基于stc单片机的交流电压电流表的设计(附件)【字数：9046】
摘 要随着电的应用越来越广泛，相应的测量仪器也进入了一个快速的发展时期。在经历了模拟仪表和数字仪表两个发展阶段后，智能仪表的到来为电气测量带来了巨大的便捷。微处理器具有强大的数据处理能力，并且可以与外部进行通讯，这在自动控制行业有着极其重要的作用。本课题选用STC89C52RC单片机作为数据处理的微处理器，CS5460A计量芯片作为模数转换模块和数据计算模块来计算交流电压，交流电流等电器参数。采集交流电压电流的传感器为星格互感器（电压，电流各一个）,外加滤波电路。显示模块采用LCD12864液晶屏。通过单片机的对CS5460A读写操作读取电气参数并做数据处理，然后用单片机操控显示模块来直接显示电气参数的值。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本课题选择的背景 1
1.2本课题的研究意义 1
第二章 系统的结构设计及所选芯片的简介 2
2.1系统的结构设计 2
2.2系统所选芯片简介 3
2.2.1 STC89C52RC单片机 3
2.2.1.1 STC89C5RC单片机引脚说明 3
2.2.2 CS5460A计量芯片 6
2.2.3 LCD12864液晶屏 8
2.2.3.1 LCD12864的显示原理 10
2.2.3.2 LCD12864的串行通讯 10
2.2.3.3 LCD的并行通讯 11
第三章 硬件电路设计 13
3.1 电压电流采集模块 13
3.2 模数转换模块 15
3.3 单片机驱动电路 16
3.4 液晶显示模块 17
第四章 软硬件调试 19
4.1 keil编程软件简介 19
4.2 STCISP下载软件简介 20
4.3 Altium Designer 简介 21
4.3.1 Altium Designed 布线需要注意的问题 22
4.4关于CS5460A的子程序代码 22
4.4.1 CS5460A的总体操作流程 23
4.4.2 CS5460A的初始化 23 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4.4.3 CS5460A读写程序的子代码 25
4.5 关于LCD12864的流程代码 27
4.5.1 LCD12864工作的流程图 27
4.5.2 LCD12864的代码 28
4.5.2.1 LCD12864的初始化及位置函数 28
4.5.3 小节 28
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
附录 32
绪论
1.1本课题选择的背景
随着电气行业的发展，越来越多的电工仪表被发明出来。电工仪表发展经历了模拟仪表，数字仪表，智能仪表三个阶段。但是模拟仪表形式功能单一，比较依赖零件的质量，而且技术已经发展完善，仍停留在上世纪60年代。数字仪表功能较多，精度比起模拟仪表也有很大提升，也不用担心摩擦误差，读数视差等问题。但是随着电气产品的多样化发展，数字仪表并不能胜任所有任务，这时候，智能仪表的作用就凸显出来。智能仪表是在指示仪表中内嵌单片机或者微处理器，使它具有自动调节、自运算和多功能的能力。虚拟仪表则是仪表硬件和计算机的结合，利用计算机强大的软件组成测量系统。智能仪器在仪表中引进了单片机或嵌入式系统，使它在测量的同时，能对输入信号进行记忆、分析、判断，从而提高仪表性能、简化仪表电路，达到增加功能提高精度的效果。智能仪器可以利用微处理器的快速处理能力，在很短的时间内，进行多次测量，并立即计算出平均值显示出来，不需要人工逐一读数和计算，这对仪表进行精密测量或进行校准和检定的场合特别适用。单片机的内嵌，使仪表的输入，输出设备发生了根本性的变化，可以通过按键，灵活的改变仪表功能，做到一表多用，而无须改变硬件连接。例如可以在单片机中编入不同的测量子程序，使用时通过按键灵活调用，使其能够完成不同的测量任务。过去的LED,LCD以显示数字为主，现在可以通过软件同时显示测量条件，测量结果，测量准确度，需要时还可以显示图形等。最重要的一点是可以通过接口，总线进行仪器间的数据通信。对于一个自动测量系统或自动控制系统，这一点更为重要。因为在测量系统中测量某个物理量的数值并不是最终目的，它的最终目的是要求对系统各个测量点所读出的数值进行运算，并根据运算结果实行相对应的操作。这就要求仪器间能进行数据的通信和传递，接口可作为数据通信与传递的通道。
1.2本课题的研究意义
我国电工仪器仪表行业经过50多年的发展已形成全球规模的产业集群。电能表、便携式数字万用表产销量居世界第一，成为国产率最高的行业之一，目前出口率超过15%。国家电工仪器仪表制造业包括：电能表、自动抄表系统(不含表)、电力负荷管理系统、电磁参数测量仪器仪表、电磁参量分析与记录装置、配电系统电气安全检测与分析装置、电源装置、标准与校验设备、扩大量限装置、电力自动化仪表及系统、非电量电测仪表及装置、其他电工仪器仪表产品共12类。服务范围涉及到国民经济与国防建设的各个领域。
系统的结构设计及所选芯片的简介
2.1系统的结构设计
本课题选用星格互感器来采集电压电流，互感器的作用就是把一次侧的大电压，大电流转换成二次侧的低电压弱电流，并将一次侧和二次侧隔离开来，保证二次侧的安全。而且，当我们测量出二次侧的电压和电流以后，可以根据互感器的变比算出一次侧的大电压和高电流。信号处理芯片我选用CS5460A，CS5460A芯片功能十分强大，可以计算电压，电流有效值，瞬时值，无功功率，视在功率等各种电气参数并存储在自己的寄存器内。经互感器采集的电气量经过滤波电路进入CS5460A芯片的采集引脚，再在单片机中编写程序对CS5460A的寄存器进行读写操作，让CS5460A执行相应的计算操作，并读出芯片寄存器中的数值，经校准后驱动LCD显示电路输出要测量的电气参数。单片机我选用STC89C52RC，虽然此单片机已经推出很多年，数据处理，计算能力，抗干扰和加密技术等各方面比起STM32，K60等单片机比较落后，但在此系统中，这种型号的单片机足以处理数据，具有很大的性价比优势。并且，此单片机比较简单基础，很适合刚刚学习嵌入式开发的新手。系统的总体结构图大致如图21所示：
目 录
第一章 绪论 1
1.1本课题选择的背景 1
1.2本课题的研究意义 1
第二章 系统的结构设计及所选芯片的简介 2
2.1系统的结构设计 2
2.2系统所选芯片简介 3
2.2.1 STC89C52RC单片机 3
2.2.1.1 STC89C5RC单片机引脚说明 3
2.2.2 CS5460A计量芯片 6
2.2.3 LCD12864液晶屏 8
2.2.3.1 LCD12864的显示原理 10
2.2.3.2 LCD12864的串行通讯 10
2.2.3.3 LCD的并行通讯 11
第三章 硬件电路设计 13
3.1 电压电流采集模块 13
3.2 模数转换模块 15
3.3 单片机驱动电路 16
3.4 液晶显示模块 17
第四章 软硬件调试 19
4.1 keil编程软件简介 19
4.2 STCISP下载软件简介 20
4.3 Altium Designer 简介 21
4.3.1 Altium Designed 布线需要注意的问题 22
4.4关于CS5460A的子程序代码 22
4.4.1 CS5460A的总体操作流程 23
4.4.2 CS5460A的初始化 23 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4.4.3 CS5460A读写程序的子代码 25
4.5 关于LCD12864的流程代码 27
4.5.1 LCD12864工作的流程图 27
4.5.2 LCD12864的代码 28
4.5.2.1 LCD12864的初始化及位置函数 28
4.5.3 小节 28
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
附录 32
绪论
1.1本课题选择的背景
随着电气行业的发展，越来越多的电工仪表被发明出来。电工仪表发展经历了模拟仪表，数字仪表，智能仪表三个阶段。但是模拟仪表形式功能单一，比较依赖零件的质量，而且技术已经发展完善，仍停留在上世纪60年代。数字仪表功能较多，精度比起模拟仪表也有很大提升，也不用担心摩擦误差，读数视差等问题。但是随着电气产品的多样化发展，数字仪表并不能胜任所有任务，这时候，智能仪表的作用就凸显出来。智能仪表是在指示仪表中内嵌单片机或者微处理器，使它具有自动调节、自运算和多功能的能力。虚拟仪表则是仪表硬件和计算机的结合，利用计算机强大的软件组成测量系统。智能仪器在仪表中引进了单片机或嵌入式系统，使它在测量的同时，能对输入信号进行记忆、分析、判断，从而提高仪表性能、简化仪表电路，达到增加功能提高精度的效果。智能仪器可以利用微处理器的快速处理能力，在很短的时间内，进行多次测量，并立即计算出平均值显示出来，不需要人工逐一读数和计算，这对仪表进行精密测量或进行校准和检定的场合特别适用。单片机的内嵌，使仪表的输入，输出设备发生了根本性的变化，可以通过按键，灵活的改变仪表功能，做到一表多用，而无须改变硬件连接。例如可以在单片机中编入不同的测量子程序，使用时通过按键灵活调用，使其能够完成不同的测量任务。过去的LED,LCD以显示数字为主，现在可以通过软件同时显示测量条件，测量结果，测量准确度，需要时还可以显示图形等。最重要的一点是可以通过接口，总线进行仪器间的数据通信。对于一个自动测量系统或自动控制系统，这一点更为重要。因为在测量系统中测量某个物理量的数值并不是最终目的，它的最终目的是要求对系统各个测量点所读出的数值进行运算，并根据运算结果实行相对应的操作。这就要求仪器间能进行数据的通信和传递，接口可作为数据通信与传递的通道。
1.2本课题的研究意义
我国电工仪器仪表行业经过50多年的发展已形成全球规模的产业集群。电能表、便携式数字万用表产销量居世界第一，成为国产率最高的行业之一，目前出口率超过15%。国家电工仪器仪表制造业包括：电能表、自动抄表系统(不含表)、电力负荷管理系统、电磁参数测量仪器仪表、电磁参量分析与记录装置、配电系统电气安全检测与分析装置、电源装置、标准与校验设备、扩大量限装置、电力自动化仪表及系统、非电量电测仪表及装置、其他电工仪器仪表产品共12类。服务范围涉及到国民经济与国防建设的各个领域。
系统的结构设计及所选芯片的简介
2.1系统的结构设计
本课题选用星格互感器来采集电压电流，互感器的作用就是把一次侧的大电压，大电流转换成二次侧的低电压弱电流，并将一次侧和二次侧隔离开来，保证二次侧的安全。而且，当我们测量出二次侧的电压和电流以后，可以根据互感器的变比算出一次侧的大电压和高电流。信号处理芯片我选用CS5460A，CS5460A芯片功能十分强大，可以计算电压，电流有效值，瞬时值，无功功率，视在功率等各种电气参数并存储在自己的寄存器内。经互感器采集的电气量经过滤波电路进入CS5460A芯片的采集引脚，再在单片机中编写程序对CS5460A的寄存器进行读写操作，让CS5460A执行相应的计算操作，并读出芯片寄存器中的数值，经校准后驱动LCD显示电路输出要测量的电气参数。单片机我选用STC89C52RC，虽然此单片机已经推出很多年，数据处理，计算能力，抗干扰和加密技术等各方面比起STM32，K60等单片机比较落后，但在此系统中，这种型号的单片机足以处理数据，具有很大的性价比优势。并且，此单片机比较简单基础，很适合刚刚学习嵌入式开发的新手。系统的总体结构图大致如图21所示：
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