基于att7037的電參量表的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 鐘fsys 有兩種生成形式：一是低頻晶振輸出fosc 頻率為32KHz，二是PLL 輸出高頻fpri 頻率。由時鐘配置寄存器CLKCFG 的SYSCK 位決定。上電復位后，片上低頻振蕩電路開始工作，OSC 的時鐘，系統時鐘來自片上低頻晶振電路fosc,此時鐘電路一值保持開啟；高頻時鐘頻率由PLL 電路產生；芯片外圍單元RTC、LCD、WDT、PMU、TBS 部分的時鐘直接來自低頻晶體振蕩電路的輸出fosc，外圍單元SPI、I2C、PWM 和處理器R8051XC 的時鐘都來自系統時鐘fsys，即可選擇低頻時鐘fosc，也可選擇高頻時鐘fpri 。電能計量單元EMU 的時鐘來自于fpll 。紅外38K 模塊時鐘由fpll 分頻提供[9]。 的晶體而設計的， OSCI 是晶體振蕩電路的輸入引腳，OSCO 是晶體振蕩電路的輸出引腳。上電復位后，外部低頻晶體振蕩電路開始工作， 時鐘， 振蕩電路的工作不受復位的影響，也不受系統運行模式的影響，外部低頻晶體振蕩電路提供RTC 的時鐘，也可作為系統節電模式的系統時鐘源[6]。 WDT Watchdog Timer 是一個特殊的定時器，計時計滿預定時間則發出溢出脈沖，產生WDTR 復位信號；在溢出脈沖發生前將Watchdog Timer 清零，則不會發出WDTR 復位。特點如下：采用硬件狗設計 ； SLEEP模式下WDT開啟/關閉可選 ； 可以通過外部引腳 JTAG_WDTEN進行控制 。 Altium Designer 原理圖設計基礎 一般情況下，一個產品的的電路設計目的就是獲得印制電路板。這個過程的電路設計有5個主要步驟如下：，主要依靠Altium Designer 的原理圖設計系統來實現。，通過網絡表連接原理圖設計和印制電路板設計，網絡表可以從原理圖和印制電路板中的任何一個中獲得。，印制電路板的設計是基于Altium Designer 另外一個部分pcb來實現的，在這個過程中完成電路板的板面設計，并完成想對復雜的布線工作。，其有關報表和打印印制電路板圖也是重要的步驟。，在pcb制造之前，生成鉆孔文件和光繪文件也是必不可少的[10]。 原理圖設計的一般步驟原理圖的設計是電路設計的基礎，原理圖設計的質量關系到后續設計的進展。一般來說原理圖的設計包括：，應該根據實際電路的大小來設置圖紙的尺寸。，根據電路的具體情況，從元件庫中選取電路中需要的元件逐一放在工作平面上。再根據實際情況調整元件在工作平面上的位置，并定義、設置元件的封裝。,利用Altium Designer 的工具和指令進行走線，用具有電氣意義的導線和符號將各個元件按電路需要連接起來，構成一個正確的原理圖。,為了保證原理圖的正確和美觀，需要對所繪制的原理圖做進一步的調整，包括導線位置的調整，圖形大小、屬性、以及排列的調整。，這個過程是管理設計的圖形文件輸出[10]。 第3章 硬件電路的設計在整體方案的指導下，本次設計主要做硬件電路的設計運用模塊化的設計方法去進行硬件電路的設計。本次設計硬件電路主要包括以下幾個部分:單片機最小系統、電源模塊、交流電量采集模塊、RS232串行通信、LCD顯示電路、按鍵電路、報警電路等。下面對各個模塊的硬件電路設計進行一一介紹。 ATT7037最小系統ATT7037最小系統由ATT7037芯片、模擬電源電路、JTAG接口電路、時鐘電路、復位電路組成。將這些電路連接在一起就構成了ATT7037最小系統。最小系統原理圖如下： 圖31 ATT7037最小系統原理圖 ATT7037芯片ATT7037是一款單相多功能計量SOC（System on Chip）芯片，高性能，低功耗。芯片內部有三路ADC，可同時提供兩路計量功率及兩路校驗參數，支持單相兩線制、單相三線制。支持防竊電功能，竊電閾值可靈活設置； 提供三路ADC的原始采樣數據和同步波形采樣數據；電流和電壓采樣通道具有4級模擬/數字增益可調，支持分流器和互感器直接接入 ；片內基準電壓：177。2%（溫度系數177。25ppm/℃）； 提供有功、無功、視在電能脈沖輸出，并開放快速脈沖計數寄存器，可保存掉電電能 ；提供多種電能累加方式[6]。 ATT7037引腳定義如表表表所示： 表（1）ATT7037芯片引腳功能介紹 表（2）ATT7037芯片引腳功能介紹 表（3）ATT7037芯片引腳功能介紹 模擬電源電路模擬電源電路主要功能是將+。電路圖如下: 圖 32 模擬電源電路其中的普通電容 c40，c33主要是去耦合。極性電容c37，c39主要是穩壓的功能，正常取10uF。 JTAG接口電路JTAG是一種國際標準測試協議，主要用于芯片內部測試，跟其他高級芯片一樣，ATT7037同樣也適合用JTAG來測試。JTAG引腳功能如下：TCK可以用來測試時鐘輸入，數據從TDI引腳輸入，數據從TD0輸出，TMS提供多種測試模式選擇。每種型號的單片機都有相應的仿真器用來支持在線調試，如果單純想把編譯好的目標文件下載到芯片內部，可以自己制作下載編譯器。、外加一根驅動線即可。在電路設計時特別要注意的是JTAG口與PC并口的連接線要盡可能短，原則上不大于15cm。還有6和8引腳要接地才能把程序燒寫進去[11]。JTAG接口電路圖如下所示： 圖33 JTAG接口電路在實際應用中正常需要上拉電阻或者下拉電阻。其電阻值也需要根據接口電路器件的數目進行調整，一般情況下取10k。 時鐘電路單片機內部有產生振蕩信號的放大電路，可以產生單片機的時鐘。該振蕩電路即時鐘電路由單片機內部放大電路，外接晶振等器件構成。XTAL1與XTAL2是芯片內部振蕩電路的輸入端，它們可以被配置為使用石英晶振的片內振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅動。在XTALXTAL2的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產生自激振蕩。~12MHz之間任選，但是頻率越高功耗就越大。本設計由于采用了串口通信，常用波特率通常按規范取1200,2400,4800,9600...若采用晶振12MHz或6MHz，計算出來的T1定時器初值將不是一個整數，這樣通信時便會產生誤差，進而產生波特率誤差，影響串行通信的同步性能。，誤差為0。ATT7037芯片內部有一個高增益的反向放大器，兩端接晶振及兩個電容，就構成自激振蕩器。兩個電容通常取15pF或者30pF，這里取c4=c5=30pF。電路如圖34所示： 圖34 時鐘電路 復位電路復位電路分成兩部分，第一部分是系統上電時，單片機自動復位一次：由電容串聯電阻構成,由圖并結合電容電壓不能突變的性質,可以知道,當系統一上電,RST腳將會出現高電平,并且,所以,適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。第二個功能就是當系統運行出現故障，當按鍵按下的時候系統再次復位，如果釋放后再按下，系統還會復位，可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統中控制其復位。ATT7037芯片有一個復位引腳RST，低電平有效。在時鐘電路工作以后在外部電路的影響下，如果RST端出現24個振蕩周期以上的低電平，系統復位。正常來說只有RST引腳上保持10ms以上的低電平才能保證有效復位。本次采用的是手動復位即使用按鍵使電路復位，按鍵按下后，電容可以為RST引腳提供低電平實現復位。RST引腳低電平持續時間取決于復位電路的時間常數RC之積，,[8]。復位電路如圖35所示: 圖35 復位電路 電源模塊。電源模塊電路原理圖如圖36所示: 圖36 電源電路220V交流電經變壓器降壓以后，經全橋整流電路整流后變為直流電壓，經電容濾波，輸入到穩壓器W1，這時候就可以在輸出端得到穩定的5V直流電壓。，正好供單片機使用。兩個穩壓器的輸入端和輸出端的普通電容主要是起到去耦合的作用。而極性電容主要起到穩壓的作用，數值較大，全部取10uF。這些電容使得輸入電壓信號和輸出電壓信號的性能達到很大的改善。 交流電量采集模塊交流電量采集模塊中，0~5A的交流電流輸入經電流互感器，電流互感器接精密電阻，變換成電壓信號，經過電容濾波，濾除干擾信號，然后進行電壓平移，進行采樣。0~250V交流電壓輸入經電壓互感器，變換電壓，經濾波處理，濾除干擾信號，然后進行電壓平移，行采樣。采樣好的信號存入單片機的RAM中供軟件處理[12] 。交流采集電路如圖37所示： 圖37 交流電量采集原理圖在交流電量采集電路中，電阻的取值主要取決于電流互感器和電壓互感器的變比，本次設計采用的電壓互感器是HPT205A，原邊電流為2mA，副邊電流為2mA，電壓互感器原邊輸入電壓是220V，故電阻R10=220/=110k。因為副邊電流為2mA，故R11與R12大約取3k歐姆。采用的電流互感器是HCT204B，原邊電流2A，，由（R7+R8+R9）//R6=，大概可得R6=2k，R7=2k，R8=1k，R9=1k，[13]。 RS232串行通信以51為內核的ATT7037芯片輸入和輸出電平都是TTL電平，跟PC機的RS232C標準串行接口的電氣規范差別很大。在TTL電平中，用+5V表示高電平1，用0V表示低電平0：RS232C標準電平用3V~15表示高電平1，用+3V~+，必須進行電平轉換。本次采用MAX232單芯片實現他們之間的通信。采用MAX232接口的單片機與pc機的串行通信電路如圖38所示： 圖38 采用MAX232接口的串行通信電路在實際應用中，因為期間對電源噪聲很敏感，所以C1+、CC2+、CC1C1C20必須要去耦合，提高抗干擾能。可