基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表的设计
时 间是 数字 电能 表一 个非常 重要 的参 考
Hale Waihona Puke 数 据 ，主 要 是 记 录 所 耗 电 能 的 时 刻 ，对 于有 效
【关键词 】单 片机 数字 电能表 设计
监 控 电 能 的使 用 情 况 有 着 重 大 的 意 义 。 由 于
８０Ｃ５ｌ内部的时钟精确度不够 ，因此本 设计 中
图 ２： 系 统 整体 电路 原 理 图
２．４ 停 电抄 表 电路 模 块设 计
本 设 计 中 为 了 保 证 停 电 时 系 统 的 核 心 部 分仍 能正常 工作，采用 的是 ３．６Ｖ的锂 电池与 低 功 耗 稳 压 芯 片 相 配 合 的 方 式 作 为 系 统 的 后 备 电源 。 当停 电 需 要 查 表 时 ， 可 以通 过 按 键 将 系 统中断Ｉ唤醒，数字 就会显示在液晶屏上 。停 电 时与正常供电时所采用的 电源形式不一样。为 了 实 现 这 两 者 之 间 的 切 换 ． 我 们 将 电 源 开 关 电 路经过 的稳压 芯片的 电压控制 在 ３．３Ｖ左右 ， 而电池供 电的电压控制在 ３Ｖ左右 ，再将 肖特 基二极管连接 在两个电路的输出端。在正常供 电 的时 候 由 于 二 极 管 不 可 以反 响 导 电 而 被 切 断 供 电；在停 电时 ，开关 电源的输 出电压为 ０，
１系统工 作原理
当今 电力 自动 化 的程度 逐渐 提 高，越 来 越 多 的居 民 区已经 实现 了远 程抄 表系 统 的使 用 。近 年来，为 了适应峰谷 电价 不同的需要， 分时 数 字 电 能 表 产 生 了 。它 可 以 分 别 计 量 峰 ， 谷 。 平 三 个 时 段 的 用 电 量 ， 对 不 同 时 间 的 用 电量 采 取 不 同 的 计 价 方 式 。 发挥 电价 调 节 的作 用 ，将 电力资源进行合理的应用 。数字 电表分 为 电能计量 模块和电能数据处理及通讯模块这 两个方面 。电能计量模块是通过使用 电能计量 芯片来记录 是否有 电能产生 ，电压 ，电流值 ， 功率等 数据 。然后再将采集到的数据传递到 电 能数据处理模 块。该模块将处理后 的数据储存 到 Ｆｌａｓｈ芯 片 中 ，将 电能 数 据 显 示 在 液 晶屏 上 。 整体框 架如 图 ｌ所示 。
浅析基于单片机的数字电度表在电能监测系统中的设计
102程序员之家此设置时自动发出警报的功能。
近些年，单片机技术发展迅速，在各种电子产品中都占有一席之地。
市面上关于单片机的种类型号也数不胜数。
本文设计数字电度表的核心控制模块选用的是单片机8051。
它的功能特点主要是处理器运行速度快，振荡器工作效率高；内部存储器容量大，可以满足本电表的存储需求。
它的基本工作原理是与数字电度表的各模块相连，将电能计量模块采集到的电量传到电量显示模块进行显示。
并利用自身的烧制程序控制时钟芯片在电量显示模块中实时显示系统时间，可以自由设置电量上限，并在超出此设置时控制系统自动发出警报。
3.3 电量显示模块数字电度表的电量显示模块，顾名思义，就是显示系统的用电量、电费、实时时间等信息。
本模块主要由两个重要部分组成：LCD1602显示器和DS1302时钟芯片。
LCD1602是市面上比较常见的，应用比较广泛的一种极低功耗的液晶显示器件，它具有显示质量高、重量轻、寿命长，字迹清晰美观等特点，是设计数字电度表的一种很好选择。
DS1302一种高性能、 低功耗的实时时钟芯片，它的主要功能是实时提供秒、分、时、日、星期、月和年的时间信息。
3.4、电能供应模块电能供应模块的主要功能是为数字电度表系统板上的其他模块提供+5V 电压。
它的重要组成部分是三端稳压器7805。
它主要有两种工作方式。
一种是大家比较常见的，在日常生活中接触也比较多的插盘式电源供应方式。
这种方式主要通过通过7805三端稳压器得到5V 的直流电源，供给系统其它模块工作。
另一种是从学生电脑的USB 接口获取＋5V 电源，只要用相应配套的USB 线，便可以方便地从电脑主机获取＋5V 直流电源。
4 研究小结以上就是本文所研发的基于单片机的数字电度表在电能监测系统中的设计。
本在技术方面还存在很大的不足，希望读者且看且思考。
另外，笔者希望，新型的电能监测系统可以真正投入运行，积极响应国家的节能减排政策，为当代大学生敲响电能节约的警钟。
基于单片机的智能电表的设计
基于单片机的智能电表的设计摘要近年来，在低碳经济、绿色节能及可持续发展思想的推动下，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户服务，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，对未来电网的发展提出了更高的要求。
智能电网的概念应运而生并成为全球电力行业共同研究和探讨的热点，支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术。
智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快智能电表产业链整合，促进其产业化，对于电网实现信息化、自动化和互动化具有支撑作用。
基于以上分析，本文研究旨在基于AT89C51单片机的智能电表的设计。
本次设计基于单片机AT89C51是以微处理器或微控制器芯片为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。
一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。
本文主要包括以下三个方面的工作：(1)智能电表的设计背景、优点及发展现状本文首先分析智能电表的设计背景，其次讨论智能电表的优点及相关的应用。
(2)智能电表的硬件和软件实现分析智能电表应该具备的功能，给出该仪表的总体设计框图；详细讨论了该电路的核心芯片选取、数据采集电路的设计、通信电路及输入输出系统的实现并给出了核心芯片．AT89C51的详细参数；使用结构化程序设计手段，利用单片机C语言程序实现按键的扫描并处理程序、数据的采集及后续的算法程序、红外或RS485通信方式的自动抄表程序、CPU卡的读写操作程序以及段式LCD的显示驱动程序。
(3)设计的结论分析、不足及未来的展望阐述了设计的测试结果并对结论进行了分析，给出了设计中的不足之处，并提出了将来的修改意见及改进之处，最后对智能电表的未来进行了展望。
本设计实现了电能数据的计时计量、自动计费、即时双向通信等功能，能够实现住宅能耗计量的高质量和高效率管理，为居民的优化用电提供了帮助。
基于单片机的数字电能表设计--大学毕业设计论文
单位代码：HC-DQ121基于单片机控制的数字电能表设计姓名： Ezreal Yi院系：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号： 05315127时间： 2016年1月1日摘要在设计中试图探索分时计费数字电能表的设计技术，主要工作内容有：基于MSP430C323进行了电能表的完整设计，探索了利用MSP430C323的有限硬件资源与软件的有机结合，实现实时时钟、I2C和串行通信等接口的设计方法；以电能表为对象，重点探讨了基于低功耗单片机的低功耗仪表的基本原理和设计技术，综合设计使电能表的工作可靠性得到大大提高，对其它低功耗仪表的设计具有参考价值。
关键词：多费率电能表；MSP430单片机；硬软件合成ABSTRACTIn the design, I try to search the design technique of time sharing charging digital electrical energy meter. The main work content includes: made out integrity the design of the electrical energy meter based on MSP430C323H, searched for using the limited hardware resources and the software organic synthesis of MSP430C323, realized the design method of real-time clock, I2C and serial port communication; the electrical energy meter as the object, , the basis theory and the design technique of low power loss instrument basing on the low power Single-Chip computer has been discussed, the integrated design make the electrical energy meter’s operational reliability to improve greatly, its reference value is useful to design other kind low power loss meter.Key words:Multi-tariffs electrical energy meter; MSP430 Single-Chip computer; hardware and software synthesis目录1 引言 (1)2 电能测量与多费率电能表 (2)2.1 电能参数的测量 (2)2.2 多费率电能表的原理 (3)3 电能表的硬件电路设计 (4)3.1 硬件总体方案 (4)3.2 MSP430C3XX系列单片机 (5)3.3 ADC14的原理与电压电流输入通道的设计 (6)3.4 电压电流输入通道的设计 (8)3.5 串行E2PROM接口 (9)3.6 串行通信接口的实现 (10)3.7 红外接口的设计 (10)4 电能表的软件设计 (12)4.1 电能表的主流程与模块化程序设计 (12)4.2 电能测量模块的设计 (13)4.3 电能计费模块的软件设计 (15)4.4 E2PROM读写模块的设计 (15)5 总结 (20)参考文献 (21)谢辞 (22)1 引言电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一，随着国民经济的不断发展，电力需求急骤上升，电力供应与电力需求出现了不平衡。
基于51单片机的电能表的课程设计任务书
基于51单片机的电能表的课程设计本次设计主要是利用单片机和接口技术设计、研制一种新型电能表，可实现峰谷用电量和剩余金额，并用LCD显示。
进一步了解有关单片机、存储电路、IC卡的应用；掌握信号获取、传输、处理及检测的一般方法；综合运用已有的理论和技术，制定设计方案，掌握用电量的测量方法；学会应用存储电路、IC 卡、单片机组建一个实际测量系统，提高设计者的应用能力；通过测量、计算、显示，能运用所学知识并学会查阅有关资料，培养仪器仪表设计的基本技能，为今后的深入学习等奠定基础。
1.1、设计要求参考利用存储电路、IC卡、单片机及其接口技术研制出一种新型电能表，设计内容包括：（1）详细了解所选用的存储电路、IC卡、单片机的工作原理和工作特性；（2）设计合理的计算测量电路；（3）用单片机、IC卡、LCD的显示技术实现测量电路，单片机的指令系统开发相关的应用程序，并对程序作详细的分析和解释。
（4）列出制作该装置的元器件，搭建试验电路，并进行试验验证调试。
（5）撰写详细的设计技术报告。
1.2、方案设计与分析此电能表主要由计量模块、单片机、IC卡模块、LCD显示、EEPROM存储器、实时时钟电路及电源电路等部分组成。
其硬件系统框图如下图1所示。
其中，单片机以AT89C51为电能表的核心控制芯片，它是电能表的“大脑”，外围所有的硬件模块都是在它的控制协调下进行工作的。
单片机通过控制在其中的各种程序，控制着其它硬件模块的工作状态，由它智能化地形成并可靠地提供电能计算、时段判断、费率切换、IC卡读写、电能量控制及负荷控制等功能。
1.3、AT89C51单片机本电能表的硬件设计原则是在低功耗的前提下，实现多功能目的，该芯片功耗低，特别适用于电能表控制线路多、功能全、功耗低的要求。
它能方便地读取IC卡的数据，并控制液晶显示器的工作，同时还可以将电能表的数据存入EEPROM进行永久保存并可通过串口送至表外的数据终端，大大地提高了电能表的智能化功能。
基于单片机的数字电能表的设计开题报告
[1] 赵伟.电能表技术的发展历程.电测与仪表.1999.06
[1] 康华光.电子技术基础(数字部分)(第5版) [M].高等教育出版社.2006
②画出该设计的电路原理图，然后利用Protel、或者Multisim等专业的电路设计工具对其进行电路可靠性和稳定性分析，讨论其可行性。
③然后根据要求确定电路各元件的参数，焊接出实际的智能直立车电路。
对智能电表的功能、可靠性以及稳定性进行测试。
准备情况（已发表或撰写的相关文章、查阅过的文献资料及调研情况、现有仪器、设备情况等）
2016.5.1至2016.5.30整理论文，进行毕业答辩。
指导教师意见（研究的意义、创新点、前期基础工作、存在的难点和困难、建议等）
指导教师签名： 年 月 日
教研室意见
教研室主任签名： 年 月 日
[2] 康华光.电子技术基础（模拟部分）(第5版) [M].高等教育出版社.2006
[4]谭浩强.C程序设计(第四版)[M].清华大学出版社出版.2010
[5] 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京：北京航空航大大学出版社,2001
[6] 张剑平等. 基于MSP430系列单片机数据采集系统的设计与开发[J].仪器仪表与分析监测，2006.12
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指导教师*ຫໍສະໝຸດ *专 业电气工程及其自动化专业
职 称
教授
选题的意义及研究状况
电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一， 随着我国科技的进步与经济的不断发展，人们生活水平不断地提高，电能与人们的日常生活的关系日益密切，电力的需求急剧上升。电表的智能化是必然的趋势。智能电表不仅在电能计量，电能计费上要做的更好，更要在电压的承载能力、使用的寿命、能耗、电能抄送方式上有突破的优点，自从国家实行多次电改以来，家家户户都必需换智能电表，老式电表已不复存在。
基于51单片机的智能电表设计
-摘要电表表示着人们日常用电的多少，现在每家每户安装的根本上是带有转盘的那种电表，它只能显示出用电总量。
假设想查看上个月的用电量，只能靠电费单计算得来。
现在已经是信息时代了，这种做法很显然跟不上社会潮流。
近几年来，社会提倡低碳、绿色经济和可持续开展，在这种思想的推动下，智能电表将会成为社会的潮流。
智能电表是在传统电表的根底上增加了自动化和智能化的功能，从而进一步提高电网的效率、提高供电的可靠性、电能的质量并且完善用电户的效劳，从而更好适应电力市场。
现在智能电网是全球电力部门研究和讨论的热点话题，智能电表是智能电网中的最重要的环节，它支撑着电网的信息化、自动化以及互动化等方面的实现。
微处理器是智能电表的最主要的核心器件。
它可以储存海量的检测数据，同时对测量出的结果进展分析、判断和处理。
本次设计是运用单片机STC89C52为微处理器、CS5460A 芯片进展电能测量和计算、X5045芯片作为外部存储、数码管进展显示进展设计的。
关键词智能电表；自动化；C51单片机；CS5460AAbstractElectricity meter means the number of people everyday electricity, and now every household is basically equipped with the kind of meter, which can only show the total amount of electricity. To see the power consumption last month, only by electricity single calculated. It is now the information age, and this approach is clearly not social trends.In recent years, the social promotion of low-carbon, green economy and sustainable development, in the promotion of this idea, smart meter will bee the trend of the society. Smart meter is automatic and intelligent function is added on the basis of traditional meter, energyefficiency so as to further improve the power grid, improve power supply reliability, power quality and perfect service of the users, in order to better adapt to the power market. Now the smart grid is a hot topic in the global power sector research and discussion, the smart meter is the most important part of smart grid, which support the realization of grid informationization, automation and interaction of.The microprocessor is the most important core device of the smart meter.. It can store vast amounts of detection data and analyze, judge and process the results of the measurement.. This design is the use of single-chip microputer STC89C52 and CS5460A chip for power measurement and calculation, X5045 chip as the external storage, digital tube display design.Key words Smart meterAutomation51 MCUS5460A目录摘要IAbstract I第1章绪论11.1智能电表的概念11.2智能电表的开展背景11.3智能电表的构造21.4智能电表的主要特点3第2章主要芯片的介绍42.1微控制器STC89C51单片机42.1.1 简介42.1.2 主要特性52.1.3 引脚功能62.2电能计量芯片CS5460A82.2.1 简介82.2.2 主要特征92.2.3 引脚功能102.3外部存放器X5045112.3.1 简介112.3.2 主要特性112.3.3 引脚功能122.4时钟芯片DS1302132.4.1 简介132.4.2 主要特性132.4.3 引脚功能142.574HC138译码器142.5.1 简介142.5.2 主要特性152.5.3 真值表152.6LED数码管15第3章总体设计方案163.1设计功能要求163.2智能电表的总体方案设计16 第4章硬件局部的组成184.1电压电流采样模块的设计194.1.1 电压调理电路204.1.2 电流调理电路204.2CS5460A的外部电路214.3数码管连接电路224.4组合键盘连接电路224.5EEPROM连接电路244.6时钟芯片DS1302连接电路24第5章软件局部的设计255.1主程序流程255.2CS5460数据交换方法265.3时钟芯片的读写流程285.4外部存放芯片的读写流程295.5按键扫描流程305.6数码管显示功能的实现31 结论32参考文献33致34附录35第1章绪论1.1智能电表的概念智能电表它是科技时代的新产物，它能够进展测量、数据处理，因此测量单元、数据处理单元是它的重要组成局部。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计数字电能表是测量电能并传递数据的电气装置。
它们通常采用单片机芯片来实现计算，并将其存储在内存中。
本文将介绍单片机数字电能表的设计方案。
1. 系统结构设计数字电能表的系统结构包括传感器、信号处理电路、单片机芯片、数字显示部分和通讯接口。
传感器用于测量电压、电流等信号并将其转换为电信号。
信号处理电路将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行滤波和放大处理。
单片机芯片负责处理信号并实现计算，测量功率、电能、电量等。
数字显示部分将计算结果以数字形式展示出来。
通讯接口用于与计算机、集中抄表系统等外部设备进行数据通讯。
2. 系统功能设计数字电能表的主要功能包括：测量电量、功率、电流、电压等参数；统计电量、功率等负荷分布；完成智能电网的控制和管理；提供数据采集和远程通讯功能等。
3. 硬件设计3.1 传感器设计传感器主要包括电压、电流互感器以及电能表表芯等，其中电压互感器和电流互感器将采集到的电信号转换为电压信号和电流信号，电能表表芯则用于计量电能。
应选择准确可靠的传感器，以保证数字电能表的精度和稳定性。
3.2 信号处理电路设计信号处理电路主要完成信号转换、滤波和放大作用。
转换模拟信号为数字信号是数字电能表工作的前置条件。
采用滤波技术可有效降噪，提高系统稳定性。
应选择具有较高增益、较低噪声、抗干扰能力强的运放等器件。
3.3 单片机设计单片机芯片是数字电能表的核心部分。
MCU通常采用单片机，具有高精度、运算速度快、易于编程、易于扩展等优势。
应根据用户需求选择不同类型的MCU，如8位单片机、16位单片机等。
3.4 数字显示部分设计数字显示部分是数字电能表中的另一个重要组成部分。
可通过数码管、液晶显示屏、LED显示等形式直观地显示电能、功率、电压等参数。
应选择可靠、耐用、能够满足用户需求的显示器件。
3.5 通讯接口设计通信接口可采用RS485通讯、光纤通讯、以太网通讯等形式。
RS485通讯是数字电能表中应用最广泛的通信方式，稳定性好、通讯距离远。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计1系统总体设计方案数字化电能表机是由多个硬件模块组成的，它们各自具有各自的功能，在电能表机的硬件体系中起到了重要的作用。
利用MCU将模块与模块之间统一地联系在一起，最终构成了一个具有强大功能的智能电表系统，整体设计框图具体如下：硬件模块的详细信息：1.MCU：用于数据处理，运算，显示，通讯等的中央处理单元。
2.时钟：为电能计在不同的时间段和不同的速率下，给出准确的时间信息，以进行电能计量。
3.在显示方面，利用液晶显示器对累积的电量或其他信息进行显示。
4.内存：当 MCU中的 RAM断电时，会失去即时的资料，所以在外部插入一块内存，用以储存在各个时间点上的电能。
5.供电：利用电力转换对主网络中220伏 AC进行降压和整流，使其成为5伏 DC。
在停电时，也有专门的后备电池提供电力，以保证电量计的正常工作。
6.A/D变换：其基本功能是将所述模拟电气数据变换为能够被所述 MCU读出和工作的所述数字电气数据。
将 AC高电平信号变换为可由 MCU处理的低压电平信号的电流、电压取样模块。
2 系统硬件设计2.1 AT89C51单片机系统AT89C51单片机已从最初的 MCU控制器发展成为具有强大外部扩展功能的产品，其内部的4 K字节 FLASH存储器可以进行在线的电擦除、电写入以及利用编程器对其进行重复编程[5]。
除此之外，AT89C51系列的单片机还可以实现动态下载程序代码，还可以进行反复编程，因此受到了开发商和消费者的青睐。
2.2 ADC0832芯片ADC0832是一个8比特分辨率的双通道 A/D变换器，它采用了ADC0832芯片。
它小巧、兼容度高、价格比高。
ADC0832单片机的分辨率达到了256个量级，能够实现普通的模拟信号的变换。
本发明所提供之模拟输出电压范围为0至5V，刚好满足电能表所需之供电需求。
该芯片的变换过程只有32微秒，变换速率高，稳定性好。
采用了单独的晶片支持输入方式，使得多设备的挂起及微机的控制更为便捷[7]。
毕业设计(论文)基于单片机的数字电能表设计
毕业设计（论文）题目名称：基于单片机的数字电能表设计就读学校：河南工学院专业：工业自动化学生姓名：指导教师：中原工学院继续教育学院2016年4月基于单片机的数字电能表设计The design of digital watt-hour meter based on single chip microcomputer就读学校：河南工学院专业：工业自动化学生姓名：指导教师：2016年4月摘要19世纪三四十年代，中国人民的照明途径还是主要由煤油灯为主，而在经济飞速发展的，科技产品日新月异的今天，电的应用已经深入中国人民的日常生活。
电灯、冰箱、空调等等，统统都与电有着密切的关系。
电在当今社会不可或缺，同样也涌现出了对电量的计量，从而出现了电能表这一计量仪表。
电能表的发展历程主要是由最初的单一费率电能表到如今的复费率电能表。
这与我国的多费率用电政策有关，旨在消峰镇谷，平衡用电。
同样，在现在科技飞速发展，各种电器，仪表都逐渐趋近于自动化、人性化和智能化。
而这些电气设备大都含单片机或者是CPU控制器。
在本次设计中将智能化技术融入电能表中，电能表作为重要的计量仪表，准确性、稳定性都是很重要的。
而数字电能表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。
本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、八段数码管为主体，构造了一款简易的数字电能表，能够实现同时测量8路0.00～5.00V的直流电压，最小分辨率为0.02V。
关键词：AT89C51；ADC0809；数字电能表；八段数码管ABSTRACTThirties and 19th century, the Chinese people's way of illumination is mainly composed of kerosene lamp is given priority to, and with the rapid economic development, science and technology products with each passing day today, the applications of electricity have the Chinese People's Daily life. Lights, refrigerator, air conditioner and so on, all has close relationship with electricity. Electricity is essential in today's society, and also emerged for the measurement of the power, thus appeared the watt-hour meter measuring instrument. The developing course of watt-hour meter is mainly composed of a single rate, initial watt-hour meter in today's complex rate watt-hour meter. This is associated with rate more electricity policy of our country, aimed at peak valley town, balance of power. Also, in what is now the rapid development of science and technology, all kinds of electrical appliances, instrument has gradually tend to be automated, humanization and intelligent. But most of these electrical equipment including microcontroller or CPU controller.We will integrate the intelligent watt-hour meter in the design of watt-hour meter as important measuring instrument, the accuracy, stability is very important. And digital watt-hour meter with high precision, measurement accuracy, reading the advantages of intuitive and easy to use. This design USES AT89C51 single-chip microcomputer as the core, to compare successive type A/D converter ADC0809, eight digital tube as the main body, constructed A simple digital watt-hour meter, can be achieved at the same time measuring 8 road from 0.00 V to 5.00 V dc voltage, minimum resolution of 0.02 V.Keywords: AT89C51；ADC0809；Digital watt-hour meter；Eight digital tube目录第1章绪论 (1)第2章总体方案选择 (2)2.1方案一：由数字电路及芯片构建。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计
数字电能表是一种用于测量电能消耗的装置，其主要功能是将电网中的电能转化为数字信号并输出。
本文介绍了基于单片机的数字电能表的设计思路和实现方法。
数字电能表的基本原理是利用电压与电流之间的相位差和振幅
大小来计算电能消耗量。
在数字电能表中，采用了微处理器或单片机来实现数据采集、处理和显示等功能，提高了测量精度和稳定性。
在设计数字电能表时，首先需要选择合适的单片机，并确定其运行频率和工作模式。
其次，需要设计电路板以实现电压、电流、功率等参数的采集和处理，同时还需要考虑电路的抗干扰性和可靠性等因素。
最后，需要编写相应的程序，实现数据采集、处理和显示等功能。
在具体实现时，可以采用数字电路、模拟电路及通信技术等多种技术手段，同时还需要注意保证电路的安全性和电能计量的准确性。
总之，基于单片机的数字电能表设计是一项复杂而重要的工作，其实现需要多方面的知识和技能。
但是，通过合理的设计和精细的实现，数字电能表可以为电力系统的运行和管理提供有效的支持和保障。
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基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计作者：孟祥宇来源：《中国科技博览》2013年第28期[摘要]随着电力需求的急骤上升，电能表作为计量电量的主要工具，设计出功能更多、准确度更高的电能表对于节约用电有极其重要的意义。
本文采用MSP430F449单片机作为主控芯片，并对其进行了显示模块、通信模块、键盘模块、MCU模块、电能表电能计量模块CS5460A、时钟模块、存储器模块等模块的设计，该电能表具有精度高、准确等优点，有很好的实用开发价值。
[关键词]数字电能表；CS5460A；MSP430F449单片机中图分类号:TM933.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0021-021引言随着国民经济的不断发展，电力需求急骤上升，电力供应与电力需求出现了不平衡。
电能表是计量电量和进行经济结算的主要工具，随着现代检测技术、电气与电子技术的不断发展，必须要开发设计出功能更多、准确度更高的电能计量装置。
本文针对传统机械式感应电表存在耗电量大、体积笨重、防窃电能力差等缺点，设计了采用单片机MSP430F449作为电能表的核心控制单元，结合具有串行接口的单相双向功率电能集成芯片CS5460A对单相电子式电能表。
该方案比传统机械表具有结构简单、成本低、精度高等特点。
2电路设计该系统硬件部分主要包括显示模块、通信模块、键盘模块、MCU模块、电能表电能计量模块CS5460A、时钟模块、存储器模块等模块组成。
图1为总体电路设计框图。
2.1 电能表电能计量模块CS5460A模块特点CS5460A是现在主流的电能计量芯片，它能够对电能等电量的采集和测量。
CS5460A是Crystal公司推出的用于测电流、电压、功率等的芯片，具有精度高、性能强、成本低的特点，其主要特性如下：1、高度集成的，具有高速电能计算功能的模-数转换器模块。
模块内包含两个模-数转换器（ADC），一个串行接口的。
2、可以精确测量有功电能、瞬时功率、IRMS 和VRMS等参数的电表，可用于研制开发单相，两线或三线电路。
基于单片机的数字电能表设计初稿
基于单片机的数字电能表设计初稿【引言】数字电能表是一种能够实时监测电能使用情况并进行数字化显示的设备，随着科技的发展，越来越多的数字电能表开始采用单片机作为核心控制器，以实现更高效、精准的能耗监测和数据分析。
在本文中，我们将探讨基于单片机的数字电能表设计初稿，以满足对电能监测精度和实时性的要求，提高电能管理的智能化水平。
【1. 单片机在数字电能表中的应用】单片机作为数字电能表的核心控制器，具有强大的数据处理和通信能力，可以实时采集电能使用情况并进行精确的数据处理。
单片机还可以实现对电能表的远程控制和监测，提高了电能管理的便捷性和智能化水平。
【2. 设计方案的选择】在选择单片机的还需考虑数字电能表的外设电路和显示模块，以及通信接口等方面的设计。
合理选择单片机的型号和外设电路方案，能够有效降低成本，并提高数字电能表的稳定性和可靠性。
【3. 数字电能表的精度和实时性要求】数字电能表作为一种用于精确监测和计量电能使用情况的设备，对精度和实时性要求较高。
我们在设计数字电能表时，需要充分考虑单片机的数据处理能力和精度，以及通信接口的稳定性和实时性，确保数字电能表能够准确地监测和显示电能使用情况。
【4. 个人观点和理解】在设计基于单片机的数字电能表时，我认为需要充分考虑单片机的性能和外设电路的选择，以及通信接口的稳定性和实时性。
还需要重视数字电能表的智能化水平和用户体验，使其能够满足不同环境下的电能监测需求。
【总结与回顾】数字电能表作为一种重要的电能管理设备，在实际应用中发挥着重要作用。
基于单片机的数字电能表设计可以有效提高电能监测的精度和实时性，实现远程控制和监测，为电能管理提供了更为智能化的解决方案。
结论：通过本文的探讨，我对基于单片机的数字电能表设计初稿有了更深入的理解，相信在实际设计中能够更加全面、深刻和灵活地应用这一概念。
以上是本次撰写的初稿，欢迎您提供建议和改动。
【5. 单片机选择与外设电路设计】在选择单片机时，需要考虑其数据处理能力、通信接口、电源管理以及稳定性等方面的性能。
基于单片机的数字电能表设计
学号：密级：本科毕业论文基于单片机的数字电能表设计院系名称：专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：指导老师：郑重声明本人呈交的学位论文是由本人在导师的精心指导下，独立学习、研究、设计出来的成果，论文中的所有文字、数据、图片资料、表格真实可靠，都由本人亲自撰写。
据本人所知，论文中除文中已经注明引用的内容外，不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，都已经在文中以明确的方式标明。
本学位论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名：日期：摘要随着电力需求的急骤上升，电能表作为计量电量的主要工具，设计出功能更多、准确度更高的电能表对于节约用电有极其重要的意义。
本文采用单片机作为主控芯片，该电能表具有精度高、准确等优点，有很好的实用开发价值。
数字电能表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。
它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件。
数字电能表是把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式，并加以显示的仪表。
数字电能表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电能表标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。
本设计以单片机为开发平台，控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0832。
系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。
简易数字电能测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。
关键词：数字电能表；AT89C51；硬件合成ABSTRACTWith the rapid rise in electricity demand, power meter as the main tool for measuring power, design functionality, accuracy for higher energy meter is of extremely important significance to conserve electricity. This article uses as the main control chip, the energy meter has the advantages of high accuracy, accuracy, and has great practical value. Digital meter, which breaks the traditional patterns and patterns of electronic measuring instruments. It shows the clear, accurate readings, using advanced digital technology, greatly reduced due to human factors measurement error caused by the event. Digital meter is converts continuous analog not digital forms of continuous, discrete, and display instruments. Digital meter results of electronic technology, computing, automation technology and precision measuring technology closer together, become independent in the field of instruments, meters and complete a branch digital meter marks a revolution in the field of electronic devices was a pioneer of modern electron measurement technology. The design based on single-chip microcomputer for the development platform, control system with AT89C51 microcontroller, a/d converter using ADC0832. System can ensure the realization of requirements of functionality, can also be convenient 8-channel a/d converter measurement, remote measurement result transmission extension. Simple digital energy measurement circuit controlled by the a/d conversion, data processing, display and so on.Key word: Digital electrical energy table; AT89C51；Hardware synthesis目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1选题的背景与意义 (1)1.2电能表的研究现状与发展趋势 (1)1.3主要研究内容 (1)第2章系统总体设计方案 (3)2.1电能表的分类 (3)2.2电能测量的原理 (4)2.3数字电能表的工作原理 (4)2.4硬件总体设计方案 (5)第3章系统硬件设计 (7)3.1 AT89C51单片机系统 (7)3.1.1 主要参数 (7)3.1.2 引脚功能说明 (7)3.1.3 单片机最小系统 (8)3.2 ADC0832芯片 (10)3.3电源模块 (11)3.4实时时钟电路模块 (12)3.5显示模块 (13)3.6存储模块 (14)3.7电流电压采样模块 (15)第4章系统软件设计 (16)4.1软件介绍 (16)4.2系统软件方框图 (16)第5章总结与展望 (17)参考文献 (18)致谢 (19)第1章绪论1.1选题的背景与意义当今社会，人们的生活水平越来越高，科技也在不断的发展和进步，生活中无时无刻不存在电，随着电网技术的不断发展，传统电表无法有效解决的电能计量、电能计费纠纷这一问题，智能数字电表必将给我们带来新的惊喜。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计数字电能表是一种电能计量仪表，具有计量电能、显示电能、统计电能等功能。
基于单片机的数字电能表设计，可以更加准确地计量电能，提高计量精度和稳定性。
本文将介绍数字电能表的设计和实现过程。
1.电路设计数字电能表的电路设计包括电源电路、采集电路和显示电路三个部分。
（1）电源电路数字电能表电源电路采用稳压电源，保证电路稳定工作。
常见的稳压电源有三种：线性稳压电源、开关稳压电源和Zener稳压电源。
其中，线性稳压电源工作稳定、噪音小，但效率低，热耗能大；开关稳压电源效率高，但噪音较大；Zener稳压电源适用于小功率电路，但稳定性不强。
根据实际需求选择合适的电源电路。
（2）采集电路数字电能表采用电流互感器和电压变压器对电能进行采集。
电流互感器用于采集电路中的电流信号，电压变压器用于采集电路中的电压信号。
采集电路的主要功能是将电流、电压信号转换为数字信号，用于计算电能。
ADC芯片是常用的数字转换芯片，能够将模拟信号转换为数字信号，提高电路精度和稳定性。
（3）显示电路数字电能表的显示电路主要分为数码管显示和液晶显示两种。
数码管显示直观明了，但功耗大、寿命短；液晶显示功耗低、寿命长，但显示效果不如数码管。
根据实际需求选择合适的显示方式。
2.软件设计数字电能表的软件设计主要包括计算电能、显示电能和数据存储三个部分。
（1）计算电能数字电能表的电能计算公式为：电能=电压×电流×时间。
通过采集电路将电流、电压信号转换为数字信号，可以通过单片机进行计算。
计算过程中需要注意电流、电压信号的精度和稳定性，采用滤波算法可有效减少噪声干扰，提高计算精度。
（2）显示电能数字电能表的电能显示是通过数码管或液晶显示电路实现的。
在显示过程中，需要将计算好的电能数据转换为数码管或液晶显示信号，以便用户查看。
在显示过程中，需要注意显示的清晰度和稳定性，合理设置显示间隔时间和亮度调节，以便于用户观察。
基于单片机的数字电能表设计任务书
一、毕业设计（论文）的内容(400字以上)内容：对于电力参数进行高精度、多参数的测量，是充分了解电网的运行状况，寻找并解决电力系统中出现问题的重要途径。
因此对于电力参数的测量，尤其是高精度、多参数、低价格、便携稳定的实时测量就显得尤为重要，也一直是人们研究的一个重要的方向。
本课题要求利用单片机或DSP设计一个多功能电力参数测试仪。
以微处理器和微控制芯片（如单片机）为核心的可以存储大量的测量信息并且具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。
一般具有自动测量功能、强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器和报警功能。
数字电表是取火线的电流信号，通过数字电路转换成可计量数据。
其中没有可运动的组件。
智能数字电表的研究主要为了实现供需双方的实时通信，供方可以根据需求负荷调节电价，需方可以根据电价调节用电量。
最终达到削峰填谷，节约用电的效果。
二、毕业设计（论文）的要求与数据要求：对于电力参数进行高精度、多参数的测量，是充分了解电网的运行状况，寻找并解决电力系统中出现问题的重要途径。
因此对于电力参数的测量，尤其是高精度、多参数、低价格、便携稳定的实时测量就显得尤为重要，也一直是人们研究的一个重要的方向。
本课题要求利用单片机或DSP设计一个多功能电力参数测试仪。
三、毕业设计（论文）应完成的工作指定整个毕业设计学生应该完成的所有工作包括：1、撰写两万字以上的毕业设计说明书（兼附15篇以上的参考文献）；在毕业设计说明书中应包括300～500个单词的英文摘要及关键词；2、完成与课题相关英文资料的翻译（约四万英文字符，附英文全文）；3、完成粮库粮情测控系统开发的研究和实现方案；4、设计出系统的硬件和完成相应软件程序设计，给出必需的硬件实现原理图；5、根据课题任务与要求，完成可供掩饰的功能样机。
5、软件清单及注释。
四、应收集的资料及主要参考文献[1]赵伟.电能表技术的发展历程.电测与仪表.1999年06期[2]贺静丹.单相多功能电能表设计.电子测量与仪器学报.2008年1月[3]胡淑坤.基于单片机的智能电能表系统设计与实践.现代企业教育，2012年4月[4]郭慧芳.数字电度表的设计与制作.大众科技.2011年10月[5]庞桂云.智能IC卡电能表设计.电测与仪表.2007年9月[6]公茂法.基于CS5460A的多用户多功能预付费电能表.电力自动化设备，2011年9月[7]曾乃鸿.电子式电度表应用现状和展望电测与仪表.2001(8)：5 - 6[8]张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术北京：国防工业出版社，2004[9] 胡伟.单片机c语言程序设计及应用实例fM1.北京：人民邮电出版社，2003[10] 高中文黄玲,等.基于电能计量芯片CS5460的电子式电能表设计,哈尔滨理工大学学报，2001( 5)：9 8—101．五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件个人计算机51单片机开发板示波器直流稳压电源数字万用表开放实验室任务下达时间：2015年12月28日毕业设计开始与完成时间：2015年12月28日至2016年05 月22日组织实施单位：电气工程系教研室主任意见：签字：2015年12月30日院领导小组意见：签字：2015年12月31日。
基于单片机的智能电表设计
摘要智能电表在传统电能表地基本功能上新增了自动化功能和智能化功能，智能电表内部带有功能较强地 MCU（微控制器单元），具备双向通信、双向计量和强大地控制功能.本次设计地主要内容是以单片机为核心，具备双向多费率计量、用户控制、数据双向通信、防窃电功能等多种智能化功能地智能电表.其是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心地可以存储大量地测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力地仪器.智能电能表一般具有自动测量功能，强大地数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单地故障提示，具有操作面板和显示器，有简单地报警功能.智能电能表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心地可以存储大量地测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力地仪器.智能电能表一般具有自动测量功能，强大地数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单地故障提示，具有操作面板和显示器，有简单地报警功能.关键字：自动化功能、智能化功能、芯片AbstractSmart meters on the basic functions of the traditional energy meter new automation capabilities and intelligent features, smart meters with a more powerful internal MCU (microcontroller unit), with two-way communication, two-way metering and powerful control functions. The main content of the design of the microcontroller as the core, with two-way multi-rate measurements, the user control, two-way data communication, anti-tampering features a variety of intelligent features smart meters. The smart meter is microprocessor or microcontroller chip (SCM) as the core can store large amounts of measurement information and real-time analysis of the measurement results, and make a variety of instrument of judgment. Smart meter generally have simple measurement functions, powerful data processing capability, auto-zero and unit conversion function, simple fault tips, operator panel and display, alarm function.The smart meter is microprocessor or microcontroller chip (SCM) as the core can store large amounts of measurement information and real-time analysis of the measurement results, and make a variety of instrument of judgment. Smart meter generally have simple measurement functions, powerful data processing capability, auto-zero and unit conversion function, simple fault tips, operator panel and display, alarm function.Keyword：Automation functions, intelligent features, the chip第一章综述1.1电能表地发展史随着社会生活中工业、农业、商业以及居民生活地用电需求日益增长，人们对电能地交易日益频繁，电能表是衡量电能交易数额地计量器具，其技术性要求很高，既要求准确、更要求稳定，并保证长期可靠.1880年美国人爱迪生利用电解原理制成了直流电能表(即安时计).自1885年交流电地发现和应用给电能表地发展提出了新地要求，交流电能表从此应运而生.意大利科学院地物理学家弗拉里斯(Ferraris) 在1888年提出用旋转磁场地原理来测量电能量，即在一个可转动地导体上作用两个同频率但空间和相位不同地交变磁场，导体就能旋转.由此，交流感应式电能表又称作弗拉里表.当时，在美国电工技术学校有位教师也利用同一原理制造出感应式电能表地模型.这些理论和模型都是交流电能表雏形地萌芽.1889年，匈牙利岗兹公司一位德国人布勒泰制作成总重量为36.5kg地世界上第一块感应式电能表.从此，感应式电能表在电能计量应用中占据了极其重要地位.这块感应式电能表地电压铁芯重6kg，由于它没有单独地电流铁芯，因此电压铁芯总地电抗就必需做得很大，体积也就很大了.为了减少尺寸和重量，人们开始研究把电压与电流磁路分开，采用了独立电流铁芯，从而大大缩小了其体积.另外，在解决内相角地问题上，还使用过人工线路和合成磁场地方法.到1890年以后出现了带电铁芯地电能表，然而转动元件仍是一铜杯，反作用力矩地产生是依靠交流电磁铁.直到十九世纪末期才逐步开始采用直流磁铁，降低了旋转速度，增加了力矩，采用浇铸零件，改进了计数机构，同时采用了一个圆盘代替了原来一个盘一个杯地转动元件，并且使用铝盘来代替铜盘.在二十世纪很长地一段时期内，感应式电能表发展方向主要是在缩小体积和改善工作性能方面.二十世纪初，感应式电能表就得到了飞速发展.1905年出现了增加非工作磁路改进90°地方法，使电能表地各项参数有了很大提高.而后，随着一些性能较好地高导磁材料地出现，大大地减轻了电能表地重量并缩小了其体积，每只表地质量降到了 1.5～2kg，而且降低了其功率消耗.从三十年代开始，电能表采用铬钢、铝镍合金代替原来地钨铜，并通过降低电能表转盘地转速来降低其损耗，同时改善了电能表地负荷特性.当时，国外地感应式电能表地过负荷能力达到600％以上，而且采用双宝石轴承和磁力轴承，使电能表寿命长达15～30年.感应式电能表地突出优点就是结构简单、操作安全、维修方便、造价低廉，但是它也存在地许多缺点，如：准确度低、适用频率窄、功能单一等等.至此，感应式电能表在电能计量中已经得到了广泛地应用.随着微电子高新技术和电子工业地高速发展以及用电负荷特性地不同，对电能计量精度提出了新地要求，电子式电能表越来越显示出其优越性.由于机械感应式电能表地驱动线圈地低频窄带电磁特性，即对于基波外地各次谐波功率信号难以转换成等比例地驱动力矩，因而造成感应式电能表对非线性负荷、冲击负荷地计量误差较大问题.机械感应式电能表地精度低、非线性负荷计量误差大和难以实现各种功能地诸多缺点，造成感应式电能表发展停滞不前.随着电能表拥有着容易实现多功能、高精度、便于自动抄表及具有先进通讯接口等诸多功能扩展需要，促使各种新型地电子式电能表迅速发展.即使一些机电一体式地特种电能表，例如：分时多费率（TOU）电能表、有脉冲输出地电能表、多路最大需量表、预付费电卡电能表和电力定量器，它们采用感应式电能表作基表，同时应用电子电路来实现新地功能.在二十世纪六十年代末，日本衫山桌先生发明了时分割乘法器并且提出了其功率测量原理，实现了全电子化电能计量装置，并由日本横河株式会社生产了2885型数字功率变换器，受到全世界地关注.在这个原理基础上我国研制出单相和三相电子式数字功率电能标准表.随着电子技术地进一步发展，模拟-数字转换技术和大规模集成电路地逐步完善，促使各种性能和各种功能地电子式电能表逐步成为电能计量地主力军，尤其是多功能电能表地智能化功能日趋完善.近年，在国外电子式电能表发展非常快，芬兰、瑞典、挪威等北欧各国以及法国、英国、德国、西班牙、比利时和意大利等西欧许多国家，其工商用户计费电能表已实现100%电子化.居民用户地计费电能表也正在逐步电子化过程中，如法国2001年起已停止购买安装感应式电能表；意大利在2005年已经将全部感应式电能表更新为自动抄表地电子式电能表；英国目前已有80%居民计费用表为电子式电能表.现在上海电网65%以上地居民使用了电子式电能表.在我国，电力生产对计划调度、经济调度要求愈来愈高.电力生产地特点是发、供、用电同时完成，因此，电能作为一种不可储存商品地流通使用过程中，对其准确计量有其特殊性.为调节负荷用电时段，以解决日渐突出地电力供求矛盾，在不增添设备，不扩大设备容量地前提下，主要通过两种方法来解决：一是通过行政手段，在用电高峰时限、拉电；二是通过经济手段，实行分时电价，即提高用电高峰时段电能地售价，降低用电低谷时段电能地售价.为此，电力部门广泛地使用有多个计度器能在不同费率时段内记录交流有功或无功电能地复费率电能表.2003年，国家在保持电价总水平基本稳定地前提下，大力推行峰谷分时计电价，鼓励用户合理移峰填谷用电.同时，要求完善两部制电价制度，扩大多功能表应用范围，为多费率和多功能电能表带来了广阔地应用空间.复费率多功能电能表地出现，目前正处于感应式机械电能表向电子式电能表地转变过程中，其基本上分为机械式、机电一体式及全电子式三种.其中，全新地全电子式复费率电能表则改变了传统地感应式电能表地外形，并具独特地多功能优势.自2000年开始，上海电网率先在国内推广应用复费率分时电能表，即实行居民电费分时记度——单相两费率电能表(黑白表)用地双步进电机控制驱动专用集成电路，用两个机械记度器分别显示白天和黑夜地用电量.当前电能表正向着全电子式、多功能、具有标准通讯接口以及远程抄控功能地方向发展.1.2智能电能表地典型结构从结构上来说，智能电能表是一个专用地微型计算机系统，它主要由硬件和软件两部分组成.硬件部分主要包括信号地输入通道，微控制器或微控制器及其外围电路、标准通信接口、人机交换通道，输出通道.输入通道和输出通道用来输入输出模拟量信号和数字量信号，它们通常由传感器元件、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等组成.微控制器及其外围电路用来存储程序、数据并进行一系列地运算和处理，通常包括程序存储器、数据存储器、输入输出接口电路等组成.人机交换通道是人与仪器相互沟通地主要渠道，它主要由键盘、数码拨盘、打印机、显示器等组成.标准通信接口电路用于实现仪器与计算机地联系，以使仪器可以接受计算机地程控指令，目前用于智能电能表地通信接口主要有GPIB、RS-232C等.智能电能表地软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分.其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器，通过键盘操作输入并存储所设置地功能、操作方式与工作参数。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计基于单片机的数字电能表是一种用于测量电能消耗的仪表。
它可以帮助用户准确地了解家庭或工业用电的情况，并根据实际情况做出相应的调整。
数字电能表的设计基于单片机技术，单片机作为控制核心，具有高性能、低功耗的特点，能够满足电能表的各种功能要求。
通过单片机的控制，数字电能表可以实现电能的测量、显示和存储等功能。
数字电能表的测量功能是它最基本的功能之一。
它可以通过测量电流和电压来计算电能的消耗。
在测量过程中，单片机通过对电流和电压进行采样，并进行运算得出电能的消耗量。
通过数字显示屏，用户可以清晰地看到当前电能的消耗情况。
除了测量功能外，数字电能表还具有显示功能和存储功能。
通过数字显示屏，用户可以直观地查看电能的消耗情况。
数字电能表还可以将电能的消耗数据存储在存储器中，方便用户随时查看和分析。
这样，用户可以根据存储的数据来合理安排用电，节约能源。
数字电能表还具有报警功能。
当电能消耗超过一定阈值时，数字电能表可以通过报警装置提醒用户。
这样，用户可以及时采取措施，避免电能的浪费。
数字电能表的设计还需要考虑安全性和稳定性。
在设计过程中，需要对电路进行合理的布局和防护措施，确保数字电能表的安全可靠。
此外，数字电能表还需要具备抗干扰和抗干扰能力，以保证测量结果的准确性。
基于单片机的数字电能表是一种能够准确测量电能消耗的仪表。
它具有测量、显示、存储和报警等功能，能够帮助用户合理安排用电，节约能源。
数字电能表的设计需要考虑安全性和稳定性，以确保其正常运行。
相信随着技术的不断发展，数字电能表将在未来的家庭和工业领域得到广泛应用。
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12届分类号：T M933.4单位代码：HC-DQ121基于单片机控制的数字电能表设计姓名：Ezreal Yi院系：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号：********时间：2016年1月1日摘要在设计中试图探索分时计费数字电能表的设计技术，主要工作内容有：基于MSP430C323进行了电能表的完整设计，探索了利用MSP430C323的有限硬件资源与软件的有机结合，实现实时时钟、I2C和串行通信等接口的设计方法；以电能表为对象，重点探讨了基于低功耗单片机的低功耗仪表的基本原理和设计技术，综合设计使电能表的工作可靠性得到大大提高，对其它低功耗仪表的设计具有参考价值。
关键词：多费率电能表；MSP430单片机；硬软件合成ABSTRACTIn the design, I try to search the design technique of time sharing charging digital electrical energy meter. The main work content includes: made out integrity the design of the electrical energy meter based on MSP430C323H, searched for using the limited hardware resources and the software organic synthesis of MSP430C323, realized the design method of real-time clock, I2C and serial port communication; the electrical energy meter as the object, , the basis theory and the design technique of low power loss instrument basing on the low power Single-Chip computer has been discussed, the integrated design make the electrical energy meter’s operational reliability to improve greatly, its reference value is useful to design other kind low power loss meter.Key words:Multi-tariffs electrical energy meter; MSP430 Single-Chip computer; hardware and software synthesis目录1 引言 (1)2 电能测量与多费率电能表 (2)2.1 电能参数的测量 (2)2.2 多费率电能表的原理 (3)3 电能表的硬件电路设计 (4)3.1 硬件总体方案 (4)3.2 MSP430C3XX系列单片机 (5)3.3 ADC14的原理与电压电流输入通道的设计 (7)3.4 电压电流输入通道的设计 (10)3.5 串行E2PROM接口 (11)3.6 串行通信接口的实现 (12)3.7 红外接口的设计 (12)4 电能表的软件设计 (14)4.1 电能表的主流程与模块化程序设计 (14)4.2 电能测量模块的设计 (16)4.3 电能计费模块的软件设计 (17)4.4 E2PROM读写模块的设计 (18)5 总结 (23)参考文献 (24)谢辞 (25)1 引言电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一，随着国民经济的不断发展，电力需求急骤上升，电力供应与电力需求出现了不平衡。
电能表是当前电量计量和经济结算的主要工具。
本课题研制了基于MSP430的单相多功能电能表，同时对系统的软硬件设计也作了介绍。
本选题研制的单相多功能电能表以MSP430单片机作为电能表的微处理器，MSP430是超低功耗的16位单片机，采用精简指令集。
它具有丰富的片内外设，功能强大，并且具有很低的电能消耗。
图1是电能表的结构原理图。
图1 电能表的结构原理图单相多功能电表由输入转换部分、单片机部分、通信部分和输出部分组成。
其中电压电流经输入转换变成单片机可以处理的信号，单片机采用MSP430X3XX，通信采用外通信方式，输出部分则是有关数据送LCD显示和脉冲输出。
本电能表可实现以下功能：（1）电能计量：对市电的电压、电流采样处理，得到电压有效值和电流有效值，有功功率和无功功率等电能参数；（2）费率管理：每天有3种费率可供选择；（3）时间管理：具有日历、计量和闰年自动切换功能；（4）通信:利用红外通信方式，与电能表手持抄录器交换数据；（5）显示:可显示上月、本月总电量及各费率时段的电量。
该电能表的主要技术指标如下:（1）电能计量精度达到1%；时钟记时误差<O.5s/d；（2）电气性能:电子模块功耗<3VA；工作电压范围0.8—1.2V额定电压；电池寿命≥8年。
（3）环境条件:工作温度：-20℃—+55℃；运输温度：-25℃—+70℃；（4）红外通信距离≥4m。
2 电能测量与多费率电能表2.1 电能参数的测量电压、电流测量：周期性电压、电流的瞬时值是随时变化的，所以一般用有效值表征它们的做功能力并度量其“大小”，如电流有效值的定义是一个周期性电流的做功能力和直流电流的做功能力相比，则有：在相同时间T内周期电流i流过电阻R所做的功与直流电流I 流过电阻所做功相等，就称此直流电流的量值为此周期电流的有效值。
直流电流I 流过电阻R 在时间T 内所做的功为21W I RT = （2－1） 周期性电流i 流过电阻R ，在时间T 内，电流i 所做的功为220TW i Rdt =⎰ （2－2）根据以上定义12W W =，即220Ti Rdt I RT =⎰（2－3）于是，周期电流i 的有效值为I =（2－4） 同理，电压有效值为V =（2－5）上面两式（2－4）和（2－5）式，即是对电流、电压求均方根值的运算。
根据周期性连续函数有效值的定义，将电压、电流函数离散化，得V = （2－6）I = （2－7）式中()u n 和()i n 分别表示被测电压、电流信号离散采样值。
2.2 多费率电能表的原理多费率电能表由电能测量单元和具有分时计量功能的电路组成[9]，对电子式电能表而言，测量为了实现分时计量，电表设计的关键是设有计时准确、时段误差和日误差小、接通/切换准确的时钟和时控电路，多费率电能表原理如图2。
图2 多费率电能表结构图3 电能表的硬件电路设计3.1 硬件总体方案图3给出了电能表的硬件框图。
图3单相电子电能表的结构模块图3中的硬件按功能可分为测量、单片机、显示器、串行E2PROM存储、通信和电源等单元。
（1）测量：市电经过电压互感器和电流互感器转换成交流低电平信号后输入到采样电路，经A/D转换器处理的数字量送入计算机。
（2）单片机：数据处理、计算、显示和通信的控制中心。
（3）显示：采用LCD显示累计电能或其它数据。
（4）串行E2PROM：单片机内部RAM掉电时将丢失随机存取的数据。
故外接一片E2PROM。
主要用来存储各个时段的用电量、电能表常数、时间参数。
（5）通信：利用红外通信实现电能表与手持抄录器之间的数据传输。
（6）电源：电源的提供可采取两种方案，一是市电经过整流、滤波、稳压，得到稳定的直流低电压，向表内供电。
这种方案的缺点是需要复杂的电源电路，导致造价、功耗和停电数据保护和电气隔离等一系列问题。
另一种方案是采用电池供电，这在电表采用低功耗设计时是可行的，并且带来诸多好处。
对于电表来说，这两种供电方式都是可行的。
本选题探索了电池供电方案，并采用下列措施降低电表的功耗[3]：（1）采用低功耗MSP430系列单片机；（2）使用低功耗外围器件；（3）数据的采集和功率的计算按一定周期（如每秒钟一次）唤醒，电表大部分时间处于休眠状态。
3.2 MSP430C3XX系列单片机单片机是电能表的数据处理部分的核心部件，系统要求在短时间内处理大量的数据，因此要求单片机有较高的运算速度，采用MSP430系列单片机MSP430X3XX作为电能表的核心。
MSP430系列单片机是以超低功耗为主要特色的16位单片机，其中MSP430X3XX系列属于外围较为丰富且支持LCD的中档产品。
该产品主要特点如下[1,3]:.2.5—5.5V工作电压；.消耗电流0.1—400µA，5种低功率耗方式；.16位RISC（Reduced Instruction Set Computing,精简指令集计算机）体系，仅27条核心指令，指令周期300nS；.采用32KHz晶振，内部时钟达3.3MHz；.片内LCD驱动器多达84段；.片内12+2位A/D转换；.灵活强大的处理能力；.看门狗定时器；.定时器/口(具有比较器的2个八位或1个16位定时器，5个输出一个I/O适于作斜坡A/D转换)；.基本定时器((2个八位或1个16位定时器)；.I/O口0（8个I/O均有中断能力）。
由此可见它特别适合用于智能仪表、智能化家用电器、电池供电便携式设备等产品之中。
八位定时器/计数器：8位定时器/计数器(8-bit Timer/Counter)的原理主要包含以下模块：(1) 8位带预置数寄存器的增计数器；(2) 8位控制寄存器；(3) 输入时钟选择器；(4) 沿检测电路(如检测异步通信的起始位)；(5) 由8位计数器的进位信号触发的输入输出数据锁存器。
3个主要功能是：(1) 串行通信或数据交换；(2) 脉冲计数或脉冲累加；(3) 定时器。
由于在MSP430C323单片机中没有硬件串口通信功能，利用8位定时器/计数器的实现软件串口通信功能［4］。
在这种应用中将定时器/计数器用作波特率发生器，将P0.1和P0.2分别用作异步串行通信的RXD和TXD引脚。
在该模块的控制寄存器中的最低2位用于通信，其中RXD是一个只读位，它在计数器产生进位时将P0.1引脚上的数据予以锁存，而TXD的数据由软件写入，而在计数器产生进位时将这个数据送到P0.2引脚。
3.3 ADC14的原理与电压电流输入通道的设计MSP430的ADC14模数转换模块：在电能表设计中，A/D的选择十分重要，它直接影响了电能表的准确度，而正确选择A/D转换器的关键是合理选择A/D的字长(位数)和转换速率。
在仪表A/D转换器位数决定了其分辨率，n位A/D转换器的分辨率为12n设计中，A/D转换器的分辨率通常应比总精度要求的最低分辨率高一个等级。