单片机的数字电能表设计(附件)【字数：10281】
摘 要随着科学水平的不断提高电已经融入了我国人民的生活。伴随着电的出现，世界上不断出现电视机、电冰箱、洗衣机等新生事物。为了测量电能，随即出现了电能表这种测量电的仪表。从过去的单一费率电能表发展到现在的多费率电能表，这与我国的多费率用电政策息息相关，目的是消峰镇谷，平衡用电。随着在现在科技的不断提高，不断出现自动化、人性化和智能化的各种仪表，而这些仪表大多以单片机或CPU为核心。本次设计电能表将具有方便读数、使用方便等重要特点。而数字电能表更增加了精确度高、读数明确、测量标准、方便等优点。本设计构造了一款以AT89C51单片机为核心，以集成电路AD7751对电压和电流进行取样，经过单片机的处理得到电能，再将各个数据传输到LCD显示数据。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2数字电能表的特点 1
1.3数字电能表的结构 1
1.4电能计量知识 2
1.4.1功率 2
1.4.2功率因数 3
1.5电能计量基本公式 3
1.6有功电能谐波处理 3
1.7无功电能谐波处理 4
第二章 总体方案设计 5
2.1方案一：模数转换式 5
2.2方案二：功率累加式 5
第三章 各个模块选择 6
3.1芯片选型 7
3.1.1AT89C51芯片的性能特点 7
3.2.1A/D转换器介绍 8
3.2.2AD7751引脚介绍 9
3.3EEPROM 11
3.4DS1302 12
3.5LCD1602 12
第四章 硬件设计 14
4.1功率检测电路设计 14
4.2时钟电路设计 15
4.3EEPROM/看门狗电路设计 15
4.4LCD显示电路设计 16
4.5RS485通信传输设计 17
第五章 软件设计 18
5.1电能计量子程序设计 19
5.2EEPROM/看门狗子程序设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
计 19
5.3LCD显示子程序设计 20
5.4RS485通信子程序 21
5.5系统主程序设计 21
5.6电路仿真 22
第六章 结论与展望 24
6.1结论 24
6.2不足之处及未来展望 24
致 谢 26
参考文献 25
附录一 27
附录二 28
附录三 34
附录四 35
第一章 绪论
1.1研究背景
这些年随着工业化程度加深，中国各地的用电量在不断上升，对电网系统稳定性造成了一定影响。随着复费率电能表的出现，单一费率电能表也渐渐被取代。现在市场上出现了各种以单片机为核心的电能表。为了满足现代控制系统和数据处理的要求，数字电路技术不断发展了起来，这也为数字电能表的出现提供了帮助。而且数字电能表也与计算机技术的发展息息相关，同时为了简化测量步骤，为了追求更加精确的测量值也促进了它的飞速发展。如今数字电能表已经成为了现代化仪表的标志。
由于现在电子技术、计算机和集成技术的不断发展，数字电能表向着微小化发展，实现了数字电能表可编程和自动处理化。如今有着存储器和软件的支持，它可以组成自动测试系统。除了可以完成它本身的功能外，它还可以完成自校、自检的任务。
数字化电能表目前可适用于大多数数字计量场所。与此同时数字电能表也扩展成了通用及专业的数字仪表，既可以测量电量信息，也可以测量非电量。利用先进的数显技术，数字电能表也展现出读数清晰精准一目了然的特点。
数字电能表的内部有A/D转换器，而A/D转换器可以将模拟信号转化为数字信号。数字电能表的精确度直接反应在测量结果中，所以数字电能表需要具有精确度高、转换速度快、性能稳定等特点。此次设计的数字电能表主要由集成电路AD7751和单片机AT89C51组成，完成在MCU控制下的模拟信号采集和转换功能，最后由获取数字显示器显示电能。
1.2数字电能表的特点
数字电能表可以测量出三相电网中的：三相有功电能、三相无功电能，它还可以测量三相有功功率和三相无功功率。作为一种先进的测量原件，它已广泛应用于测量各种控制系统、变电站、小区电力系统、发电厂等各种用电场所。它具有安装方便、接线简单、维护方便、读数清楚、使用稳定、工程量小、现场可编程设置输入参数。数字电能表是集显示技术、集成技术、自动检测技术于一体的先进测量仪表。
显示清晰直观
传统电能表采用指针进行读数，容易引起误差会引起视觉上的模糊。而此次设计的数字电能表采用LED数字管进行读数更加直观准确一目了然。
测量速度快
数字电能表的内部核心是A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，然后再由单片机AT89C51进行计算处理，得出测量信息。
测量精度高
数字电能表具有很高的输入阻抗，在测量过程中损失在测量电路中的电流极小，测量误差也就小。现在的数字电能表还有这数字滤波和浮地保护技术，更进一步提高了精准度。
1.3数字式电能表的结构
数字电能表可分为下面四个部分:
第一部分:输入回路，它将北侧的电流与电压通过互感器和分压器转换为所需要的小电压、小电流送到乘法器。
第二部分:乘法器可以进行功率转换，当测得的电压和电流进入相应的输入端是，就会输出相应的直流电压。然后进行VF转换。
第三部分:VF转换电路也就是电压频率转换电路。由于第二部分的乘法器所输出的是模拟量电压，再用电压表测量它，然后用功率单位反应的结果就是功率数。经过计算一段时间电压转换成的脉冲数，这就是测得的电能量。
第四部分:计数器，它将和功率因数成正比的脉冲数显示在显示模块上。
1.4电能计量知识
1.4.1 功率
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2数字电能表的特点 1
1.3数字电能表的结构 1
1.4电能计量知识 2
1.4.1功率 2
1.4.2功率因数 3
1.5电能计量基本公式 3
1.6有功电能谐波处理 3
1.7无功电能谐波处理 4
第二章 总体方案设计 5
2.1方案一：模数转换式 5
2.2方案二：功率累加式 5
第三章 各个模块选择 6
3.1芯片选型 7
3.1.1AT89C51芯片的性能特点 7
3.2.1A/D转换器介绍 8
3.2.2AD7751引脚介绍 9
3.3EEPROM 11
3.4DS1302 12
3.5LCD1602 12
第四章 硬件设计 14
4.1功率检测电路设计 14
4.2时钟电路设计 15
4.3EEPROM/看门狗电路设计 15
4.4LCD显示电路设计 16
4.5RS485通信传输设计 17
第五章 软件设计 18
5.1电能计量子程序设计 19
5.2EEPROM/看门狗子程序设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
计 19
5.3LCD显示子程序设计 20
5.4RS485通信子程序 21
5.5系统主程序设计 21
5.6电路仿真 22
第六章 结论与展望 24
6.1结论 24
6.2不足之处及未来展望 24
致 谢 26
参考文献 25
附录一 27
附录二 28
附录三 34
附录四 35
第一章 绪论
1.1研究背景
这些年随着工业化程度加深，中国各地的用电量在不断上升，对电网系统稳定性造成了一定影响。随着复费率电能表的出现，单一费率电能表也渐渐被取代。现在市场上出现了各种以单片机为核心的电能表。为了满足现代控制系统和数据处理的要求，数字电路技术不断发展了起来，这也为数字电能表的出现提供了帮助。而且数字电能表也与计算机技术的发展息息相关，同时为了简化测量步骤，为了追求更加精确的测量值也促进了它的飞速发展。如今数字电能表已经成为了现代化仪表的标志。
由于现在电子技术、计算机和集成技术的不断发展，数字电能表向着微小化发展，实现了数字电能表可编程和自动处理化。如今有着存储器和软件的支持，它可以组成自动测试系统。除了可以完成它本身的功能外，它还可以完成自校、自检的任务。
数字化电能表目前可适用于大多数数字计量场所。与此同时数字电能表也扩展成了通用及专业的数字仪表，既可以测量电量信息，也可以测量非电量。利用先进的数显技术，数字电能表也展现出读数清晰精准一目了然的特点。
数字电能表的内部有A/D转换器，而A/D转换器可以将模拟信号转化为数字信号。数字电能表的精确度直接反应在测量结果中，所以数字电能表需要具有精确度高、转换速度快、性能稳定等特点。此次设计的数字电能表主要由集成电路AD7751和单片机AT89C51组成，完成在MCU控制下的模拟信号采集和转换功能，最后由获取数字显示器显示电能。
1.2数字电能表的特点
数字电能表可以测量出三相电网中的：三相有功电能、三相无功电能，它还可以测量三相有功功率和三相无功功率。作为一种先进的测量原件，它已广泛应用于测量各种控制系统、变电站、小区电力系统、发电厂等各种用电场所。它具有安装方便、接线简单、维护方便、读数清楚、使用稳定、工程量小、现场可编程设置输入参数。数字电能表是集显示技术、集成技术、自动检测技术于一体的先进测量仪表。
显示清晰直观
传统电能表采用指针进行读数，容易引起误差会引起视觉上的模糊。而此次设计的数字电能表采用LED数字管进行读数更加直观准确一目了然。
测量速度快
数字电能表的内部核心是A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，然后再由单片机AT89C51进行计算处理，得出测量信息。
测量精度高
数字电能表具有很高的输入阻抗，在测量过程中损失在测量电路中的电流极小，测量误差也就小。现在的数字电能表还有这数字滤波和浮地保护技术，更进一步提高了精准度。
1.3数字式电能表的结构
数字电能表可分为下面四个部分:
第一部分:输入回路，它将北侧的电流与电压通过互感器和分压器转换为所需要的小电压、小电流送到乘法器。
第二部分:乘法器可以进行功率转换，当测得的电压和电流进入相应的输入端是，就会输出相应的直流电压。然后进行VF转换。
第三部分:VF转换电路也就是电压频率转换电路。由于第二部分的乘法器所输出的是模拟量电压，再用电压表测量它，然后用功率单位反应的结果就是功率数。经过计算一段时间电压转换成的脉冲数，这就是测得的电能量。
第四部分:计数器，它将和功率因数成正比的脉冲数显示在显示模块上。
1.4电能计量知识
1.4.1 功率
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