单片机的智能数字电表设计
摘 要随着科学技术的进步和生活新科技带来的便利，人民的要求进一步得到了提高，尤其离不开的供电方面。?因此，建立新的电网体系已经迫在眉睫，而供电网络的核心组成部件—智能电表的发展也被提上日程。用不了多久，智能电表将安装进每一家每一户。所以说对智能电表技术的研究和开发在实际中有重要意义。在智能电表未研发之前，大众常见的就是传统电表，其缺点明显—只能说明整体功耗，需要人工抄表，浪费大量人力物力。为了解决上述问题，所以对智能电表的研究集中在能够实现通讯上，可以让供电公司远程控制调整，根据电力的价格管制，最终达到节约用电的效果。本文根据日常生活中所遇到的情况，设计一篇基于单片机的智能电表方案。本文主要完成了以下工作：对智能电表简单叙述，讲解自己的设计思路，介绍各芯片的功能，设计硬件信号采集，设计软件信号采集，运用Protel，CAD绘制原理图。
Key words: smart grid, data chip, hardware signal, software signal, program design 目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
前言 1
第一章 智能电表的概述 2
1.1 智能电表的原理介绍 2
1.2 智能电表的结构介绍 2
1.3 智能电表的工作原理 3
1.4 智能电表的主要特点 3
第二章 智能电能表的设计方案 5
2.1 智能电表的设计要求 5
2.2 智能电能表的硬件组成 5
2.2.1 微处理器或微控制器 6
2.2.2 传感器 6
2.2.3 信号调理 6
2.2.4 A/D转换器 6
2.2.5 D/A转换器 7
第三章 主要的芯片介绍 8
3.1 单片机STC89C51 8
3.1.1 简介 8
3.1.2 选取原因 8
3.1.3 主要特性 8
3.1.4 STC89C51的引脚功能说明 9
3.2 计量芯片CS5460A 10
3.2.1 芯
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
片选取原因 11
3.2.2 主要特征 11
3.2.3 引脚功能 11
3.3 外部寄存器X5045 12
3.3.1 简介 12
3.3.2 主要特性 12
3.3.3 引脚功能 13
3.4 时钟芯片DS1302 13
3.4.1 简介 13
3.4.2 主要特性 14
3.4.3 引脚功能 14
3.5 74HC138译码器 14
3.5.1 简介 14
3.5.2 主要特性 15
3.5.3 真值表 15
3.6 LED数码管 16
第四章 智能电能表的硬件设计 17
4.1 电压电流采样模块的设计 17
4.1.1 电压调理电路 18
4.1.2 电流调理电路 18
4.2 CS5460A的外部电路 18
4.3 数码管连接电路 19
4.4 组合键盘连接电路 20
4.5 EEPROM连接电路 21
4.6 时钟芯片DS1302连接电路 21
4.7 电源模块 22
第五章 电能表的软件设计 23
5.1 主程序流程 23
5.2 CS5460数据交换方法 24
5.3 时钟芯片的读写流程 25
5.4 外部寄存芯片的读写流程 26
5.5 按键扫描流程 26
5.6 数码管显示功能的实现 27
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 31
前言
随着国民经济的不断发展，智能电表已经开始慢慢取代传统电表的使用。智能电表的初始安装是用于远程抄表，远程开关等服务的效率。安装智能电表以后，每个用户的电力需求可以详细掌握，而且启动发电和配电设备的必要数量只要根据需要启动。尽管智能电表和智能交换机需要成本和安装费用，但是他们可以控制发电和配电设备的投资。此外，在最近几年，对于用电智能电表控制峰值需求的效果也越来越明显。电力公司使用智能电表发送电力到用户的相关信息，以便降低功率消耗，以响应需求响应，同时智能切换也给居民的生活带来了极大的方便。
作为最基本的智能电网设备之一，智能电表节能技术本身也在不断地被关注。因为智能电表需要使用专用的电池，如果智能电表耗电量很大，电池的寿命会缩短，电池还会影响仪表和用户用电。
随着国民经济的不断发展，对电力能源的需求也急剧增加，电力已成为全国最重要的能源。但是，目前居民用电管理太落后了，还是在使用抄表，然后支费用的传统操作模式。这种管理模式，向居民和管理者带来很多不便，也存在一些弊端。为了迎合社会的需要，以确保用户安全，方便，合理的用电，对传统的电力仪表和动力方式进行转变。为了适应社会发展的需要，选择了一种基于单片机的智能电能表的设计。
第一章 智能电表的概述
1.1 智能电表的原理介绍
作为新一代代替传统电报的智能电表，它具有传统电表不具备的功能，例如测量，数据处理。所以说，能够进行测量，数据处理的电表才是智能电表。智能电表的内部添加各种芯片，利用芯片自带的功能有效的对电能进行监管。智能电表相对于传统的电能表比较，突出的功能是智能电表可以计量，作为一个智能化的电子表，还可以通过连接传输数据到外界，实现远程信号管理，实时通信。
微处理器（单片机）是整个智能电表的重要部件，相当于人的心脏，是进行大量测量数据的依据，具有对数据进行存储，分析，判断和处理的能力。智能电表通常具有自动检测数据和处理功能，数据转换和自动调零功能，并可通过人机通信和显示设备操作面板。智能电表的设计主要是利用计算机和通信技术，为了减少能量消耗，使用芯片进行数据采集和数据处理功能，这样既可以免去了原有的人力抄表步骤，提高其工作效率，节约了成本，满足人民的需求。
1.2 智能电表的结构介绍
智能电表在生活中可以分成机电一体式和全电子式两种。
1、机电一体式，对传统电表的一种改进，加上合适的组件，目的是让它在低成本和安装方便的前提下，还可以充分的完成所需的功能，在一般情况下，改进传统电表是不允许更改电能表结构的。智能电表要配备一个感测装置，以一个集成电路为例，测量智能电表和电脉冲输出同时进行，从测得的数据处理，相比以避免机械部件长期使用的仪表，和传统的电能表，减少体积，提高了可靠性，更精确，并降低了功耗和生产过程大大提高，并最终取代仪表与机械部件。
机械和电子仪器的第一组合是基于原来的机械电表中，其原理是在原有的电报上加入计数装置，和相应的控制和通信电路，实现自动扣费，断电控制；这种设计知识加装了组件，没有改变应有的原理，只能算是优化了原有传统电表的效果，但是测量精度，性能和原来完全一样，而且成本比较高，除了利用率高并没有多大价值，它的测量原理是熟悉的，易于接受的公众。
Key words: smart grid, data chip, hardware signal, software signal, program design 目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
前言 1
第一章 智能电表的概述 2
1.1 智能电表的原理介绍 2
1.2 智能电表的结构介绍 2
1.3 智能电表的工作原理 3
1.4 智能电表的主要特点 3
第二章 智能电能表的设计方案 5
2.1 智能电表的设计要求 5
2.2 智能电能表的硬件组成 5
2.2.1 微处理器或微控制器 6
2.2.2 传感器 6
2.2.3 信号调理 6
2.2.4 A/D转换器 6
2.2.5 D/A转换器 7
第三章 主要的芯片介绍 8
3.1 单片机STC89C51 8
3.1.1 简介 8
3.1.2 选取原因 8
3.1.3 主要特性 8
3.1.4 STC89C51的引脚功能说明 9
3.2 计量芯片CS5460A 10
3.2.1 芯
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
片选取原因 11
3.2.2 主要特征 11
3.2.3 引脚功能 11
3.3 外部寄存器X5045 12
3.3.1 简介 12
3.3.2 主要特性 12
3.3.3 引脚功能 13
3.4 时钟芯片DS1302 13
3.4.1 简介 13
3.4.2 主要特性 14
3.4.3 引脚功能 14
3.5 74HC138译码器 14
3.5.1 简介 14
3.5.2 主要特性 15
3.5.3 真值表 15
3.6 LED数码管 16
第四章 智能电能表的硬件设计 17
4.1 电压电流采样模块的设计 17
4.1.1 电压调理电路 18
4.1.2 电流调理电路 18
4.2 CS5460A的外部电路 18
4.3 数码管连接电路 19
4.4 组合键盘连接电路 20
4.5 EEPROM连接电路 21
4.6 时钟芯片DS1302连接电路 21
4.7 电源模块 22
第五章 电能表的软件设计 23
5.1 主程序流程 23
5.2 CS5460数据交换方法 24
5.3 时钟芯片的读写流程 25
5.4 外部寄存芯片的读写流程 26
5.5 按键扫描流程 26
5.6 数码管显示功能的实现 27
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 31
前言
随着国民经济的不断发展，智能电表已经开始慢慢取代传统电表的使用。智能电表的初始安装是用于远程抄表，远程开关等服务的效率。安装智能电表以后，每个用户的电力需求可以详细掌握，而且启动发电和配电设备的必要数量只要根据需要启动。尽管智能电表和智能交换机需要成本和安装费用，但是他们可以控制发电和配电设备的投资。此外，在最近几年，对于用电智能电表控制峰值需求的效果也越来越明显。电力公司使用智能电表发送电力到用户的相关信息，以便降低功率消耗，以响应需求响应，同时智能切换也给居民的生活带来了极大的方便。
作为最基本的智能电网设备之一，智能电表节能技术本身也在不断地被关注。因为智能电表需要使用专用的电池，如果智能电表耗电量很大，电池的寿命会缩短，电池还会影响仪表和用户用电。
随着国民经济的不断发展，对电力能源的需求也急剧增加，电力已成为全国最重要的能源。但是，目前居民用电管理太落后了，还是在使用抄表，然后支费用的传统操作模式。这种管理模式，向居民和管理者带来很多不便，也存在一些弊端。为了迎合社会的需要，以确保用户安全，方便，合理的用电，对传统的电力仪表和动力方式进行转变。为了适应社会发展的需要，选择了一种基于单片机的智能电能表的设计。
第一章 智能电表的概述
1.1 智能电表的原理介绍
作为新一代代替传统电报的智能电表，它具有传统电表不具备的功能，例如测量，数据处理。所以说，能够进行测量，数据处理的电表才是智能电表。智能电表的内部添加各种芯片，利用芯片自带的功能有效的对电能进行监管。智能电表相对于传统的电能表比较，突出的功能是智能电表可以计量，作为一个智能化的电子表，还可以通过连接传输数据到外界，实现远程信号管理，实时通信。
微处理器（单片机）是整个智能电表的重要部件，相当于人的心脏，是进行大量测量数据的依据，具有对数据进行存储，分析，判断和处理的能力。智能电表通常具有自动检测数据和处理功能，数据转换和自动调零功能，并可通过人机通信和显示设备操作面板。智能电表的设计主要是利用计算机和通信技术，为了减少能量消耗，使用芯片进行数据采集和数据处理功能，这样既可以免去了原有的人力抄表步骤，提高其工作效率，节约了成本，满足人民的需求。
1.2 智能电表的结构介绍
智能电表在生活中可以分成机电一体式和全电子式两种。
1、机电一体式，对传统电表的一种改进，加上合适的组件，目的是让它在低成本和安装方便的前提下，还可以充分的完成所需的功能，在一般情况下，改进传统电表是不允许更改电能表结构的。智能电表要配备一个感测装置，以一个集成电路为例，测量智能电表和电脉冲输出同时进行，从测得的数据处理，相比以避免机械部件长期使用的仪表，和传统的电能表，减少体积，提高了可靠性，更精确，并降低了功耗和生产过程大大提高，并最终取代仪表与机械部件。
机械和电子仪器的第一组合是基于原来的机械电表中，其原理是在原有的电报上加入计数装置，和相应的控制和通信电路，实现自动扣费，断电控制；这种设计知识加装了组件，没有改变应有的原理，只能算是优化了原有传统电表的效果，但是测量精度，性能和原来完全一样，而且成本比较高，除了利用率高并没有多大价值，它的测量原理是熟悉的，易于接受的公众。
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