8、of the single chip c52at89，the whole system Can measure the electrical quantity in different periods of time and finishes the data exchangingKey words:electronic Watt-hour Meter,cs5460，electric energy measurement，signal processing 1 绪 论随着微电子技术和微型计算机的迅速发展，单片机的控制技术以其逻辑简单、控制灵活、使用方便及性能价格比较高的优点得到了广泛的应用。单
9、片机作为自动控制中的一个核心器件在小型自动控制系统及信号采集方面已经被广泛应用，技术也相对较成熟，它不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广。本论文中设计系统中采用了以单片机作为控制中心，软硬件结合的方法。它具有精度高、功能强、经济性好，且节约能源，利于环保，另外该设计的控制系统还具有分时计费，掉电保护、显示及报警等功能，保证智能电表正常安全准确的工作，实现自动化控制。1.1 电子式电能表的发展电能表作为测量电能的专用仪表，世界上最早的电能表是爱迪生用电解原理制成的直流电能表,自从1888年以来，意大利物理学家非拉里斯(Ferraris)发明的感应式电度表在全世
10、界得到了广泛的应用，至今已有百余年的历史。其后1889年，匈牙利岗兹公司的布勒泰制成了第一台交流感应式电能表。电能表在电能管理中占有很重要的地位，其性能直接影响着电能管理的效率和水平。自它诞生的100多年来随着电力系统以及电力所带动的相关产业的不断完善与发展，对电能表的性能和结构的要求也越来越高。近代出现的现代电子技术、计算机技术、通信技术等新技术的发展，又为电能表的更新与优化提供了技术支持。1.2 复费率电能表的意义随着国民经济的的高速发展和人民生活的不断提高，生产用电量和生活用电量急剧增加，使得用电量的增加超过了发电厂生产电量的增加。为了解决或缓解这一矛盾，就需要采用“削峰填谷”的方法，即
11、削减峰时期的用电量，增加谷时期的用电量。为此，必须运用经济杠杆手段，提高峰期的用电价格，降低谷期的用电价格，促使用户在负荷高峰期少用电，节约用电，鼓励用户在负荷低谷期多用电。复费率电能表是一种分时段计量电能，使电力部门可按时段价格收取电费，进而调节电力负荷平衡的一种电能表。目前，发达国家的部分地区己经开始按复费率电表收取电费。我国电力行业的发展及运营也需要复费率电能表的电力负荷调节作用。同时国家能源短缺的现状也要求电力用户借助于复费率电能表，在一天不同时段电价的调节下，避免在用电高峰期电力供应紧张，在用电低谷时电力生产过剩。由此可见，使用复费率电能表是我国电能表发展的必然趋势。电子式复费率电能
12、表的主要意义有以下几点:(1)使用复费率电能表有利于平抑电力负荷曲线，使发电设备和输电线路运行在较平稳的状态，从而避免由于用电量的急剧变化产生的电力事故或灾难。(2)对发电厂而言，使用复费率电能表，能使发电及供电设备的容量得到充分的利用，也可以降低在一定用电量条件下的资金投入。(3)对用户而言，使用复费率电能表，可以减小高峰期和低谷期的用电量的差异，从而减少一定用电量下的支出，降低家庭、办公室及产品的电费或用电成本。(4)使用复费率电能表，还有利于国家节能策略的落实。电力负荷曲线平稳后，电力生产的调度部门就能使电力的生产和消费关系达到较好的配合，这样就可以避免电力生产的过剩，达到节约能源目的。
13、1.3 研究目的及论文主要内容我国经济各行各业对电力的需求越来越大，不同时期用电量不均衡的现象日益严重。全面实行峰、平、谷分时电价制度，以便于“削峰填谷”，提高全国用电效率。另外，在复费率电能表中加入通讯接口接口，就不仅可以做到分时计费，而且可以先付费后用电，真正做到用价格杠杆来调节用电，用市场规律来科学管理用电，不需要人工抄表，有利于现代化管理。本课题主要研究电子式单相复费率电能表的硬件设计和软件设计，详细介绍硬件各功能模块的工作原理和选用的主要元器件的功能特点，分析电能表设计中运用的单片机控制技术，电能计量部分是基于计量芯片设计，以时钟芯片作为峰平谷不同时段的参考时间。在系统软件设计方面，
14、对系统各功能模块的流程设计进行描述，并详细介绍各子模块的函数功能。最后介绍了系统的软硬件抗干扰措施及系统误差补偿措施。此电能表可实现分时段电能计量功能，预付费功能，显示金额功能、。相应的设计指标及参数为：（1） 单相电能测量；（2） 电压范围220V20%，电流范围020A；（3） 电压电流通过互感器隔离；（4） 精度1%；14 课题的理论意义和实际应用价值 在电力系统中，某一时刻各类用电设备消耗的电功率总和称为电力负荷，电力负荷是随时间变化的，可用日 (或年)负荷曲线来描述。当电力系统负荷大 增加时，会形成电网的负荷高峰，而当电力负荷减少时，又会形成电力负荷低谷。当电力负荷上的峰值和谷值相差
15、很大时会使发、供电设备容量不能充分利用，运行不经济。为了平抑负荷曲线，可以采取经济手段调整负荷。峰谷电价就是方法之一。这就要求采用复费率电表。大量单一费率的电表则会由于无法实现峰谷计费而被淘汰，由于目前微电子、计算机技术的发展，通讯手段的自动化要求也日益增加，远程抄表系统代替人工抄表的趋势越来越显著，这无疑又是对智能电能表大量生产的客观要求。因此可靠性高、功能强大、计量准确且性价比高的智能电表的研制是我国电力系统发展的客观要求。46兰州工业学院毕业论文2 设计方案2.1 硬件设计方案智能电能表中均含有微处理器或微控制器，在微处理器或微控制器的外围进行设备的扩展如数据存储器ROM、键盘、时钟和显
16、示器、及通信口。作为一个完整的智能电能表还应包括输入通道和输出通道。图2.1表述了智能电能表的硬件结构组成原理图。智能电能表实际上是一个微型计算机系统，它是具有微处理器或微控制器的，并有标准总线接口的新型仪器。不同功能的智能电能表由不同部件组合而成。智能电能表的监控程序固化在程序存贮器EPROM、ROM、EEPROM等中，被测参量通过传感器将非电量变换成电量，然后经过信号处理和模数转换后变为微处理器能直接识别的数字信号。所采集的数据或从键盘上输入的数据以及经过一定的算法运算后的数据均暂存于片内数据存储器RAM中。智能电能表的控制部分一般分两种情况，一是微处理器接受键盘输入的命令后，不需经过数模
17、转换器，直接由接口输出控制信息和数据信息，去控制一些执行机构。电流型电压互感器电压信号电流互感器电流信号流/压变换电路CS5460AT89S52键盘LCD 通讯DS12C887AT24C02图2.1结构组成原理图2.2 智能电能表的软件设计方法电能表硬件电路确定之后，仪器的主要功能由软件实现。相应的软件有采集、采集控制、数据处理、显示、结果打印等。智能电能表的软件设计需要有一个细致全面的过程。一般先是清楚的列出智能电能表系统各系统部件与软件设计的有关特点，并进行定义和说明，以作为软件设计的根据。在此基础上写出软件的功能流程图，程序流程图。再将程序流程图的一列操作用机器码或汇编语言或高级语言译成
18、处理器能处理的机器代码。查错和调试是智能电能表软件设计中找出并改正逻辑错误或与硬件有关的程序错误的关键。在所有的工作完成之后还要进行文件编制。如图2.2所示智能电能表的软件结构按功能可分为准备程序、键功能程序和系统控制程序。同时，为了与软件结构相配合，还必须将程序存储器(ROM)和数据存储器(RAM)实现规划。置A转移上电复位初始化系统测试正常？提示符显示键扫描键按下？散转#01键功能程序#N键功能程序#02键功能程序键功能程序准备程序命令状态查询条件控制转移系统控制程序循环转移等待转移复位转移2.2软件结构2.3智能电能表的抗干扰方法智能电能表是以微处理器为核心的微机测量控制系统，因此智能电
19、能表在许多场合都是与计算机控制系统或DCS(集散控制系统)联系在一起的。智能电能表在不同的应用场合所受到干扰也各不相同，当仪器在运行时所受到的干扰超过一定限度时就会严重影响智能电能表的可靠性，甚至严重影响工业生产现场，因此在设计智能电能表时要注意智能电能表的抗干扰设计。微机测控系统的抗干扰技术在智能电能表的抗干扰技术中是同样适用的，主要分为硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。硬件抗干扰技术主要包括滤波技术(无源滤波和有源滤波)、去耦技术、屏蔽技术、隔离技术、接地技术等。窜入智能电能表的干扰，其频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰方法，只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统。因此，除
20、了采取硬件抗干扰方法外，还要采取软件抗干扰措施。为确保CPU中的程序正常运行，常常采用如下抗干扰措施:软件滤波(数字滤波技术)可以剔除模拟输入信号中的虚假信号，求取真值； 除了可以使用硬件看门狗电路强制单片机从死机状态回复到正常运行外，还可以采用软件看门狗电路或软硬结合的看门狗技术。软件看门狗技术的基本思路是:在主程序中对T0中断服务程序进行监视;在T1中断服务程序中对主程序进行监视；T0中断监视T1中断。3 硬件电路器件选择3.1 互感器输入电路互感器与信图3-2为电能表本机系统中所采用的互感器与信号输入电路。VT为1:1的电流型电压互感器，CT为1000:1的电流型互感器。由CS546O产
21、品资料可知，VIN+、VIN-及IIN+、IIN-分别是差分放大器的两个输入端，因此图3-2(a)、3-2(b)中均采用了差动输入电路的方式，这样可以减小零漂，更为重要的是，有利于抑制共模信号，即来自电网的干扰信号。由于输入交流电压u的最大值设定为260V，输入交流电流i的最大值设定为20A;CS546OA中电压通道的最大有效值输入和电流通道的最大有效值输入分别为150mV和3OmV;再根据图3-2所示的最大互感器电流比，可求得R1为130，R3、R4均为40K，R5、R6均为1.5 (取标称值1)，又经过R2、R5、R7、R8的降压作用，使得U1V不超过 150mV，U1I不超过 30mV。
22、 图3-2 互感器与信号输入电路3.2 电能测量及转换电路目前，国内市场上有好几种单相电子式电能计量芯片，根据价格性能比及市场供应情况，这里选用了CS5460A芯片。 CS5460A 是一个包含两个模-数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的模-数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS 和VRMS ，用于研制开发单相2 线或3 线电表。CS5460A可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。CS5460A具有与微控制器通讯的双向串口，芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。CS5460A 具有方便的片上AC/DC 系统校准功能
23、。“自引导”的特点使CS5460A 能独自工作，在系统上电后自动初始化。在自引导模式中，CS5460A 从一个外部EEPROM 中读取校准数据和启动指令。使用该模式时，CS5460A 工作时不需要外加微控制器，因此当电表用于大批量住宅电能测量时，可降低电表的成本。实际上，该芯片有许多优点,如：(1)不仅能够测量功率、电能，而且能测量电压、电流等其它电量。(2)采用先进的型A/D转换器，分辨率高、线性度好，对高频信号有较强的抑制作用，因而对输入信号无需进行复杂的滤波处理。(3)电能测量精度:0.1%，为设计高精度的电能表提供了前提条件。(4)具有自动相位补偿功能，可以大大降低互感器角差的影响。因
24、为互感器角差的存在，往往造成输入信号的相移，从而增大电能的测量误差。(5)功率消耗小于12毫瓦。有利于降低电能表自身的功耗。(6)具有2.5V片内电压基准。这样省去了外接A/D转换基准参考电压电路的麻烦。当CS5460接收到“启动转换”命令，电能寄存器的数据，每N(N值在循环计数寄存器中设置)次A/D转换(即一个计算周期，本系统设置为1S)完毕后更新一次，而电压、电流、功率瞬时值寄存器内部的数据，则每一次A/D转换完毕就更新一次。图3-3为电能测量及转换电路。在本系统中，将CS5460的工作时钟WCLK选为4.O96MHz，是为了计算方便。如果分频系数K取为1，循环计数器的N值取为4000，则
25、一个基本的计算周期为 (3.1)一个 A/D转换周期为 (3.2)相当于在一个工频周期内采样80个点。并且可以推出，电能瞬时值的更新频率为l赫兹。CS546O有四条串行接口线:/CS、SDI、SDO及SCLK。/CS为片选控制线，低电平有效，由AT89S52的P20控制。SDI和SDO分别为串行数据输入线和串行数据输出线。SCLK为串行时钟，用于控制CS546O与微处理器之间的传输数据同步。一次数据的传输总是从向串口(SDI脚)发送有效的8位命令(MSB位在先)开始的，然后，从SDI脚或SDO脚输入或输出24位数据(MSB位在先)。这样就可以通过串行口完成对CS546O的读写操作3.3 单片机
26、 在众多的单片机系列中，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系列可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业上使用的51系列产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器系统编程，也适用于常规编程。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案。AT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至0HZ
27、静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性3.3.1 AT89C52单片机的硬件结构AT89C52单片机的内部结构与MCS-51系列单片机的构成基本相同。CPU是由运算器和控制器所构成的。运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。控制器是单片机的指挥控制部件，主要任务的识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。它
28、的程序存储器为8K字节可重擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在线+5V电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。数据存储器比51系列的单片机相比大了许多为256字节RAM。AT89C52单片机的指令系统和引脚功能3.3.2 主要性能参数 （1）8K字节可重擦写Flash闪速存储器（2）1000次可擦写周期 （3）2568字节内部RAM （4）32个可编程I/O口线 （5）3个16位定时/计数器 （6）8个中断源 （7）低功耗空闲和掉电模式3.3.3 AT89C52外部引脚图及管脚说明图3-2 AT89C52引脚图VCC：电源GND：接地P0口：P0口是一个8位漏级开路的双向I/O口。作为输
29、出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0口端口写“1”时，引脚作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接受指令字节：在程序效验时，输出指令字节。程序效验时，需要外部上拉电阻。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位是双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电平。对P1口写“1”时，内部上拉电阻的原因，将输出电流ILL。 P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑电平。对P2口写“1”时，通过内
30、部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流ILL。在访问外部数据存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电平。对P3口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入端口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流ILL。P3口除了作为一般、的I/O口线外，更重
31、要的是它的第二功能，如下表所示。表3-3 AT89C52功能表引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期以高电平将使用单片机复位。 ALE/：地址锁存器控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也使用作编程输入脉冲。：外部程序储存器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。
32、当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据储存器时，将不被激活。 ：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000HFFFFH的外部程序存储器读取指令，端必须保持低电平（接地）。为了执行内部程序指令，应该接VCC。 XTA L1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTA L2：振荡器反相放大器的输出端。3.4 时钟电路本系统要求时段起始点设定及显示当时的日期和时间，因此，需要自身携带时钟芯片，以便实时监控。目前，市场上的时钟芯片种类繁多，功能各异，如DS1302，MSM58321等。我们选用了性能价格比较高，且功能完善的DS12887时钟芯
33、片。该芯片是DALLAS公司推出的8位并行实时时钟芯片，工作电压为5V，便于在计算机系统中应用。具有并行控制功能，使其在与微处理器接口时能大大提高CPU的工作效率。它的计时精度非常高，在25的工作环境中误差约为士1分钟/月。当外部电源电压小于3V时，内部检测系统将自动切断外部电源，改为由内部铿电池供电。该芯片的具体应用电路如图3-4所示。为了使电路图简明，89S52的P20端与DS12887的CS端用P21连接。它的主要特点如下:(l)具有秒、分、时、日、月、年及星期信息，并有闰年补偿功能。(2)时间可采用12小时制或24小时制。(3)有128字节的非易失静态RAM可供用户使用，其中14字节为
34、时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM(可存放重要的数据),有可编程方波输出功能。(5)断电情况下可运行10年以上而不丢失数据DS12887主要由振荡器、电源控制、总线接口、周期中断方波产生电路及日历时钟寄存器等部分组成。为了防止电池能量的不必要浪费，芯片出厂时通常关闭内部振荡器。在使用时要注意通过控制器将其打开。时钟电路为本系统提供了时间基准。它可以显示当前的时间状态，为按峰平谷时间段显示电能提供了时间基准，它的114字节非易失静态RAM为保存电能计算结果在断电情况下而不丢失起到了极为重要的作用。3.5显示电路该设计采用的是LM016L显示模块，LM016L液晶模块采用HD44780控制器
35、，HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁灯功能。LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，HD44780控制器有两个8位寄存器，指令寄存器和数据寄存器显示RAM。IR用于寄存器指令，只能写入不能读出；DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM，或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为“1”时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接收指令数据，DDRAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生产57点阵字符160种和510点阵字符32种。LM016L液晶显示器的管脚如图3-4所示。图3-4
36、 LM016L液晶显示器的管脚图3.5.1 液晶显示器LM016L的简介 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。LM016L主要技术参数如下：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mmLM016L液晶显示器管脚说明如表1-1所示表1-1 LM016L液晶显示器的管脚说明表管脚符号
37、功能说明1VSS一般接地2VCC接+5V电源3V0液晶显示器对比度调整端4RSRS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器5R/WR/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作6EE为使能端，下降沿使能7DB0低4位三态，双向数据总线0位 8DB1低4位三态，双向数据总线1位9DB2低4位三态，双向数据总线2位10DB3低4位三态，双向数据总线3位11DB4高4位三态，双向数据总线4位12DB5高4位三态，双向数据总线5位13DB6高4位三态，双向数据总线6位14DB7高4位三态，双向数据总线7位15BLA背光电源正极16BLK背光电源负极(2) LMO16L的
38、指令说明LMO16L液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低
39、电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。3.5.2 显示电路图本设计显示是采用液晶显示器LM016L进行显示， LM016L的功能、显示原理以及使用方法将会在后文中介绍，P0口是一个地址/数据复用的双向I/O口，当使用P0口访问外部存储
40、器和数据存储器时，P0口内部已有上拉电阻，当P0口作程序检验，输出指令字节时，必须外接上拉电阻。LM016L的控制信号RS、RW、E分别接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2。显示电路如图3-5所示。图3-5 显示电路3.5.3 液晶显示器各种图形的显示原理(1) 线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（0
41、00H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。(2) 字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字
42、符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。(3) 汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完.3.6存储模块AT24C02当程序因受到干扰而弹飞到一个临时构成的死循环中时,系统将安
43、全瘫痪 。本系统采用AT24C02芯片构成WATCHDOG 。掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的温度值。AT24C02是ATMEL公司生产的2KB电可擦除存储芯片，是8位电可擦除PROM，由2568位存储器构成，并具有两线串行接口。遵循I2C总线协议与单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10uA(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。系统在上电过程、瞬间电压降压或存在瞬间干扰脉时,WATCHDOG 电路都能正确地给出复位脉冲信号,使系统恢复正常的运行状态，保证了锅炉的正常运转。AT24C02的引
44、脚结构如下图所示，其管脚功能如下表所示。图3-7 AT24C02的引脚结构图表3-8 AT24C02的管脚功能表名 称功 能GND接地端SDA串行地址/数据I/O端SCL串行时钟端WP写保护输入端VCC+2.5V到5.5V电源端NC无内部链掉电存储电路如下图所示。图中两电阻是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。当开机时首先将存在AT24C02中的上下限温度值保存在他们相应的单元之中，当进行按键操作之后，确认操作完毕之后将调整过的上下限值再送至A
45、T24C02，将原来的数据覆盖。 3.7键盘接口模块该控制电路由4个开关组成，其电路如下图所示。4个开关分别用于调用设置电能的上下限值，以及历史数据。其中S1键为功能键,可以用来调用当前或历史数据,如月份用用电量,金额的菜单,S2,S3为上翻下翻键,可以指向从菜单栏中调用出的菜单项目,便于用户和管理人员查找核对信息,S4为确定键,当确定要查找的信息时,只要指向该栏目点击确定即可.图4-12键盘接口3.8直流稳压电源模块电源电路是整个系统能稳定工作的前提和关键，系统中的各个单元电路都需要使用直流电源供电，本设计采用自制电源供电方式，将220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路整流和滤波，在固定式三端稳压器的两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过W7805的稳压和电容的频率补偿，便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。自制电源原理如图3-1所示： 图3-1直流稳压电源3.9 通讯模块3.9.1 RS-485通讯Max485是德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS-485标准的芯片。Max485芯片起电平转换的功能,使单片机的TTL电平与PC的RS-485C电平达到匹配。串口通信的RS-485C接口采用9针串口DB9,串口传输数据只要将两个串口的“发送数据”与“接收数据”交叉连接，再加上信号地线就能实现。串口通信又分查询和中断两种方
