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[摘要]一个用电参数的采集和传递系统,介绍低压电采集系统的基本设计、硬件设计,阐述C8051F330单片机在系统中的应用。
[关键词]AD转换C8051F330液晶显示数据传输
中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1220018-01
一、引言
C8051F单片机是美国Silabs公司推出的完全集成的混合信号系统芯片,是SOC的典型代表,内部高速的CIP-51内核,指令完全兼容MCS-51指令,70%的指令会在1-2个周期内完成,运算速度显著提高。该变送器采用C8051F330为主控CPU,通过对电流或者是电压的采样,并使用单片机内部功能计算出各种参数,最后通过RS485接口或模拟输出(0-5V)从而实现电参数的采集与传递。结构框图如右:
说明:左侧PT(电压互感器),CT电流互感器);中间为C8051F330;右侧为键盘输入和一些信息输出接口。
二、电量变送器的基本原理设计
上图左侧构成了系统的采样部分,它将采集到的三相交流信号整流滤波后进行衰减再送到C8051f330中做进一步处理,同时将A相电压输入到内部的比较器进行频率测量。我们可以根据需要来使用单片机处理过的数据,可以接一组数码管来显示所需值,或者接一液晶输出一组数据,可以通过软件控制当前模拟量输出,也可以通过EEPROM把数据存起来待用,还可以通过RS485接口(标准的Modbus规约)进行数据的传输。
三、系统研制中的主要硬件实现
本系统主要由三大部分组成:电源模块,CPU模块,显示模块。
(一)系统供电电源的设计。常用电压一般为220V,要想给整个模块供电我们就必须对引进电压进行降压处理,首先要设计一个电压转换电路把电压转换成直流15V左右,这样还不能直接拿来使用,因为液晶显示需要用5v而C8051F系列的单片机输入电压为3.3v,所以我们还要做进一步的处理。LM2576是一种电压输入范围较宽,外围电路简单,转换效率较高,输出电压可调的芯片。这里我们采用两片LM2576来分别获得5V和3.3V电压。电路连接图如下:
其中Vref=1.23;R1在1k到5k中选择。
获得5伏电压时,如图把R1和R2去掉,将反馈端和1000uf电容正极直接相连就成了。要获得3.3伏电压时就按此图不改根据给出的公式调整R1和R2的值就成了。通过以上的处理我们可以从系统电源模块上得到两个压值5V,3.3v,系统供电问题也就解决了。
(二)Cpu模块电路设计。单片机内部集成了计算机的基本部分,只要在外围接上复位及晶振电路就可以构成应用系统了。我们可以采用晶体和陶瓷振荡器,他们必须并接到必须并接到XTAL1和XTAL2引腳(P0.2和P0.3)值得我们注意的是这个单片机还必须在XTAL1和XTAL2引脚之间并接一个10兆欧的电阻。
(三)显示模块实现。采用1602液晶显示屏,它可以显示2行16个字符,有8位数据总线D0-D7分部在它的第7-14脚,另外还有RS、R/W、EN三个控制端口,工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。它是一个比较常用的显示屏,关于他的详细介绍我们可以参看它的说明书。根据管脚的定义我们也很容易连接实际电路。
此外我们还可以根据需要采用不同颜色的LED指示灯来显示系统工作状态。
四、系统主要技术实现
采用C8051F330单片机主要完成以下工作:
1.接收采样板的模拟信号并送入内置AD转换器进行转换及其频率的测量。2.处理数据,根据需要由单片机计算出电压,电流,功率因数,频率,有功功率,无功功率等参数的值。3. 实现对设备的控制。单片机对数据判断后执行控制输出(如控制接触器的关断,发光二极管的亮灭.....)。4.测试、显示、输出用电状态。C8051F330/1内部有一个10位SARADC和一个16通道差分输入多路选择器。该ADC工作在200ksps的最大采样速率时可提供真正10位的线性度,INL和DNL为±1LSB。内置的电流模式数/模转换器IDAC的最大输出电流可以有三种不同的设置:0.5mA、1mA和2mA。因此它完全可以满足我们的需要。
五、系统软件实现
该系统关键的程序有显示,模数转换和通讯程序,1602是一个简单好用的显示屏,程序包括写命令和写数据以及简单的初始化程序等,使用更多的其他功能我们可以根据说明书在程序中添加就好了。模数转换也很容易实现。C8051F330具备RS485通讯接口Modbus通讯协议,RS485串口协议只是定义了传输的电压,阻抗等,编程方式和普通的串口编程一致!!!
六、系统实现功能
标准PT,CT输入可将待测的电流电压直接输入,标准RS485通讯接口Modbus通讯协议,两行每行16字符显示,可以通过按键对参数设定和进行翻页显示更多信息。可测量相电压,电流,有功功率,频率,有功电能,无功功率,功率因数等。用户可以根据需要选择上述部分参数的组合作为自己产品的测量选择。
七、结束语
C8051F系列单片机内核与普通51系列完全兼容,外围电路比较简单硬件容易实现因此开发难度不大。本系统精度高,功能强,具备很好的市场推广价值。
参考文献:
[1]《LM2576英文资料手册》,http://datasheet.eeworld.com.cn/pdf/
50452_ETC_LM2576.pdf.
[2]潘琢文译,《C8051F330中文资料手册》.
[3]长沙太阳人电子有限公司SMC1602A,LCM使用说明书.
作者简介:
徐峰(1981-),男,镇江市高等专科学校教师。
[关键词]AD转换C8051F330液晶显示数据传输
中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1220018-01
一、引言
C8051F单片机是美国Silabs公司推出的完全集成的混合信号系统芯片,是SOC的典型代表,内部高速的CIP-51内核,指令完全兼容MCS-51指令,70%的指令会在1-2个周期内完成,运算速度显著提高。该变送器采用C8051F330为主控CPU,通过对电流或者是电压的采样,并使用单片机内部功能计算出各种参数,最后通过RS485接口或模拟输出(0-5V)从而实现电参数的采集与传递。结构框图如右:
说明:左侧PT(电压互感器),CT电流互感器);中间为C8051F330;右侧为键盘输入和一些信息输出接口。
二、电量变送器的基本原理设计
上图左侧构成了系统的采样部分,它将采集到的三相交流信号整流滤波后进行衰减再送到C8051f330中做进一步处理,同时将A相电压输入到内部的比较器进行频率测量。我们可以根据需要来使用单片机处理过的数据,可以接一组数码管来显示所需值,或者接一液晶输出一组数据,可以通过软件控制当前模拟量输出,也可以通过EEPROM把数据存起来待用,还可以通过RS485接口(标准的Modbus规约)进行数据的传输。
三、系统研制中的主要硬件实现
本系统主要由三大部分组成:电源模块,CPU模块,显示模块。
(一)系统供电电源的设计。常用电压一般为220V,要想给整个模块供电我们就必须对引进电压进行降压处理,首先要设计一个电压转换电路把电压转换成直流15V左右,这样还不能直接拿来使用,因为液晶显示需要用5v而C8051F系列的单片机输入电压为3.3v,所以我们还要做进一步的处理。LM2576是一种电压输入范围较宽,外围电路简单,转换效率较高,输出电压可调的芯片。这里我们采用两片LM2576来分别获得5V和3.3V电压。电路连接图如下:
其中Vref=1.23;R1在1k到5k中选择。
获得5伏电压时,如图把R1和R2去掉,将反馈端和1000uf电容正极直接相连就成了。要获得3.3伏电压时就按此图不改根据给出的公式调整R1和R2的值就成了。通过以上的处理我们可以从系统电源模块上得到两个压值5V,3.3v,系统供电问题也就解决了。
(二)Cpu模块电路设计。单片机内部集成了计算机的基本部分,只要在外围接上复位及晶振电路就可以构成应用系统了。我们可以采用晶体和陶瓷振荡器,他们必须并接到必须并接到XTAL1和XTAL2引腳(P0.2和P0.3)值得我们注意的是这个单片机还必须在XTAL1和XTAL2引脚之间并接一个10兆欧的电阻。
(三)显示模块实现。采用1602液晶显示屏,它可以显示2行16个字符,有8位数据总线D0-D7分部在它的第7-14脚,另外还有RS、R/W、EN三个控制端口,工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。它是一个比较常用的显示屏,关于他的详细介绍我们可以参看它的说明书。根据管脚的定义我们也很容易连接实际电路。
此外我们还可以根据需要采用不同颜色的LED指示灯来显示系统工作状态。
四、系统主要技术实现
采用C8051F330单片机主要完成以下工作:
1.接收采样板的模拟信号并送入内置AD转换器进行转换及其频率的测量。2.处理数据,根据需要由单片机计算出电压,电流,功率因数,频率,有功功率,无功功率等参数的值。3. 实现对设备的控制。单片机对数据判断后执行控制输出(如控制接触器的关断,发光二极管的亮灭.....)。4.测试、显示、输出用电状态。C8051F330/1内部有一个10位SARADC和一个16通道差分输入多路选择器。该ADC工作在200ksps的最大采样速率时可提供真正10位的线性度,INL和DNL为±1LSB。内置的电流模式数/模转换器IDAC的最大输出电流可以有三种不同的设置:0.5mA、1mA和2mA。因此它完全可以满足我们的需要。
五、系统软件实现
该系统关键的程序有显示,模数转换和通讯程序,1602是一个简单好用的显示屏,程序包括写命令和写数据以及简单的初始化程序等,使用更多的其他功能我们可以根据说明书在程序中添加就好了。模数转换也很容易实现。C8051F330具备RS485通讯接口Modbus通讯协议,RS485串口协议只是定义了传输的电压,阻抗等,编程方式和普通的串口编程一致!!!
六、系统实现功能
标准PT,CT输入可将待测的电流电压直接输入,标准RS485通讯接口Modbus通讯协议,两行每行16字符显示,可以通过按键对参数设定和进行翻页显示更多信息。可测量相电压,电流,有功功率,频率,有功电能,无功功率,功率因数等。用户可以根据需要选择上述部分参数的组合作为自己产品的测量选择。
七、结束语
C8051F系列单片机内核与普通51系列完全兼容,外围电路比较简单硬件容易实现因此开发难度不大。本系统精度高,功能强,具备很好的市场推广价值。
参考文献:
[1]《LM2576英文资料手册》,http://datasheet.eeworld.com.cn/pdf/
50452_ETC_LM2576.pdf.
[2]潘琢文译,《C8051F330中文资料手册》.
[3]长沙太阳人电子有限公司SMC1602A,LCM使用说明书.
作者简介:
徐峰(1981-),男,镇江市高等专科学校教师。