本科毕业论文基于AVR单片机的智能电表系统硬件设计.doc

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1、 本科毕业论文（设计）（题目：基于AVR单片机的智能电表系统硬件设计）姓 名： 皖绩小挺 学 号： * 专 业： 自动化 院 系： 电子通信工程学院 指导老师： 纪老师 职称学历： 讲师 硕士 完成时间： 2013年5月 教务处制安徽新华学院本科毕业论文（设计）承诺书本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工

2、作已在论文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文（设计）作者签名： 日期： 基于AVR单片机的智能电表的硬件设计摘 要电能表是我国电工仪表行业中产量最大的产品，随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，且已经逐步成为电能表发展的主流。智能电表具有数据的保护，报警功能，断电的显示，负荷的控制，防窃电功能，远程抄表系统等功能，从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了电表上长期使用的机械部件，随着智能化电表的发展，将最终取代传统电表在用户中的实用。本文设计的是一款基于AVR单片机的智能电表，采用ATmega16单片机、RN82

3、09、485通讯等各个模块组成系统硬件电路。关键词：智能电表；ATmega16; RS-485Hardware design of intelligent electric meter based on AVR single-chip computerAbstractThe electrical energy meter is in our country electrician measuring appliance profession the output biggest product, along with the high technology and new technology

4、 electronic information technologys fast development,the electronic formula, multi-purpose,the high accuracy, the multi-tariffs,copies product and so on table superiority to underline automatically particularly, and already gradually became the electrical energy table development the mainstream.The

5、intelligent electric instrument has the data protection,the warning function, the power failure demonstration, the load control, against steals the electric work energy, long-distance copies functions and so on table system, uses take the integrated circuit from the measurement to the data processin

6、g as the core electronic device, thus has cancelled on the electric instrument the long-term use mechanical part,along with the intellectualized electric instruments development,will substitute for traditional electric instrument in user practical finally. What design in this passage is a hardware d

7、esign of intelligent electric meter based on AVR single-chip computer. It adopt various modules such as the ATmega16 monolithic integrated circuit, RN8209 and 485 communications the transmission, and so on, to make up the system hardware circuit.Key Words： Intellige nce electrometer；ATmega16；RS-485目

8、 录1 绪论11.1 电集中抄表系统11.2 国内外发展的概括21.3 住宅抄表自动化系统应用条件21.4 智能电表的主要特点22 方案论证与比较32.1 MCU部分32.1.1 方案132.1.2 方案232.2 抄表部分42.2.1 方案142.2.2 方案242.3 数据传输部分42.3.1方案142.3.2 方案242.3.3 方案342.4 系统设计方案53 系统硬件设计63.1 MCU部分63.1.1 单片机概述63.1.2 ATmega16的介绍63.1.2 ATmega16的介绍63.1.3 ATmega16 的引脚功能介绍73.2 RN8209数据采集部分103.2.1 RN

9、8209简介103.2.2 RN8209引脚功能介绍103.2.3 RN8209用电信息采集系统原理图123.3 RS-485通讯数据传输部分133.3.1 性能及特点133.3.2 引脚功能描述133.3.3 RS-485通讯电路连接图133.4 LCD1602显示模块143.4.1 LCD1602简介143.4.2 LCD1602管脚介绍及其电路连接153.5 时钟模块设计163.5.1 DS1302简介163.5.2 DS1302芯片功能介绍163.5.3 DS1302引脚及其电路连接163.6 存储模块设计173.6.1 AT24C08简介173.6.2 AT24C08引脚功能介绍17

10、3.6.3 AT24C08电路连接图183.7 电源电路设计183.8 PCB设计194 总结21致谢22参考文献23附录241 绪 论长年以来城镇居民住宅的水、电、煤气等生活能耗计量收费工作多采用传统的逐月入户查表收费方式，不仅耗费大量人力、物力，而且对居住人的民生活也是一种干扰，有时还有可能给不法分子入室犯罪以可乘之机。随着改革的深入，伴随着人们的生活水平的不断提高，住宅商品化、智能化的发展，住宅单元个性化和独立性的增强，这种能耗计量收费方式越来越显得与社会发展不相协调。而且国家建设部在居民住宅的有关技术规定中已经明确要求居民住宅中的3表（水表、电表、气表）必须出户。鉴于上述情况，建立住宅

11、自动抄表系统成为当前住宅主流的应用技术，尤其是智能型住宅建筑中不可或缺的重要组成部分，具有十分重要的意义。目前，电子水表、电子煤气表、电子电表的远程抄表系统日趋成熟。自动抄表系统基本原理是采用计算机技术，通过专用设备对3表进行远距离的自动抄录。一般通过数据采集器对表计的脉冲进行记数，然后传输控制器将信号送至计算机中心，由计算机对数据进行处理、显示、存储、打印，再通过与银行联网，实现自动收费。控制中心可显示小区内主要设备的运行状况，并可通过软件控制设备，使设备运行于最经济合理的模式中。当设备发生故障时，控制中心发生声光报警并通知管理人员处理事故。本文给出了一种基于ATmega16的智能电表的设计

12、，它是电集中抄表系统的基础部件，是整个系统的数据来源。1.1 电集中抄表系统自动抄表（Automatic Meter Reading-AMR）是指的是用通讯和计算机网络等科学技术自动读取和处理数据。发展用电自动抄表技术是提升用电管理水平的需要。在用电管理方面，用自动抄表技术，不仅能节省人力资源，而且更重要的是可以提高抄表的准确性，减少出错，使供电管理部门能及时获取准确数据信息。电力用户因此不需要与抄表者预定上门抄表时间，还能快速查询帐单，所以这种技术越来越受到用户欢迎。电能管理和计量的需求以及电子科学技术的发展，使电子式电表在上世纪70年代就已出现。随着数字电子技术的迅猛进步，电子式电表的功能

13、越来越多并且系统越趋完善。1.2 国内外发展的概况随着人民生活水平的提高，大家对生活条件提出了更高的要求；在政策的鼓励下，家庭智能化得到了快速的发展。作为智能化产业中的一环智能抄表系统也得到了蓬勃发展。从上海、广州、杭州、深圳、北京以及中国西部城市昆明、重庆、成都等地都不同程度地建设了智能化示范小区。这些智能化住宅小区的建成，提高了住户的生活质量。 随着城市生活节奏的加快，人们需要越来越多的智能设施来满足生活的需要，小区智能化是今后的发展趋势。智能化抄表系统是智能小区应具有的最基本的系统，它的发展必将影响到小区智能的发展。 1.3 住宅抄表自动化系统应用条件自动抄表系统作为一个实用系统在住宅建

14、筑工程中的应用应具备以下条件： (1) 需要相关供电、供水等主管部门的配合，以及综合物业管理的配套实施。(2) 系统工程设计应符合国家相应规范、标准。(3) 系统系列化、模块化、产品化。1.4 智能电表的主要特点(1) 不需要人工抄表，有利于现代化管理。(2) 智能电表具有多种防窃电功能，低功耗，长期运行时稳定性好，准确度高。(3) 预购电量，网络传递数据，实现数据回读。(4) 超负荷报警断电、剩余电量报警，提醒用户及时购电。2 方案论证与比较2.1 MCU部分2.1.1 方案1AVR单片机ATmega16。这是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器。有先进的RISC结构，精简指令等。支持II

15、C、SPI通信。AVR单片机的优点：(1) 高可靠性、高保密性、功能强、高速度、低功耗。(2) 低功耗的CMOS技术。(3) 丰富的片上资源。(4) 增强性的驱动能力。(5) 型号种类多选择性。(6) 性价比高。(7) 开发语言丰富。2.1.2 方案251单片机STC89C51RC。这是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C51RC虽然使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。51单片机和AVR单片机的主要区别：（1）51单片机是复杂指令集，AVR单片机是精简指令集。（2）51单片

16、机速度慢，还要内部分频，AVR快，多数指令就是一个指令周期，而且1M晶振就是106周期/秒。（3） 51单片机IO口带负载能力太小，AVR支持平时20mA，最大瞬时40mA的输出电流，而且灌电流拉电流一样大。（4）51单片机要加复位，晶振，AVR不用，并含有多种硬件电路，比51多得多。抗干扰能力也是AVR比51强。经比较两款单片机，本系统将采用AVR单片机ATmega16作为控制芯片。2.2 抄表部分2.2.1 方案1采用高准确度电能测量集成电路如ADE7755直接设计出可以直接产生脉冲、计数以及数据存储和发送的集成模块。但该设计该集成电路相对复杂。2.2.2 方案2采用计量芯片RN8209。

17、RN8209能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量等。RN8209提供SPI串行通讯方便与MCU之间进行通信。RN8209内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。2.3 数据传输部分2.3.1 方案1采用电话线为载体的以太网形式，其优点是改装成本低不许要再次拉网络线。但是调试过程复杂，难以进行实现实际演示。2.3.2 方案2电力载波通信方式。电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是利用电力线，通过载波的方式将模拟或数字信号进行传输的技术。电力载波是电力系统特有的通信方式，它最大特点是不需要重新架设网络，只有有电力线，就能进行信息传送。2.3.3 方案3基于RS-4

18、85的通讯网络。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。2.4 系统设计方案智能电表系统采用ATmega16作为控制芯片，RN8209作为用电信息的采集芯片，经MCU处理后的信息通过RS-485通讯传到集中器或者计算机终端。用DS1302作为时钟来源，LCD1602

19、显示用电信息方便用户查询，AT24C08存储用电信息。系统结构框图如图2.1所示。信息采集RN8209RS-485通讯Max485单片机电源L7805液晶显示LCD1602时钟DS1302数据存储AT24C08图2.1 系统设计框图3 系统硬件设计3.1 MCU部分3.1.1 单片机概述自单片机出现至今，它已走过近20年的发展路程。纵观20年来单片机的发展历程，单片机技术的发展以微处理器MPU技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域表现出微处理器更具有个性的发展趋势。现代单片机具有寿命长、速度越来越快、低电压、低功耗、低噪声与高可靠性技术等许多优点。单片机的产品非常多,例如：5

20、1单片机、STC单片机、AVR单片机、PIC单片机、NEC单片机、东芝单片机、富士通单片机、三星单片机等等。3.1.2 ATmega16的介绍ATmega16是一个基于增强地AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其具有先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，所以ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS /MHZ ，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。高性能、低功耗的ATmega16单片机主要特点如下:(1) 先进的RISC结构：131条指令，32个8位通用工作寄存器和外设控制寄存器，工作于16MHZ时，性能高达16MPS，只需两个时钟周期的硬件乘法器。(2) 非易

21、失性的程序和数据存储器：16K字节的系统内可编程Flash，512字节的EEPROM，1K字节的内部SRAM。(3) JTAG接口：遵循JTAG标准的边界扫描功能，支持扩展的内片调试，通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程。(4) 外设特点：两个具有独立的预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器，两个具有预分频器、比较功能和扑捉功能的16位定时器/计数器，具有独立预分频器的实时时钟计数器，两路8位PWM，4路分辨率可编程(216位)的PWM,输出比较调制器，8路10位ADC，面向字节的两线接口I2C总线，两个可编程的串行USART,可工作于主机/从机模式的SPI串

22、行接口，具有独立片内振荡器的的可编程看门狗定时器，片内模拟比较器。(5) 特殊的处理器特点：上电复位以及可编程的掉电检测，片内经过标定的RC振荡器，片内/片外中断源，6种睡眠模式，可以通过软件进行选择的时钟频率，通过熔丝位可以选择ATmega103兼容模式，全局上拉禁止功能。(6) I/O和封装：32个可编程I/O口，40引脚PDIP封装、44引脚TOFP封装、44引脚MLF封装。(7) 工作电压： 4.55.5V 。(8) 速度等级： 016MHZ。3.1.3 ATmega16 的引脚功能介绍ATmega16单片机引脚图如图3.1所示。各引脚功能如下所述：VCC：数字电路的电源。GND：地。

23、端口A(PA7.PA0) ：端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。端口C(PC7.PC0) ：端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C

24、 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口D(PD7.PD0)：端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。RESET：复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1：向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2：反向振荡放大器的输出端。

25、AVCC ，AVCC：端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。AREF： A/D的模拟基准输入引脚。图3.1 ATmega16引脚图ATmega16单片机的四个端口都有第二功能。端口A的第二功能如表3-1所示。表3-1 端口A第二功能端口第二功能PA7ADC7(ADC输入通道7)PA6ADC6(ADC输入通道6)PA5ADC5(ADC输入通道5)PA4ADC4(ADC输入通道4)PA3ADC3(ADC输入通道3)PA2ADC2(ADC输入通道2)PA1ADC1(ADC输入通道1)PA0ADC0(ADC输入通道0)端口

26、B的第二功能如表3-2所示。表3-2 端口B第二功能端口第二功能PB7SCK（SPI总线的串行时钟）PB6MISO（SPI总线的主机输入/从机输出信号）PB5MOSI（SPI总线的主机输出/从机输入信号）PB4SS（SPI从机选择管脚）PB3AIN1（模拟比较负输入）OC0（T/C0输出比较匹配输出）PB2AIN0（模拟比较正输入）INT2（外部中断2输入）PB1T1(T/C1外部计数器输入)PB0T0（T/C0外部计数器输入）XCK(USART外部时钟输入/输出)端口C的第二功能如表3-3所示。表3-3 端口C第二功能端口第二功能PC7TOSC2（定时振荡器引脚2）PC6TOSC1(定时振荡

27、引脚1)PC5TDI(JTAG测试数据输入)PC4TDO（JTAG测试数据输出）PC3TMS（JTAG测试模式选择）PC2TCK（JTAG测试时钟）PC1SDA（IIC串行总线数据输入/输出线）PC0SCL（IIC串行总线时钟线）端口D的第二功能如表3-4所示。表3-4 端口D第二功能端口第二功能PD7OC2（T/C2输出比较匹配输出）续表端口第二功能PD6ICP1（T/C1输入捕捉引脚）PD5OC1A (T/C1 输出比较A 匹配输出)PD4OC1B (T/C1 输出比较A 匹配输入)PD3INT1 ( 外部中断1 的输入)PD2INT0 ( 外部中断0 的输入)PD1TXD (USART

28、输出引脚)PD0RXD (USART输入引脚)3.2 RN8209数据采集部分3.2.1 RN8209简介RN8209是一款能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量，并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等信息的计量芯片。RN8209支持全数字的增益、相位和offset校正。有功、无功电能脉冲分别从PF、QF管脚输出。RN8209提供两个串行接口SPI和RSIO，方便与外部MCU之问进行通信。其中RSIO为锐能微专有的单线通讯接口，可以使用一根数据线实现双向通讯。RN8209内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。3.2.2 RN8209引脚功

29、能介绍RN8209的引脚图图如图3.2所示。各引脚功能简介如下所述：AVDD：模拟电源引脚。用于给芯片模拟部分供电。该引脚应外接10uF电容并联0.1uF电容去耦。正常供电范围：4.5V-5.5V。RST_N：复位引脚，低电平有效。当为低电平时，芯片处于复位状态。该引脚应外接上拉电阻。NC：不连接。V1P，V1N：电流通道A的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式，正常工作最大输入Vpp为700mV，最大承受电压为6V。图3.2 RN8209引脚图V2P,V2N：电流通道B的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式，正常工作最大输入Vpp为700mV，最大承受电压为6V。V3P,V3N：电压

30、通道的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式，正常工作最大输入Vpp为700mV，最大承受电压为6V。REFV：2.5V基准电压的输入、输出引脚。外部基准源可以直接连接到该引脚上。无论使用内部还是外部基准源，该引脚都应使用10F电容并联0.1F电容进行去耦。AGND：模拟地。IS：串行通信类型选择引脚，确定芯片的通信接口类型。 IS=0，选择RSIO作为通信接口；IS=1，选择SPI作为通信接口。 内部悬空，由外部上拉或下拉。SDO/SWI：SDO和SWI复用引脚，3.3V/5V兼容引脚。SWI为RSIO总线的信号名。 当IS=1时，该引脚为SPI串行数据输出SDO。复位后，该引脚为高阻输出

31、。 当IS=0时，该引脚为单线通信的输入输出引脚SWI。复位后，该引脚为输入，当SWI响应命令给MCU传送数据时，该引脚变为输出。内置上拉电阻。SDI：当IS=1时，该引脚为SPI串行数据输入引脚，3.3V/5V兼容引脚。当IS=0时，该引脚内置上拉电阻。SCLK：当IS=1时，该引脚为SPI串行时钟输入，3.3V/5V兼容引脚。 当IS=0时，该引脚内置上拉电阻。SCSN：当IS=1时，该引脚为SPI片选信号，低电平有效，3.3V/5V兼容引脚。内部悬空，由外部上拉。 当IS=0时，该引脚内置上拉电阻。DGND：数字地。DVDD：数字电源引脚。用于给芯片数字部分供电。该引脚应外接10F电容并

32、联0.1F电容去耦。正常应用范围：4.5V-5.5V。OSCI：外部晶体的输入端，或是外灌系统时钟输入。晶体频率典型值为3.579545MHz。OSCO：外部晶体的输出端。当OSCI上外接时钟时，OSCO引脚能驱动一个CMOS负载。3.2.3 RN8209用电信息采集系统原理图RN8209计量模块的电路设计如图3.3所示。RN8209内部含保护、衰减等运算处理电路，电流环节中含有负荷信号切换电路，使全量成精度平衡，起到精确测量的作用。由MCU通过SPI访问计量芯片即可得到有功、无功功率以及被测电路运行中各类参数。RN8209与单片机之间的SPI通信需要进行光耦隔离，提高系统的抗干扰能力，图3.

33、3中未呈现光耦隔离电路，详见附录中的系统原理图。图3.3 RN8209电路连接图3.3 RS-485通讯数据传输部分MAX485芯片是MAXIM公司推出的低功耗串行收发器芯片。该芯片支持RS-485协议，采用单+5V电源供电工作，内部有一个接收器和驱动器。3.3.1 性能及特点：(1) 单+5V电源供电；(2) 低功耗，工作电流12050uA，静态电流只有300uA；(3) 驱动器有过载保护功能；(4) 通信传输线上可挂32个收发器；(5) 共模输入电压范围-7V+12V；(6) 8引脚封装，适用于半双工通信；3.3.2 引脚功能描述：MAX485的引脚图如图3.4所示。引脚功能如下所述：RO

34、：接收器输出端，若A端高于B端200mv以上，R0为高电平，否则R0为低电平。RE：接收器输出使能端，若DE为高电平，驱动输出A和B有效，器件作线驱动器用（发送）；若DE为低电平，它们呈高阻态，这时RE为低电平，器件作线接收器使用（接收）。DI：驱动器输入，DI为低将迫使输出为低电平，若DI为高将迫使输出为高电平。B：反相接收器输入与反相驱动器输出。A：同相接收器输入与同相驱动器输出。GND：接地。Vcc：电源正极。3.3.3 RS-485通讯电路连接图RS-485通讯电路设计如图3.5所示。RS-485的通信接口是由MAX485芯片图3.4 MAX485 引脚图构成，通过USART与MCU实

35、现通信。采用3只光电耦合器对单片机电路和RS-485接口电路进行隔离，提高系统的抗干扰能力。电路中TVS为瞬态抑制二极管，并联在RS-485总线A、B线两端，对电路起瞬变脉冲抑制和静电保护作用，R1和R2为偏置电阻，进行网络失效保护。图3.5 MAX485通信电路连接图3.4 LCD1602显示模块3.4.1 LCD1602简介LCD1602是一种液晶显示器。液晶是一种高分子材料，它的体积小、功耗低、显示操作简单。1602是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。3.4.2 LCD1602管脚介绍及其电路连接LCD1602电路连接如图3.6所示。1602采用标准的16脚接口，其中：

36、VSS：为电源地。VCC：接5V电源正极。V0：为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。RS：为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。图3.6 LCD1602电路连接图R/W：为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。E：片选信号,高电平时读取信息，负跳变时执行指令。D0D7：为8位双向数据线。BLA：背光电源正极。BLK：背光电源负极。3.5 时钟模块设计本系统电路中的时钟芯片选用的是DALLAS公司的推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1

37、302。3.5.1 DS1302简介DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，时钟还可以通过AM/PM来决定采用什么时制。DS1302与单片机之间能简单的采用同步串行的方式进行通信，仅仅需要三个口线：RST、I/O、SCLK串行时钟。3.5.2 DS1302芯片功能介绍（1）实时时钟具有计算2100年之前的年、月、周、日、时、分、秒的能力，同时还有闰年的调整能力。（2）宽范围工作电压：2.0V5.5V。（3）可选择的工作温度范围较广：-40+85摄氏度。（4）简单的3线接口，电路设计简单。（5）318位暂存数据储存

38、RAM。3.5.3 DS1302引脚及其电路连接DS1302引脚图如图3.7所示。各引脚功能简介：（1）Vcc1、Vcc2：电源供电管引脚。（2）GND：电源地。（3）X1、X2：接标准的32.768KHZ的晶振引脚。（4）RST：复位引脚。（5）I/O：数据输入输出引脚。（6）SCLK：串行时钟。DS1302时钟电路设计如图3.8所示。图3.7 DS1302引脚图图3.8 DS1302 电路连接图3.6 存储模块设计3.6.1 AT24C08简介AT24C08是ATMEL公司生产的AT24C系列的EEPROM。采用这类芯片可解决掉电数据保护问题，可对所存数据保存100年，并可多次擦写，擦写次

39、数一般能达到10万次以上。采用IIC串行总线，硬件电路设计简单。3.6.2 AT24C08引脚功能介绍AT24C08引脚图如图3.9所示。各引脚功能如下所述：（1）A0,A1,A2：可编程地址输入端。（2）GND：电源地。（3）SDA：串行数据输入/输出端。（4）SCL：串行时钟输入端。（5）WP：写保护输入端，用于硬件数据保护。当其为低电平时，可以对整个存储器进行正常的读/写操作；当其为高电平时具有写保护功能，但读操作不受影响。（6）VCC：电源。图3.9 AT24C08引脚图3.6.3 AT24C08电路连接图AT24C08存储模块电路如图3.10所示。图3.10 AT24C08电路连接图

40、3.7 电源电路设计电源模块主要给单片机、MAX485、RN8209供电。为了增加PCB的抗干扰能力，采用3个L7805分别给它们供电。电源电路设计如图3.11所示。图3.11 电源电路设计图3.8 PCB设计PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制线路板，简称印制板。PCB是电子产品设计的基础，印制板的设计和制造质量直接影响到整个产品的质量和成本。电路板采用印制板后，因为同类PCB的一致性，省去了人工接线，避免一些差错。随着SMT技术的发展，已实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。PCB有

41、单面板、双面板、多面板，其中设计最多的是双面板，双面板几乎满足中小型电路系统。这款基于AVR单片机的智能电表的PCB也是设计成双面板。经过前期的电路设计，基本电路确定之后就可以画系统原理图，设计PCB。首先画各种电子元器件的SCH和封装。其中大部分器件我都采用贴片封装，PCB总体面积减小，元器件的成本也降低。接下来新建一个PCB工程，给工程添加SCH和PCB，在SCH上放置所有元器件，根据电路原理图把各元器件连接起来，确定连接无错误后就可以导入PCB，进入下一步的PCB设计。按产品要求，设置PCB的形状和大小，设置PCB布线规则。接下来要对元器件进行布局，Altium Designer 09可

42、以对元器件的自动化布局，但是一般情况下还是选择手动布局。元器件布局后就可以进行PCB布线了，布线是PCB设计中最重要的一个环节，布线是否合理直接影响着后期产品的性能。最后可以对电路板进行覆铜和补泪滴。覆铜可以提高电路的抗干扰能力，补泪滴可以除去导线和焊盘连接处的直角，加大连接面。这样一块PCB算是基本完成。PCB设计流程如图3.12所示。图3.12 PCB设计流程图4 总 结经过一个多月的努力，我的毕业设计终于完成了。通过这次做毕业设计发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 本课题是设计一个基于AVR单片机的单相智能电表，这是一个强弱电结合非常紧密的项目，其

43、中涉及到了开关电源，电力电子，单片机等多门专业知识。拿到课题后，积极收集资料，整理资料，在做好充分准备后开始总体设计与文档制作。在制作过程中我遇到了一系列的问题，但在老师的细心指导和同学的帮助下问题都一一解决。 在这一个多月里，我不仅是对所学专业知识得到了进一步了解，更重要的是提升了自己的动手能力，把所学的理论知识很好的结合到实际应用中。最后，感谢纪利琴老师的细心指导，也感谢学校给了我们这样一次学习的机会，这是我们学习生涯中重要的一堂课。致 谢四年的大学生涯将随着毕业设计的完成而圆满结束。回首这四年的大学生活觉得自己是幸福的因为在这个黄金的学习时期中既能够学到专业的理论知识又能够体会丰富多彩的

44、生活，学到为人处事的道理。而毕业设计不单单是对这四年所学的理论知识的总结还有更多的是如何将理论转为实际的应用设计当中是理论与实际的结合。当然还有团队精神的体现，在这个过程中有许多的问题出现这要求自己要有勇于发现问题和解决问题的精神并且要加强同学间，同学和老师间的沟通。这些都是这个时期里学到的相信在将来的实际工作和人生当中都会产生深远的影响。在此感谢母校的无私栽培，特别感谢龙超老师的细心指导，在整个设计的过程中她都给予我许多深刻的提示，和不厌其烦地为我讲解难题。她的敬业精神我能够深深地体会到也是我非常尊敬的地方。在此还要感谢和我一起学习过的同学感谢他们在讨论中给出中肯的意见。在今后踏上工作岗位之

45、后，我会更加努力地将在大学时期所学到的知识和思想来不断地提高自己，为自己同时也为母校争光。参考文献1 刘建清. 轻松玩转AVR单片机C语言M.北京：空航天大学出版社，2011：11-30，85. 2 康华光.电子技术基础（数字部分）M.北京：高等教育出版社，2005：75-80. 3 温正.AVR单片机开发从入门到精通M. 北京：中国电力出版社，2009：10-22. 4 刘海成. AVR单片机原理及测控工程应用:基于ATmega48/ATmega16M.北京：北京航空航天大学出版社，2008：131-133. 5 于正林.AVR单片机原理及应用M. 北京：国防工业出版社，2009：123-125. 6 宗建华.智能电能表M. 北京：中国电力出版社，2010：43-46. 7 雍杨. Altium Designer Summer09 电路设计标准教程M. 北京：科学出版社，2009：85-96.8 杨学新.电测仪表M. 北京：中国电力出版社，2004：32-34. 9 李保玮.智能电表简介J. 新技术新产品.2010，10(2)：51-53.10 牟龙华,朱国锋,朱吉然. 基于智能电网的智能用户端设计J. 电力系统保护与控制.2010，5(12)：21-24.11 殷树刚,张宇,拜克明. 基于实时电价的智能用电系统J.电网技术.2009，7(3)：46-48