ĐO ĐẾM CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN 1 PHA( POWER METER)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA TỰ ĐỘNG HÓA & ĐIỀU KHIỂN
----------

ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ
ĐỀ TÀI: ĐO ĐẾM CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN 1 PHA( POWER METER)
Giảng viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện :

Khoa :
Lớp :
Khố :

SVTH: Nhóm 1

ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con người chúng ta luôn
hướng đến những tiêu chuẩn cao hơn về sự chính xác, sự tiện ích, tính trung thực cũng
như thẩm mỹ.
Thiết bị đo đếm điện năng kĩ thuật số ra đời giúp con người là việc một cách hiệu
quả hơn, với một thiết bị nhỏ gọn chúng ta có thể xem tất cả các thơng số điện năng về
dịng điện, điện áp, cơng suất, hệ số cosφ… Các đồng hồ đo điện năng kỹ thuật số được
trang bị các giao tiếp như RS485, Internet, RS232, SIM… để chúng ta có thể cập nhật
giá trị từng giờ, từng phút. Chúng ta không phải vất vả đi đến từng nơi hay vất vả đi đọc
từng thơng số trên từng đồng hồ, mà ta có thể ngồi tại chỗ là có thể giám sát được tất cả
các thông số điện năng của các khu vực thông qua internet hoặc SMS.
Từ thực tế đó cùng với những kiến thức về Vi Điều Khiển đã từng được học và sự
hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Bùi Thị Duyên, chúng em đã phát triển đề tài “Nghiên

cứu thiết kế chế tạo Power Meter 1 pha” để làm đồ án tốt nghiệp của mình
Nội dung đồ án nhóm chúng em bao gồm các phần sau:
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

SVTH: Nhóm 1


LỜI CẢM ƠN
Sau bốn năm học tại trường đại học Điện Lực, chúng em đã được học và tiếp thu
rất nhiều kiến thức mới từ sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô, cũng như sự giúp đỡ
của bạn bè. Đây là khoảng thời gian quý báu và đầy ý nghĩa. Đồ án này là một nền
tảng quan trọng để đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong cuộc đời chúng em.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của cơ Bùi Thị Dun.
Trong suốt q trình thực hiện đồ án các cơ đã giành rất nhiều thời gian và tâm huyết
để định hướng và góp ý để chúng em hồn thành đồ án mơn học này một cách tốt nhất.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn đến sự giúp đỡ của Ban giám hiệu Trường
Đại Học Điện Lực, tồn thể các thầy cơ giáo trong Khoa ĐK&TĐH và bạn bè trong
những năm học vừa qua. Với những sự giúp đỡ nhiệt tình đó đã cho chúng em có được
nền tảng kiến thức chuyên mơn để chúng em có thể hồn thành đồ án này cũng như
công việc trong tương lai.

Hà Nội, tháng 1 năm 2021

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
SVTH: Nhóm 1

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Giảng viên hướng dẫn

SVTH: Nhóm 1


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ...................................................1

1.1. Đặt vấn đề........................................................................................................................................1
1.2. Nhiệm vụ thư..................................................................................................................................1
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN.......2
2.1. Phương pháp và thiết bị đo điện áp..........................................................................................2
2.1.1. Phương pháp đo........................................................................................................................2
2.1.2. Thiết bị đo điện áp.....................................................................................................................2
2.2. Các phương pháp và thiết bị đo dòng điện............................................................................3
2.2.1. Các phương pháp đo dòng......................................................................................................3
2.2.2. Một số thiết bị đo dịng điện...................................................................................................4
2.3. Đo cơng suất tác dụng..................................................................................................................5
2.4. Đo công suất phản kháng............................................................................................................7
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.......................................................................9
3.1. Sơ đồ khối của đồng hồ đo.........................................................................................................9
3.2. Khối vi xử lý trung tâm...............................................................................................................9
3.3. Khối tương tự................................................................................................................................14
3.4 Mạch cung cấp đầu vào dòng và áp cho ADE7753 ........................................................18
3.5. Khối hiển thị màn hình LCD...................................................................................................19
3.6 Khối nguồn.....................................................................................................................................23
3.7 Hình ảnh thực tế của sản phẩm...............................................................................................24
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM.......................................................................25
4.1 Giới thiệu phần mềm Codevision AVR.................................................................................25
4.2 Khởi tạo và viết chương trình trên Codevision AVR.........................................................25
4.3 Lưu đồ thuật toán..........................................................................................................................28
4.4. Thiết kế phần code.....................................................................................................................29
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................48

SVTH: Nhóm 1


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay trong quá trình cơng nghệ hóa, hiện đại hóa, nền kinh tế
nước ta đã tăng trưởng liên tục, các ngành công nghiệp phát triển ngày
càng tăng. Do vậy yêu cầu về khoa học nói chung, cũng như khoa học về
cơng nghệ đo lường và thử nghiệm nói riêng địi hỏi phải đáp ứng kịp thời
và phù hợp với sự phát triển của công nghiệp đất nước.
Kỹ thuật đo lường là một trong những ngàng quan trọng nhất đối với
sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong mọi ngành kinh tế quốc dân. Với
trình độ hiện nay, khả năng của kỹ thuật đo lường rất lớn mạnh và phát
triển.
Trong lĩnh vực đo lường các đại lượng điện nay nhằm mục đích là
tăng số điểm đo, tăng tốc độ đo, nâng cao độ chính xác, độ nhạy nâng cao
tính tin cậy.
Vì vậy chúng em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo
Power Meter 1 pha” với mục đích đo lường các đại lượng U, I, P, Q, cosφ
một cách chính xác nhất để có phục vụ trong các lĩnh vực cơng nghiệp,
dân dụng và trong các phịng thí nghiệm. Trong q trình thực hiện đồ án,
chúng em vơ cùng biết ơn T.S Bùi Thị Duyên đã tận tình chỉ bảo và giúp
đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.
1.2. Nhiệm vụ thư.
Nghiên cứu thiết kế chế tạo Power Meter 1 pha để đo các đại lượng
điện xoay chiều 1 pha: U, I, P, Q, cosφ.
Nhiệm vụ thiết kế:
-

Đo điện áp hiệu dụng, dải đo điện áp 0÷250VAC, tốc độ đo 5s/1lần.

Đo dịng điện hiệu dụng, dải đo dịng điện 0÷20A, tốc độ đo 5s/1lần.
Đo các đại lượng P, Q, W, cosφ
Hiển thị giá trị đo được lên màn hình LCD với 2 dịng và 16 ký tự .

SVTH: Nhóm 1
1


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN
2.1. Phương pháp và thiết bị đo điện áp
2.1.1. Phương pháp đo
Phương pháp đo kiểu so sánh: Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc
theo kiểu mạch vịng (có khâu phản hồi). Sơ đồ khối:
X

SS

X

CĐ1

CĐn

CĐN
m

CĐN
1

Y

XK

Đại lượng đo X và đại lượng mẫu X0 được biến đổi thành đại lượng vật
lý nào đó thuận tiện cho việc so sánh. Quá trình so sánh được diễn ra trong
suốt quá trình đo.
So sánh cân bằng: là phép so sánh mà đại lượng cần đo X và đại lượng mẫu X o
sau khi biến đổi thành XK được so sánh với nhau sao cho X =X-XK =0 tức là X=XK.
Như vậy XK là một đại lượng thay đổi sao cho khi X thay đổi luôn đạt được kết quả XXK =0. Trong trường hợp này độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác
của XK và độ nhạy của chỉ thị cân bằng.
So sánh không cân bằng: Nếu đại lượng X K là một đại lượng khơng đổi, lúc đó
ta có X-XK =X. Nghĩa là kết quả đo được đánh giá theo đại lượng X. Nếu ta biết
trước XK, đo X có thể suy ra X = XK + X. Như vậy phép đo này có độ chính xác
phụ thuộc vào phép đo X, mà giá trị X càng nhỏ (so với X) thì độ chính xác càng
cao. Độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của XK quyết định. Phương
pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện như đo ứng suất, nhiệt
độ …
2.1.2. Thiết bị đo điện áp
Trong đo lường khi đo điện áp nguồn công suất nhỏ hay đo dòng nhỏ
hơn dòng qua cơ cấu chỉ thị, người ta phải tìm cách tăng độ nhạy của thiết bị
đo. Một trong những biện pháp tăng độ nhạy là khuếch đại. Ngồi ra do u
SVTH: Nhóm 1
2

GVHD:

Đồ án Vi xử lý
cầu điện trở của phép đo áp là điện trở của vôn mét càng lớn càng tốt. Để
thỏa mãn nhu cầu trên người ta đã chế tạo ra các vơn mét điện tử.
Vơnmét điện động có cấu tạo giống như ampemét điện động đo dòng
điện nhỏ hơn hoặc bằng 0,5A. Vơnmét u cầu có tổng trở lớn nên cuộn tĩnh
của vơnmét điện động có số vịng lớn, có tiết diện nhỏ hơn rất nhiều so với
cuộn tĩnh của ampemét.
Có thể chế tạo Vơmét điện động nhiều thang đo bằng cách thay đổi cách
mắc song song hoặc nối tiếp hai phân đoạn của cuộn tĩnh và nối tiếp với các điện
trở phụ.
Hình 2.1. Thể hiện sơ đồ ngun lý của vơnmét điện động hai thang đo:
Khi khố chuyển mạch đang ở vị trí 1, hai phân đoạn A 1 và A2 của cuộn tĩnh
mắc song song với nhau và mắc nối tiếp với cuộn động B, tương ứng với
giới hạn đo 150V. Khi khoá chuyển mạch đang ở vị trí 2, hai phân đoạn A 1,
A2 và cuộn động B được mắc nối tiếp với nhau, tương ứng với giới hạn đo
300V. Các tụ điện C tạo mạch bù tần số cho vơnmét.

Hình 2.1: Sơ đồ Vonmet điện động nhiều thang đo
Chú ý : Đo điện áp ở lưới điện cao áp ta phải mắc vônmét kết hợp với
máy biến áp đo lường BU .
2.2. Các phương pháp và thiết bị đo dòng điện
2.2.1. Các phương pháp đo dòng
-

Phương pháp đo trực tiếp:
Người ta dùng các dụng cụ đo dịng điện như ampemet, miliampemet,
SVTH: Nhóm 1
3

GVHD:

Đồ án Vi xử lý
microampemet … để đo dòng điện và đọc trực tiếp kết quả trên thang chia độ
dụng cụ đo.

-

Phương pháp đo gián tiếp:
Người ta có thể dùng vônmet đo điện áp rơi trên một điện trở mẫu,
thông qua tính tốn ta sẽ có dịng điện cần đo.

-

Phương pháp so sánh:
Người ta đo dòng điện bằng cách so sánh điện áp cần đo với điện áp
mẫu, chính xác. Ở trạng thái cân bằng của dòng cần đo và dòng mẫu sẽ đọc
được điện áp trên mẫu. Việc so sánh này có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp.

2.2.2. Một số thiết bị đo dòng điện
- Các ampemet xoay chiều:
Để đo dòng điện xoay chiều ở miền tần số công nghiệp ta thường dùng
các ampemet điện từ, điện động và sắt điện động.
Đo dòng điện ở miền tần số âm tần và có thể dùng nhiều thang đo khác
nhau, người ta thường dung ampe vòng từ điện chỉnh lưu. Ampe nhiệt điện
được dùng để đo dòng điện xoay chiều có tần số cao và siêu cao.
-

Ampemet điện từ:
Được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ. Mỗi cơ cấu chỉ thị điện từ
được chế tạo với số vòng nhất định (I.W). Với cơ cấu cuộn dây tròn thường
có I.W = 200A.vịng; cuộn dây dẹt có I.W = 100÷150A.vịng. Loại mạch từ
khép kín I.W = 50÷1000A.vịng. Như vậy để mở rộng thang đo của
ampemet điện từ chỉ cần thay đổi như thế nào để đảm bảo I.W = const.

-

Ampemet điện động:
Có hai loại sơ đồ ampemet điện động :

-

Khi đo dòng nhỏ hơn hoặc bằng 0,5A, người ta đấu nối tiếp cuộn
tĩnh và cuộn động (hình 2.2.a). Khi đó :
với I1 =I2= I;  = 0; cos = 1

-

Khi đo dòng lớn hơn 0,5A, người ta đấu cuộn tĩnh và cuộn động
song song với nhau, và mắc thêm các phần tử vào mỗi nhánh để bù sai

SVTH: Nhóm 1
4


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

số do tần số gây ra và để dòng trong hai cuộn dây đồng pha với nhau (hình
2.2. b).

SVTH: Nhóm 1
5


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

A1

B

a)

A1

A2

b)

A2
B

R1

L1

R2

L2

Hình 2.2.: Ampemét điện động
a) Đo I  0,5A b) Đo I  0,5A

Ví dụ: Cần đo dịng điện , có nguồn cung cấp 240V, cơng suất 20kW, hệ số công suất
0,8.
Hãy lựa chọn ampemet và BI cần sử dụng
a) Lựa chọn ampemét
Sử dụng ampe mét có thể đo được dịng điện lớn nhất từ 2 đến 20A.
b) Tính dịng điện
I=P/Ucos =20000/(240.0,8)=104A
c) Lựa chọn BI.
Vì dịng điện cần đo > 20A nên phải sử dụng biến dịng BI. Ta sử dụng
BI có tỷ số biến là 150/5. Từ đó ta thấy rằng có thể sử dụng ampemet có
thang đo 5A để đo dịng điện trên.
d) Mắc mạch đo như hình 2.3.

Hình 2.3: Sơ đồ mắc biến dịng và ampet vào mạch đo
2.3. Đo cơng suất tác dụng
Để đo công suất tác dụng một pha, ta mắcWattmet tác dụng một phần tử.
Cấu tạo: Wattmet tác dụng một phần tử được làm từ cơ cấu đo điện
động. Cuộn tĩnh của cơ cấu được mắc nối tiếp với phụ tải nên được gọi là
cuộn dòng của wattmet. Cuộn động của cơ cấu được mắc nối tiếp với một
điện trở phụ và được đấu song song với phụ tải nên cịn được gọi là cuộn
SVTH: Nhóm 1
6

GVHD:

Đồ án Vi xử lý
điện áp.
Nguyên lý làm việc:
Khi có dòng điện I1 chạy trong cuộn tĩnh và dòng I 2 chạy trong cuộn
động, thì góc quay của cơ cấu đo được xác định theo biểu thức
Trong đó:
và
RB là điện trở của cuộn động.

-Khi đo trong mạch xoay chiều:
Giả sử tải mang tính điện cảm, dịng điện chậm pha sau điện áp một góc
. Dịng điện trong cuộn áp chậm pha sau điện áp một góc . Ta có đồ thị
véc tơ như hình 2.4
Góc lệch pha giữa hai dịng cuộn tĩnh và động là:  =  - 
Góc quay của cơ cấu

Nếu chọn Rf lớn hơn rất nhiều so với cảm kháng của cuộn động thì  = 0, khi đó  = .
Ta có :

U
I2
I

Hình 2.4: Watmet tác dụng 1 phần tử
Chú ý:
Trên wattmet bao giờ cũng có các ký hiệu * đánh dấu các đầu cuộn dây
tĩnh và động gọi là đầu phát. Khi mắc mạch phải nối cácđầu có ký hiệu * với

nhau, nếu đấu sai wattmet sẽ quay ngược.
SVTH: Nhóm 1
7


GVHD:
-

Đồ án Vi xử lý
Để xác định được công suất mà wattmet chỉ, phải tính được hằng số

wattmet
Trong đó: Uđm, Iđm là điện áp và dòng điện lớn nhất ứng với thang đo
này m là số vạch lớn nhất trên thang đo.
Công suất trên wattmet là: P = CP.
-

Trong trường hợp tải có điện áp cao và dịng điện lớn, phải phối hợp biến áp

và biến dòng với wattmet để đo cơng suất cho tải (hình 2.5).Cuộn điện áp của wattmet
mắc cở hai đầu thứ cấp của biến áp, một đầu của cuộn thứ cấp và vỏ của biến áp được
nối với đất.

Hình 2.5: Wattmet phối hợp với BU ,BI
2.4. Đo công suất phản kháng
Công suất được định nghĩa như là phần năng lượng được chuyển qua
một bề mặt trong một đơn vị thời gian. Đối với mạch điện một chiều, công
suất, năng lượng mà mạch điện thực hiện chuyển đổi qua đường dây điện
trong một đơn vị thời gian, được tính bằng:

P  UI
Trong đó:
P là cơng suất
U là hiệu điện thế
I là cường độ dịng điện
SVTH: Nhóm 1
8


GVHD:

Đồ án Vi xử lý
Trong biểu đồ, P là công suất thực, Q là công suất phản kháng, độ dài
của S là cơng suất biểu kiến.
Im
Re
Q
S
Hình 2.6: Tam giác cơng suất
Công suất phản kháng Q là một khái niệm trong ngành kĩ thuật điện,
dùng để chỉ phần công suất điện được chuyển ngược về nguồn cung cấp
năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành
phần cảm kháng và dung kháng, được tạo ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện
thế u(t) và dòng điện i(t). Khi u(t), i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin thì Q =
U.I sin  , với U, I là giá trị hiệu dụng u(t), i(t); φ là pha lệch giữa u(t), i(t).
Công suất phản kháng Q là phần ảo của công suất biểu kiến S, S = P
+iQ.
Đơn vị đo Q là var (volt amperes reactive), 1 Kvar = 1000var.

SVTH: Nhóm 1

9


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1. Sơ đồ khối của đồng hồ đo

Hình 3.1: Sơ đồ khối của đồng hồ đo
Đồng hồ số gồm các khối như hình 3.1
- Vi điều khiển sử dụng trong hệ thống: Atmega 16.
- ADE 7753: Tích hợp ADC, mạch lọc, các bộ tích phân số…, thuật tốn đưa ra:
U, I, P, S trong các thanh ghi tương ứng.
- Đầu vào tương tự: Tải bóng đèn 40w, biến áp, biến dịng, mạch hệ thống.
- Modun Sim: Truyền tín hiệu tới điện thoại của người dùng.
- Bàn phím: Chức năng cài đặt của các thơng số.
- Màn hình LCD: Hiển thị các thông số.
3.2. Khối vi xử lý trung tâm
Tổng quan về Atmega 16
a.Cấu trúc chung của Atmega 16
Atmega16 là vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa
trên kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer). Với kiểu kiến
trúc này cho phép các lệnh thực thi trong một chu kỳ xung nhịp, vì thế tốc
độ xử lý dữ liệu có thể đạt 16 triệu lệnh trên giây ở tần số 16MHz. AVR
Atmega16 cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá mức độ tiêu thụ năng
lượng mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý.
Atmega16 có 32 thanh ghi làm việc đa năng. Toàn bộ 32 thanh ghi này
đều được nối trực tiếp với bộ xử lý số học logic ALU (Arithmetic Logic

SVTH: Nhóm 1
10


GVHD:

Đồ án Vi xử lý
Unit), cho phép truy nhập vào 2 thanh ghi độc lập trong một chu kỳ xung
nhịp. Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển
dạng CISC thông thường.
b. Các tính năng của Atmega16

Các tính năng:
- Được chế tạo theo kiến trúc RISC tiên tiến nên hiệu suất làm việc cao, điện
năng tiêu thụ thấp.
- Bộ lệnh gồm 131 lệnh, hầu hết đều thực thi chỉ trong một chu kỳ xung nhịp.
- 328 thanh ghi làm việc đa năng.
- Tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 16 triệu lệnh/s ở tần số 16Mhz.
- 16Kb Flash ROM lập trình ngay được trên hệ thống:
+ Giao tiếp nối tiếp cho phép lập trình ngay trên hệ thống.
+ Cho phép 10000 lần ghi/xoá.
- Bộ EEP ROM 512 bytes cho phép 100000 lần ghi/xoá.
- Bộ nhớ SRAM 1Kb.
- Bộ biến đổi ADC 8 kênh, 10 bits.
- 32 cổng I/O lập trình được.
- Bộ chuyển đổi nối tiếp đồng hồ vạn năng.
- Dải điện áp hoạt động: VCC = 4,55,5 (V).
- 2 bộ Timer/Counter 8 bits và 1 bộ Timer/Counter 16 bits với các chế độ làm
việc: so sánh, chia tần tách biệt và bắt mẫu.
- 2 kênh điều chế bề rộng xung PWM.

- Bộ đếm thời gian thực với bộ tạo dao động riêng.
- Hỗ trợ bộ truyền nhận UART lập trình được.
- Hỗ trợ giao diện truyền thơng SPI chủ/tớ.
- Hỗ trợ bộ định thời Watchdog với bộ tạo dao động riêng, cho phép lập trình
được và tự động reset khi treo máy.
- Hỗ trợ bộ so sánh tương tự.
- 6 chế độ ngủ: chế độ rỗi ( Idle ), chế độ tiết kiệm điện ( Power-Save ), chế độ
giảm nhiễu ADC (ADC Noise Reduction), chế độ chờ ( Standby), chế độ chờ mở rộng
( Extended Standby ) và chế độ giảm bớt điện năng ( Power-Down ).
Ưu điểm của việc sử dụng Atmega 16:
- Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng
AVR, thậm chí khơng cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạch anh).
- Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần
vài điện trở là có thể làm được. một số AVR cịn hỗ trợ lập trình on – chip bằng
bootloader không cần mạch nạp…
- Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.

SVTH: Nhóm 1
11


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

- Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trên
internet.
c. Sơ đồ chân của Atmega16

Hình 3.2: Sơ đồ chân của Atmega16

PORT A (từ chân 33 đến chân 40): Là 1 cổng 8 bít, chức năng của cổng
này ngồi vào ra thơng thường, cịn được tích hợp sẵn bộ chuyển đổi ADC
bên trong phục vụ mục đích chuyển đổi tương tự sang số.

SVTH: Nhóm 1
12


GVHD:

Đồ án Vi xử lý
Bảng 3.1: Các chân cổng A- ATMEGA16
Chân

Chức năng của các
chân

PA7

ADC7

PA6

ADC6

PA5

ADC5

PA4

ADC4

PA3

ADC3

PA2

ADC2

PA1

ADC1

PA0

ADC0

PORT B (từ chân 1 đến chân 8): Là 1 cổng 8 bít, cổng này ngồi chức
năng vào ra thơng thường, cịn được tích hợp sẵn các chức năng tạo xung, và
giao tiếp SPI như sau:
Bảng 3.2: Các chân cổng B- ATMEGA16
C
h
â
n

Chức năng của các chân

P
B
7

SCK (SPI Bus tạo xung dao động)

P
B
6

MISO (SPI Bus Master vào/Slave ra)

P
B
5

MOSI (SPI Bus Master ra/Slave vào)

P
B
4

SS (SPI Slave lựa chọn đầu vào)

P
B
3

AIN1(đầu vào lấy mẫu tương tự âm)
OC0 (Timer/Counter0 xung đầu ra )

SVTH: Nhóm 1
13


GVHD:

Đồ án Vi xử lý
P
B
2

INT2 (đầu vào của ngắt ngoài2 )

P
B
1

T1 (Timer/Counter1 xung đầu vào)

P
B
0

T0 (Timer/Counter0 xung đầu vào)
XCK1(USART1 External xung vào/ra)

PORT C (từ chân 22 đến chân 29): Là 1 cổng 8 bít, cổng này ngồi
chức năng vào ra thơng thường thì các chân có chức năng riêng sau:

SVTH: Nhóm 1
14


GVHD:

Đồ án Vi xử lý
Bảng 3.3: Các chân cổng C- ATMEGA16
hâ
n

Chức năng của các chân

C
7

TOSC2(chân 2 tạo dao động cho timer)

C
6

TOSC1(chân 1 tạo dao động cho timer)

C
5

TDI (JTAG test dữ liệu vào)

C
4

TDO (JTAG test dữ liệu ra)

C
3

TMS (JTAG test nhận mode)

C
2

TCK (JTAG test xung)

C
1
C
0

SDA (JTAG Tow- wire seiral bus data
input/output line)
SDC (JTAG Tow- wire seiral bus clock
line)

PORT D (từ chân 14 đến chân 21): Là 1 cổng 8 bít, cổng này ngồi
chức năng vào ra thơng thường thì các chân có chức năng riêng sau:
Bảng 3.4: Các chân cổng D- ATMEGA16
h
â
n

Chức năng của các chân

SVTH: Nhóm 1
15


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

D
7
D
6
D
5
D
4

OC2(chân tạo xung PWM cho
timer/courter2)
ICP (Timer/Counter1 chân đầu vào bắt
buộc)
OC1A(chân tạo xung PWM A cho
timer/courter1)
OC1B(chân tạo xung PWM B cho
timer/courter1)

D
3

INT1(đầu vào chân ngắt ngoài 1 )

D
2

INT0(đầu vào chân ngắt ngồi 0 )

D
1

TXD (UART truyền tín hiệu)

D
0

RXD (UART nhận tín hiệu)

- Chân nguồn Vcc (chân số 10 và chân số 30): Điện áp nguồn nuôi của
Atmega16 từ 4.5v đến 5.5v.
- Chân Reset (chân số 9): Nối vào đặt lại.
- Chân GND (chân số 11 và chân 31): Chân nối mass.
- Chân XTAL1, XTAL2 là hai chân nối thạch anh ngoài (chân số 12 và chân số
13). Atmega16 sử dụng thạch anh ngoài là 8MHz.
- Chân ICP (chân số 20): Là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu cho bộ định
thời/đếm 1.
- Chân OC1B (chân số 18): Là chân ra cho chức năng so sánh lối ra bộ định
thời/đếm 1.
- Chân INT1 (chân số 17): Chân ngõ vào ngắt.

SVTH: Nhóm 1
16


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

3.3. Khối tương tự
Chíp đo năng lượng điện chuyên dụng IC_ADE7753
a. Cấu trúc chân của ADE7753

Hình 3.3: Sơ đồ chân của ADE7753
Chức năng của ADE7753:
- IC ADE7753 có độ chính xác cao, tn theo tiêu chuẩn IEC61036 và
IEC1268.
- Tích hợp bộ tích phân số nối trực tiếp được với các sensor dòng đầu ra tỉ lệ
với
- Tính các giá trị cơng suất tiêu thụ, cơng suất phản kháng, công suất biểu
kiến, giá trị hiệu dụng của dịng điện, điện áp, lấy mẫu dạng sóng, với độ chính xác
nhỏ hơn 0.1%.
- Chế độ chỉ tích lũy năng lượng dương.
- Cho phép người dùng đặt mềm ngưỡng sụt áp, q điện áp, có khối quản lý
nguồn ni.
- Cho phép chỉnh định pha và độ lệch đầu vào.
- Có sensor đo nhiệt độ trên chip ().
- Chế độ truyền thông nối tiếp SPI.
- Chân yêu cầu ngắt và thanh ghi trạng thái ngắt.
- Có 2 ADC cấu trúc sigma-delta và DSP cho dữ liệu với độ chính xác cao
trong điều kiện môi trường và thời gian biến động mạnh.

- Điện áp chuẩn 2.4V, cho đưa ra ngồi.
- Nguồn ni 5V, cơng suất thấp (25mW).

SVTH: Nhóm 1
17


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

Hình 3.4: Sơ đồ khối cấu trúc ADE7753

SVTH: Nhóm 1
18


GVHD:

Đồ án Vi xử lý

Bảng 3.5: Bảng mô tả chức năng các chân ADE 7753
T
ê
n

Châ
n

Nhiệm vụ

Thiết lập lại toàn bộ trạng thái làm việc của
ADE7753

DVDD

Cung cấp nguồn điện dạng số cho các mạch
số trong ADE7753 điện áp cần được duy trì
5V± 5%, chân này cần được tách riêng với chân
DGND bằng tụ gốm 10 mắc song song.

AVDD

Cung cấp nguồn điện tương tự cho các
mạch số trong ADE7753 điện áp cần được duy
trì 5V± 5% chân này cần được tách riêng với
chân DGND bằng tụ gốm 10 mắc song song.

V1P,V1N

Đầu vào tương tự cung cấp cho kênh 1. Kênh
này được thiết kế để sử dụng với bộ vi phân biến
đổi dòng như là cuộn Rogowski, hay các cảm
biến dòng điện khác như điện trở Shunt hoặc các
máy biến dòng (CT).Các đầu vào này hoàn toàn
là điện áp vi sai,các đầu vào với tín hiệu vào vi
sai cực đại ở các mức ± 0.5V, ± 0.25V và ±
0.125V phụ thuộc vào quy mơ lựa chọn. Kênh 1
cũng có một hệ số khuếch đại PGA với các mức:
1, 2, 4, 8 hoặc 16. Mức tín hiệu tối đa tại các chốt
đối với AGND là ± 0.5V.

V2P,V2N

Đầu vào tương tự cho kênh 2. Kênh này
được thiết kế để sử dụng với máy biến áp. Những
đầu vào này hoàn toàn là điện áp vi sai. Những
đầu vào với tín hiệu vào vi sai cực đại ở mức ±
0.5V. Kênh 2 cũng có một PGA với các lựa chọn
như 1, 2, 4, 8 hoặc 16. Mức tín hiệu tối đa tại các
chốt đối với AGND là ± 0.5V.Cả hai yếu tố đầu
vào đều có mạch nội bộ bảo vệ ESD, và một quá
áp bằng ± 6V có thể được duy trì trên các yếu tố
đầu vào mà khơng có nguy cơ bị hại tới mạch

8

AGND

Chân này cung cấp chân đất chuẩn cho các
mạch tương tự trong ADE7753 tương tự trong
các ADC và các thiết bị chuẩn.Chân này cần
được nối với mặt phẳng tiếp đất hoặc mặt đất
tham chiếu trong hệ thống….

9

REF i/o

Chân này cung cấp sự truy nhập tới chuẩn

4,5

6,7

SVTH: Nhóm 1
19


GVHD:

Đồ án Vi xử lý
điện áp trên chíp. Các tham chiếu trên chip có giá
trị định mức là 2.4V ± 8% và 1 hệ số nhiệt độ
thông thường 20ppm / ° C. Một nguồn tham
chiếu bên ngồi cũng có thể được kết nối tại chân
này. Trong cả hai trường hợp chân này nên được
cách li với AGND bằng một tụ điện gốm 1μF.

10

11

12

DGND

Chân này cung cấp chân đất chuẩn cho các
mạch kỹ thuật số trong ADE7753 cũng như trong
các bộ nhân, các bộ lọc và bộ chuyển đổi từ số
sang tần số. Bởi vì dịng dị dạng số trong

ADE7753 nhỏ, nên nó được chấp nhận để kết nối
chân này cho mặt đất của hệ thống.Tuy nhiên,
điện dung cao trên DOUT có thể gây nhiễu dịng
điện số có thể ảnh hưởng đến hiệu suất.

CF

Hiệu chuẩn tần số logic đầu ra. Giá trị logic
đầu ra của CF cung cấp hoạt thông tin về công
suất hữu công.Đầu ra này được định để sử dụng
(cho) những mục đích hoạt động và xác định
kích cỡ. Tần số đầu ra thật có thể được điều chỉnh
bằng việc lập trình cho 2 thanh ghi CFDEN và
CFNUM.

ZX

Đầu ra của điểm về khơng của điện áp dạng
sóng. Đầu ra này lật trạng thái bit cao và thấp tại
qua của điểm về khơng của tín hiệu vi phân trên
Kênh 2.

13

Lơgic rãnh mở đầu ra này được tích cực thấp
khi khơng có điểm về khơng được phát hiện hoặc
điện áp ngưỡng thấp (Channel 2) vượt qua cho
một thời hạn quy định.

14

Yêu cầu ngắt đầu ra. Đây là một đầu ra lôgic
rãnh mở tích cực thấp. Các ngắt có thể che bao
gồm: thanh ghi năng lượng hữu công cuộn ngang,
thanh ghi năng lượng hữu công tại nửa mức, và
sự tới của những mẫu sóng mới.

15,16

CLKIN,
CLKOUT

Chip Select.Một trong 4 phần của dây SPI
Serial Interface (giao tiếp nối tiếp). Đầu vào tích
cực thấp này cho phép ADE chia sẻ nối tiếp bus
với các thiết bị khác.

17
18

Là 2 đầu vào của thạch anh 3.58 Mh

SCLK

Xung đầu vào nối tiếp cho giao diện nối tiếp

SVTH: Nhóm 1
20