基于單片機(jī)的智能 IC 卡電表設(shè)計(jì)(硬件系統(tǒng))畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

《基于單片機(jī)的智能 IC 卡電表設(shè)計(jì)(硬件系統(tǒng))畢業(yè)設(shè)計(jì)論文》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于單片機(jī)的智能 IC 卡電表設(shè)計(jì)(硬件系統(tǒng))畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（41頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 南 昌 工 程 學(xué) 院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) (論論 文文)信息工程學(xué)院 系（院） 電子信息工程 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于單片機(jī)的智能 IC 卡電表設(shè)計(jì)(硬件系統(tǒng))學(xué)生姓名 某某某 班 級(jí) 09 電子信息工程 學(xué) 號(hào) 2009100234 指導(dǎo)教師 歐陽(yáng)瑾完成日期 2013 年 5 月 20 日基于單片機(jī)的智能基于單片機(jī)的智能 ICIC 卡電表設(shè)計(jì)卡電表設(shè)計(jì)( (硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)) )The Design of Intelligent IC Card Meter Based on Single Chip Microcomputer（Hardware System）總計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

2、 32 頁(yè) 表 格 2 個(gè)插 圖 22 幅南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)I摘 要電表是我國(guó)電工儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品，隨著高新技術(shù)尤其是電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子式、多功能、高精度、多費(fèi)率、自動(dòng)抄表等產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)突顯，且已經(jīng)逐步成為電表發(fā)展的主流。智能電表具有數(shù)據(jù)的保護(hù)，報(bào)警功能，斷電的顯示，負(fù)荷的控制，防竊電功能，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)等功能，從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件，隨著智能化電表的發(fā)展，將最終取代傳統(tǒng)電表在用戶中的使用。本文主要應(yīng)用 IC 卡單元，89C51 單片機(jī)，LED 顯示器等各個(gè)單元來(lái)完成費(fèi)率的計(jì)算，數(shù)據(jù)的顯示，報(bào)警，使電表實(shí)

3、現(xiàn)智能化。并根據(jù)階梯電價(jià)計(jì)算出卡內(nèi)電費(fèi)剩余等情況，自動(dòng)報(bào)警功能用蜂鳴器進(jìn)行模擬，并通過(guò)四個(gè)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)顯示的切換以及電價(jià)的調(diào)整功能，IC 卡采用西門(mén)子公司的 SLE4442 卡，可實(shí)現(xiàn)邏輯加密，可反復(fù)讀寫(xiě)，卡內(nèi)數(shù)據(jù)保密性好。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：智能化電表 89C51 單片機(jī) 電能計(jì)量南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)AbstractMeter is one of the largest product output in electrical instrumentation industry in China, with the rapid development of high and new tec

4、hnology especially electronic information technology, electronic, multi-function, high accuracy and rate, the advantage of automatic meter reading and other products, and has gradually become the mainstream of instrument development.smart meter data protection, alarm functions, and the display of po

5、wer, load control, preventing electricity-stolen, remote meter reading system, and other functions, ranging from measurement to data processing adopts integrated circuit as the core of electronic devices, and cancelled the meters on the long-term use of mechanical parts, with the development of the

6、intelligent electric meter, will eventually replace the traditional electric meter used in the user. This paper application of IC card unit, 89 c51, LED displays, and other units to complete the rate calculation, data display, alarm, intelligent electric meter to realize. And according to the ladder

7、 electricity price to calculate the surplus electricity, and so on and so forth, inside of the card, to simulate the automatic alarm function with a buzzer and implementation by four keyboard display switch and electricity price adjustment function, using Siemens SLE4442 card IC card, which can real

8、ize the logical encryption, can be repeatedly read and write, Kane data confidentiality. Keywords: Intelligent electric meter;89C51;Electricity measurement.南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目 錄摘 要.IABSTRACT.II第一章 引 言.11.1 智能電表應(yīng)用的意義.11.2 智能電表的發(fā)展.1第二章 總體方案設(shè)計(jì).32.1 方案比較.32.2 方案選擇.6第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì).73.1 器件介紹.73.1.1 AT89C51

9、 單片機(jī).73.1.2 ADE7758.73.1.3 DS12887.93.1.4 LCD1602.103.1.5 SLE4442.123.2 單元模塊設(shè)計(jì).123.2.1 電源模塊電路.123.2.2 信號(hào)采集電路.143.2.3 計(jì)量模塊.153.2.4 時(shí)鐘及 LCD 顯示模塊.163.2.5 接觸式 IC 卡模塊.18第四章 軟件設(shè)計(jì).20南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)4.1 主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖及說(shuō)明.204.2 主要芯片讀寫(xiě)程序設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)工具.21第五章 仿真調(diào)試.26結(jié)語(yǔ).28參考文獻(xiàn).29致謝.31附錄 電路圖.32南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第一章 引 言電表是我國(guó)電工

10、儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。近幾年，國(guó)家連續(xù)出臺(tái)的多項(xiàng)與電表行業(yè)發(fā)展相關(guān)的政策以及房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，為電表需求的上升及保持行業(yè)發(fā)展的相對(duì)穩(wěn)定起到了一定的保障作用。 隨著高新技術(shù)尤其是電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子式、多功能、高精度、多費(fèi)率、自動(dòng)抄表等產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)突顯，且已經(jīng)逐步成為電能表發(fā)展的主流，在未來(lái)幾年里，這種趨勢(shì)將更加明顯。城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，使電工儀器儀表行業(yè)步入了快速發(fā)展的軌道，同時(shí)也為行業(yè)企業(yè)提供了一個(gè)科技創(chuàng)新的平臺(tái)，電工儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)抓住機(jī)遇，通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的兼收并蓄，并高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)自主開(kāi)發(fā)了一系列高技術(shù)產(chǎn)品。因此研究本課題具有重要的實(shí)用意義。1.11.1 智能電表應(yīng)用的意義智

11、能電表應(yīng)用的意義目前，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始大面積推廣并使用智能電表，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電價(jià)分時(shí)，階梯的統(tǒng)計(jì)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量激增，對(duì)于電能的管理顯得尤為的重要。在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，電能已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的能源資源，我國(guó)電力事業(yè)在改革開(kāi)放的 30 年中，發(fā)展極為迅猛，所以相應(yīng)的電能計(jì)量?jī)x表制造業(yè)的進(jìn)步也必須與之相適應(yīng)，這對(duì)于電力事業(yè)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)穩(wěn)定，健康的發(fā)展有著極其重要的意義。新型智能電表不僅具有傳統(tǒng)電表的功能，還能對(duì)用戶的用電情況進(jìn)行管理和控制，并且相比于傳統(tǒng)電表的機(jī)械式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有機(jī)械摩擦，大大的提高了準(zhǔn)確度和靈敏度，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊和控制，具有較高

12、的性能價(jià)格比，適合我國(guó)國(guó)情，有廣泛的引用價(jià)值。智能電表利用微機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)等等，減少了能量的消耗，把采集，處理集中于一體，節(jié)省成本和人力資源，提高了工作效率，適應(yīng)了現(xiàn)代用戶的需求。1.21.2 智能電表的發(fā)展智能電表的發(fā)展智能電表是在電子式電表的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家于 20 世紀(jì) 70 年代研發(fā)并開(kāi)始使用，經(jīng)過(guò) 30 多年的不斷發(fā)展，歐美國(guó)家不斷對(duì)智能電表技術(shù)進(jìn)行革新，功能日趨完善。智能化電表，大體上可分為兩種類型：帶有微處理器的機(jī)電式和全電子式。機(jī)電式借用原感應(yīng)式電表的機(jī)芯，通過(guò)光電傳感器讀取轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)測(cè)量用戶的用電量，如磁卡式電表、電卡式電表、IC 卡電表等；而全電子式電表則采用

13、電壓電流隔離方式，進(jìn)第一章 引言行 AD 轉(zhuǎn)換，將采樣值相乘并累計(jì)計(jì)算用戶的用電量。機(jī)電式智能電表成本較低，主要用于單相電表，適合于居民用戶使用。全電子式電表主要用于三相電計(jì)費(fèi)，針對(duì)企業(yè)應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，應(yīng)選擇配有通信接口的智能電表，通常有 RS485、RS232、CAN 總線收發(fā)器或紅外等幾種接口形式。目前，我國(guó)的智能電表也可大致分為機(jī)電一體式和全電子式兩種，機(jī)電一體式即在原有機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上附加一定的電子元件，從而達(dá)到所需的功能要求，安裝簡(jiǎn)潔，多用在老實(shí)機(jī)械表的改裝，成本低。全電子式則是采用集成電路為核心，取消了老式電表的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少了機(jī)械摩擦，使得計(jì)價(jià)更加準(zhǔn)確，可靠性高，耗

14、電少，體積小。在收費(fèi)系統(tǒng)方面，目前國(guó)內(nèi)上使用最為廣泛的為 IC 卡電表收費(fèi)，成本低，可靠性好，且使用壽命長(zhǎng)，一張 IC 卡基本可使用 10 年以上，且可實(shí)現(xiàn)，預(yù)收費(fèi)，自動(dòng)斷電，加密等多種功能，但是 IC 卡收費(fèi)系統(tǒng)也存在很大的缺陷，用戶終端仍然與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)脫節(jié)從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看電力部門(mén)先收費(fèi)后送電不符合經(jīng)濟(jì)政策,可以說(shuō)在一定程序上侵犯了用戶的利益。隨著我國(guó)提出發(fā)展智能堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的提出，為我國(guó)電網(wǎng)設(shè)施的發(fā)展提供了機(jī)遇，未來(lái)，智能儀器儀表將向著數(shù)字化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化，微型化的趨勢(shì)發(fā)展，并進(jìn)一步與微處理器，PC 技術(shù)融合，使儀器儀表技術(shù)的數(shù)字化，智能化水平不斷提高。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第二章 總

15、體方案設(shè)計(jì)本電表采用分時(shí)計(jì)費(fèi)原則，將電壓，電流等參數(shù)進(jìn)行采集，并輸入微處理器，進(jìn)行運(yùn)算，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能的準(zhǔn)確計(jì)量和控制。因此我們可以采用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能IC 卡電表，采用低功耗設(shè)計(jì)，正常工作時(shí)關(guān)閉顯示功能，當(dāng)有 IC 卡插入時(shí)輪流顯示當(dāng)前的用戶信息。系統(tǒng)主要功能包括：(1)預(yù)付費(fèi)功能：通過(guò) IC 卡實(shí)現(xiàn)先付費(fèi)后用電。(2)電量報(bào)警功能：當(dāng)電能表剩余電量低于告警電量時(shí)，通過(guò)報(bào)警指示燈和蜂鳴器告警。(3)電能計(jì)量功能：配合感應(yīng)電表及計(jì)量芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的計(jì)量。(4)保密功能：通過(guò) IC 卡加密，實(shí)現(xiàn) IC 卡與電能表的唯一對(duì)應(yīng)，可以嚴(yán)格有效地防止偽造和復(fù)制 IC 卡的行為，在一定程度上便于電力

16、部門(mén)的管理與監(jiān)督。(5)自動(dòng)復(fù)位功能：當(dāng)電能表受到干擾程序跑飛時(shí)，通過(guò)看門(mén)狗電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。(6)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)與顯示功能：用戶數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在 EEPROM 中。通過(guò) LCD 顯示當(dāng)前用戶數(shù)據(jù)。2.12.1 方案比較方案比較智能電表的設(shè)計(jì)，是基于對(duì)用戶電壓電流信號(hào)進(jìn)行采集，并通過(guò)微處理器進(jìn)行核心運(yùn)算，當(dāng)電壓電流信號(hào)通過(guò)采集以后，通過(guò)高精度的 A/D 采樣保持，最終輸入微處理器，另一方面，通過(guò) IC 卡座實(shí)現(xiàn)對(duì) IC 卡內(nèi)部金額的讀取，輸入單片機(jī)，并且要求通過(guò)功率和電費(fèi)的計(jì)算，進(jìn)行顯示與報(bào)警。對(duì)于電力參數(shù)的測(cè)試，例如電壓，電流，有功功率，無(wú)功功率，視在功率等，現(xiàn)在都有成熟的測(cè)量計(jì)算方法，對(duì)于

17、電壓有效值的測(cè)量，可以利用積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以利用時(shí)間采樣信號(hào)，將信號(hào)值平方，去均值以后，得到平方根，通過(guò) A/D，進(jìn)行采樣，有功功率定義為： UICOSP （2.1）第二章 總體方案設(shè)計(jì)其中和為電壓和電流的有效值，為功率因數(shù)。而對(duì)于非正弦波形的計(jì)算，UICOS只有通過(guò)積分運(yùn)算來(lái)完成。方案一：信號(hào)采集信號(hào)濾波A/D 轉(zhuǎn)換微處理器LCD 顯示報(bào)警鍵盤(pán)控制IC 卡圖 2.1 方案一 在本設(shè)計(jì)方案中，核心器件為微處理器，這里我們選用是 AT89C51 單片機(jī)，當(dāng)信號(hào)采樣后通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換，送入微處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，智能電表的實(shí)現(xiàn)必須對(duì)用戶的功率進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，在信號(hào)采集模塊中，通過(guò)電壓

18、互感器和電流互感器，對(duì)用戶的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采集，微處理器進(jìn)行功率和電費(fèi)的計(jì)算，可通過(guò) LCD 顯示，并可以通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)分時(shí)電價(jià)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)顯示的轉(zhuǎn)換和調(diào)整，并運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)分時(shí)的控制。但是此設(shè)計(jì)有諸多缺陷，首先，在信號(hào)采集方面，由于智能電表對(duì)于功率的計(jì)算，如果單純的使用單片機(jī)，會(huì)造成功率計(jì)算不準(zhǔn)確，如果要提高計(jì)算的精度，對(duì)于信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換就必須采用高精度期間，成本費(fèi)用增加，其次即便使用了高精度的 A/D，在功率計(jì)算，補(bǔ)償方面的程序也想當(dāng)麻煩，再則，由于使用分時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，只用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行粗略的計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的時(shí)間誤差比較大，長(zhǎng)時(shí)間的使用下會(huì)導(dǎo)致計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確，

19、而使得電費(fèi)的計(jì)算出現(xiàn)比較大的誤差。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)軟件系統(tǒng)方面，其核心則是編寫(xiě)功率計(jì)算程序和 A/D 采樣程序，并通過(guò)鍵盤(pán)掃描的實(shí)現(xiàn)顯示的切換。方案二：信號(hào)采集ADE7758處理器鍵盤(pán)輸入信號(hào)濾波LCD 顯示報(bào)警警時(shí)鐘芯片 IC 卡圖 2.2 方案二本方案的設(shè)計(jì)思路與方案一大致相同，選用 AT89C51 單片機(jī)作為微處理器，通過(guò)電壓傳感器，電流傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的電壓和電流信息的采集，并在單片機(jī)中進(jìn)行電價(jià)的計(jì)算，與方案一的不同之處在于，方案二中功率計(jì)算部分和 A/D 轉(zhuǎn)換采集部分被一塊電能計(jì)量芯片 ADE7758 進(jìn)行代替，該芯片是以一款高準(zhǔn)確度的三相電能采集芯片，適用于計(jì)量各種

20、三相，單項(xiàng)配置條件下的有功，無(wú)功，視在電能?？墒∪ジ呔?A/D 的費(fèi)用的同時(shí)，也可以減少單片機(jī)內(nèi)部處理功率的步驟，轉(zhuǎn)而由 ADE7758 完成。同時(shí)，由于該智能電表采用分時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，方案二中特別采用一塊時(shí)鐘芯片以提高對(duì)于時(shí)間的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確程度，以確保該電表可以準(zhǔn)確計(jì)費(fèi)，同時(shí)，由于時(shí)鐘芯片本身集成有微型電池，可以在斷電的情況下繼續(xù)運(yùn)行，保證了在智能電表斷電的同時(shí)，計(jì)時(shí)系統(tǒng)不至于停止工作。在方案二中，由 ADE7758 進(jìn)行功率的計(jì)算并進(jìn)行校準(zhǔn)，在該芯片中，通過(guò)每相有功增益寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，可對(duì)輸出產(chǎn)生的平均功率經(jīng)行改變，該芯片中在每個(gè)相位集成了一個(gè)有功偏移寄存器，該寄存器為 12 位寄存器，用以對(duì)有

21、功功率經(jīng)行校準(zhǔn)，由于實(shí)際電第二章 總體方案設(shè)計(jì)路的工作環(huán)境的復(fù)雜和多變，以及芯片本身制造工藝和各通道之間經(jīng)行的干擾，都會(huì)造成誤差的產(chǎn)生，有功功率寄存器的一個(gè) LSB 相當(dāng)于有功功率乘法器輸出的 LSB 的 1/16。在滿刻度輸出時(shí)，如果乘法器的輸出為 XCCCCS（838861d） ，LPF2 輸出端的 1 個(gè) LSB 相當(dāng)于在電流通道滿刻度60dB 計(jì)量誤差的 0.0075。在滿刻度時(shí)，60dB（輸入信號(hào)級(jí)別為滿刻度信號(hào)輸入的 1/1000） ，LPF2 的平均數(shù)值為 838.861 (838,861/1,000)。LSB1/838.861/16100% = 測(cè)量值的 0.0075% 。有功

22、功率偏移寄存器修正分辨率為0.0075% （ 60 dB） 。另外 ADE7758 的各相有擁有一個(gè)空載閥值，如果有功公功率的測(cè)量值低于滿刻度的0.005%，則該值不會(huì)被累加，有效的避免了電表的淺動(dòng)。ADE7758 通過(guò) 41 個(gè)電能寄存器連續(xù)累加有功功率以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的積分作用，這種離散的累加作用就相當(dāng)于連續(xù)時(shí)間的積分作用，平均有功功率的計(jì)算時(shí)，是有符號(hào)運(yùn)算的，負(fù)電能將會(huì)在有功功率寄存器中被扣除。當(dāng)有功功率為正，且達(dá)到最大值時(shí)，有功功率的數(shù)值將反轉(zhuǎn)到達(dá)滿刻度的負(fù)值0X800，并繼續(xù)增加，當(dāng)有功功率為負(fù)值，且持續(xù)減小到達(dá)最小時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為正的對(duì)大刻度 0X7FFF，并繼續(xù)降低。在軟件系統(tǒng)上，該方

23、案與方案一的區(qū)別在于，重點(diǎn)在對(duì)于 ADE7738 和 DS12887 兩塊芯片的讀寫(xiě)程序的書(shū)寫(xiě)，雖然在硬件的搭建上降低了難度，但是在程序書(shū)寫(xiě)上難度有所增加。 2.22.2 方案選擇方案選擇通過(guò)對(duì)以上兩種方案的具體描述和對(duì)比，對(duì)他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)有了一定的了解。要完成對(duì)于電費(fèi)的準(zhǔn)確計(jì)算，并綜合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)成本及可行性進(jìn)行考慮，最終選擇了方案二為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終設(shè)計(jì)方案。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)只有各個(gè)系統(tǒng)單元模塊的有機(jī)結(jié)合，才可以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。下面將介紹本次設(shè)計(jì)中使用的一些特殊器件和具體的各功能模塊電路組成。3.13.1 器件介紹器件介紹3.1.1 A

24、T89C51 單片機(jī)本設(shè)計(jì)采用低功耗，高性能的 AT89C51 單片機(jī), AT89 系列單片機(jī)（簡(jiǎn)稱 89 系列單片機(jī)）是 ATMEL 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)。這個(gè)系列單片機(jī)最吸引人的特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器， AT89C51 的單片機(jī)是一種低功耗，高性能的含有 4K 字節(jié)快擦寫(xiě)可編程擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPORM）的 8 位 CMOS 單片機(jī)，時(shí)鐘頻率高達(dá) 24MHZ，與8086 的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的 EEPROM 允許在線（5V）電才擦除，點(diǎn)寫(xiě)入或采用通用的非易失存儲(chǔ)器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。此外， AT89C51 還支持由軟件選擇的二種掉電工作方式。非

25、常適用于電池供電或其他要求低功耗的場(chǎng)合。由于芯片內(nèi)的 4程序存儲(chǔ)器可在線或用編程器重復(fù)編程，因此它有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式和需要特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。圖 3.1 AT89C51 和 AT89C2051 管腳圖3.1.2 ADE7758ADE7758 是一款高精度的電能計(jì)量芯片，具有高準(zhǔn)確度，適用于三相/三線，三相/四線和其他各種三相系統(tǒng)，該芯片通過(guò) SPI 數(shù)據(jù)串行接口和單片機(jī)進(jìn)行連接，模擬電源端第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)（AVDD）=數(shù)字電源（DVDD）=5V5%,模擬地端（AGND）=數(shù)字地（DGND） = 0 V, 使用片內(nèi)基準(zhǔn)源,CLKIN =10 MH

26、z XTAL,溫度范圍為40C 至+85C3。ADE7758 的管腳圖如下圖所示：圖 3.2 ADE7758 管腳圖ADE7758 通過(guò) SPI 串口讀寫(xiě)時(shí)序圖：圖 3.3 ADE7758 寫(xiě)時(shí)序南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖 3.4 ADE7758 讀時(shí)序3.1.3 DS12887DS12887 為一款時(shí)鐘芯片，該器件可以提供 RTC/日歷，鬧鐘，三個(gè)可屏蔽中斷和一個(gè)可編程方波以及一個(gè) 114 字節(jié)的 RAM，此 RAM 有電池備份，不會(huì)導(dǎo)致斷電后時(shí)鐘停止的現(xiàn)象，該器件把石英晶體和電池集成在了一起，少于 31 天的月份月末日期可自動(dòng)調(diào)整，其中包括閏年補(bǔ)償，該芯片還有一個(gè)精密的溫度補(bǔ)償電路

27、用來(lái)監(jiān)視 VCC 的狀態(tài)，如果檢測(cè)到主電源故障可自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用供電，該芯片接口支持 Intel 和 Motorola 兩種模式，在本次設(shè)計(jì)中，采用的是 Intel 模式，具體讀寫(xiě)時(shí)序圖如下：圖 3.5 DS12887 寫(xiě)時(shí)序第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)圖 3.6 DS12887 讀時(shí)序3.1.4 LCD1602LCD1602 是一款工業(yè)字符型液晶顯示屏，能夠同時(shí)顯示 32 個(gè)字符，內(nèi)部帶有 80*8位的內(nèi)部 RAM 緩沖區(qū)，可顯示阿拉伯?dāng)?shù)字，引文字母大小寫(xiě)，常用符號(hào)和日文的片假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，在本次設(shè)計(jì)中，可以通過(guò) LCD 顯示萬(wàn)年歷，分時(shí)電價(jià)，剩余金額等數(shù)據(jù)信息，可以通

28、過(guò)鍵盤(pán)來(lái)切換顯示。部分主要指令說(shuō)明如下：表 3.1 LCD1602 指令碼指令碼功能00111000設(shè)置 16*2 顯示，5*7 點(diǎn)陣，8 位數(shù)據(jù)接口00001DCBD=1 開(kāi)顯示；D=0 關(guān)顯示C=1 顯示光標(biāo)；C=0 不顯示光標(biāo)B=1 光標(biāo)閃爍；B=0 光標(biāo)不閃爍南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)000000NSN=1 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址加一，光標(biāo)加一N=0 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址減一，光標(biāo)減一S=1 當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0） ，以得到屏幕移動(dòng)光標(biāo)不移動(dòng)的效果S=0 當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng)80H+地址碼設(shè)置地址數(shù)據(jù)指針01H顯示清屏：所有指針清零，所有顯

29、示清零02H顯示回車(chē)：數(shù)據(jù)指針清零LCD1602 讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序如下圖所示：圖 3.7 1602 讀數(shù)據(jù)時(shí)序第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)圖 3.8 1602 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序3.1.5 SLE4442SLE4442 是德國(guó)西門(mén)子公司的接觸式加密型 IC 卡，接口電路簡(jiǎn)單，編程方便，保密性好，其內(nèi)部用于一個(gè) 256*8 位的 EEPROM 主存儲(chǔ)器，另其還含有一個(gè)帶有 PROM 功能的保護(hù)存儲(chǔ)器，可進(jìn)行加密處理，工作溫度范圍在 070，至少可擦寫(xiě) 10 萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)保存期最少為 10 年，工作電壓為 5V。對(duì) IC 卡操作的命令分為控制，地址，數(shù)據(jù)三個(gè)部分，傳送從控制字節(jié) LSB 開(kāi)始，其具體命令如

30、下面所示：表 3.2 IC 卡命令格式及功能字節(jié) 1字節(jié) 2字節(jié) 3控制地址數(shù)據(jù)操作00110000輸入地址無(wú)效讀主存儲(chǔ)器00111000輸入地址輸入數(shù)據(jù)升級(jí)主存儲(chǔ)器00110100無(wú)效無(wú)效讀保護(hù)存儲(chǔ)器00111100輸入地址輸入數(shù)據(jù)寫(xiě)保護(hù)存儲(chǔ)器00110001無(wú)效無(wú)效讀加密存儲(chǔ)器00111001輸入地址輸入數(shù)據(jù)升級(jí)加密存儲(chǔ)器00110011輸入地址輸入數(shù)據(jù)比較數(shù)據(jù)校驗(yàn)3.23.2 單元模塊設(shè)計(jì)單元模塊設(shè)計(jì)3.2.1 電源模塊電路電源模塊電路從電網(wǎng) 220V 電壓作為輸入，通過(guò)該電路后，輸出端輸出大小為 5V 的電壓，作為單片機(jī)及其他芯片的 VCC 電源，具體的電路圖如下圖所示：南昌工程學(xué)院本

31、科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)T3TRANS 11234D1B RIDGE1C 10100ufC 110.01ufVin1GND2Vout3U278L05C 120.01ufR 61kVCC12J3C ON2圖 3.9 電源接線圖如圖 3.9 所示為電壓模塊的電路圖，該模塊以電網(wǎng) 220 交流電作為輸入，通過(guò)整流橋整流后，再經(jīng)過(guò)濾波，最后通過(guò)一塊 78L05 穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，得到一個(gè)穩(wěn)定的 5V 電源，78L05 的輸出電流可達(dá)到 100mA，無(wú)需外接元件，內(nèi)部本身帶有熱過(guò)載保護(hù)，自帶內(nèi)部短路電流限制。該模塊的仿真電路如下圖所示：TR1TRAN-2P2SC32200uFC40.01uFVI1VO3GND

32、2U27805C50.01uFRV11kVolts+5.00D11N4007D21N4007D31N4007D41N4007圖 3.10 電源仿真圖圖 3.10 為該電源電路的仿真效果圖，可以看到，該模塊可以很好的工作得到一個(gè)穩(wěn)定的 5V 的電源。第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)3.2.2 信號(hào)采集電路本次設(shè)計(jì)為智能電表，所以要對(duì)用戶的電壓和電流都進(jìn)行采樣，再通過(guò) ADE7758 芯片來(lái)得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的功率值并輸入單片機(jī)中，因此電流和電壓的采集電路分別如下圖所示：圖 3.11 采集電路圖 3.11 為電流和電壓的采集電路，在電流采集電路中，通過(guò)將電流互感器 TA32BM串聯(lián)到用戶電路中，以采集

33、用戶的電流信息，TA32BM 額定輸入輸出為 5A/2.5mA,通過(guò)電流互感器將大電流轉(zhuǎn)換到 ADE7758 可以接受的小電流范圍內(nèi)，然后通過(guò)濾波降低信號(hào)的干擾，最終輸入芯片，在電壓采集電路中，通過(guò)將電壓互感器 TV31B-02 并聯(lián)到用戶的負(fù)載上，采集用戶的電壓信息，TV31B-02 是一款電流型電壓互感器，額定電流是2mA/2mA,所以要在電壓互感器的緣邊串聯(lián)一個(gè) 51K 的電阻來(lái)降低互感器原邊的電流值到可承受的范圍，最后通過(guò) RC 電路濾波后，得到一個(gè)近似 0.5V 的電壓以輸入到 ADE7758南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)芯片，和前面的電流值一起，計(jì)算出用戶的功率。電壓互感器相當(dāng)于

34、一個(gè)內(nèi)阻很小的電壓源，正常運(yùn)行時(shí)它的負(fù)載阻抗會(huì)很大，相當(dāng)于開(kāi)路狀態(tài)，二次側(cè)只有很小的電流，當(dāng)二次側(cè)短路時(shí)，負(fù)載阻抗為零，將產(chǎn)生很大的短路電流，會(huì)將電壓互感器燒壞。因此，電壓互感器二次側(cè)嚴(yán)禁短路。電流互感器在正常運(yùn)行時(shí)，二次電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)對(duì)一次電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)起去磁作用，勵(lì)磁電流很小，鐵芯中的總磁通就很小，二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不會(huì)超過(guò)幾十伏。如果二次側(cè)開(kāi)路，二次電流的去磁作用消失，其一次電流完全變?yōu)閯?lì)磁電流，會(huì)引起鐵芯內(nèi)磁通劇增，鐵芯處于高度飽和狀態(tài)，加之二次繞組的匝數(shù)很多，就會(huì)在二次繞組兩端產(chǎn)生很高甚至可達(dá)數(shù)千伏的電壓，不但可能損壞二次繞組的絕緣，再者，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，使鐵芯損耗增大，嚴(yán)

35、重發(fā)熱，甚至可能燒壞絕緣。3.2.3 計(jì)量模塊計(jì)量模塊的核心是通過(guò)一塊 ADE7758 芯片來(lái)完成，通過(guò)信號(hào)采集電路，將變換后的電壓電流信號(hào)輸入到該芯片，ADE7758 是一款高準(zhǔn)確度的三相電能計(jì)量芯片，帶有兩路脈沖輸出功能和一個(gè)串行接口。ADE7758 集成了二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 數(shù)字積分器，基準(zhǔn)電路，溫度傳感器，以及所有進(jìn)行有功，無(wú)功和視在電能計(jì)量以及有效值計(jì)量所需的信號(hào)處理元件。第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)A PC F1D GN D2D VD D3A VD D4IA P5IA N6IB P7IB N8IC P9IC N10A GN D11R EF12D OU T13S C L K14D I

36、N15C S16C LK O UT17C LK IN18IR Q19V AR C F20V AP21V B P22V C P23V N24U 5A DE 77 58IA PIA NR 11KC 333 nfV APV ANC IC OY 210 H zC 422 pfC 522 pfC OC IC 6C APS XS D 0S C KS D IV C C圖 3.12 ADE7758 接線圖圖 3.12 為芯片 ADE7758 的具體接線圖，ADE7758 作為一款適用范圍極廣且功能強(qiáng)大的電能計(jì)量芯片在本次設(shè)計(jì)中擔(dān)任了重要的角色，通過(guò) DOUT 管腳直接與單片機(jī)連接，通過(guò) SPI 總線方式，與單

37、片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間相互通信，從而實(shí)現(xiàn)功率的計(jì)算，其中 DOUT管腳與單片機(jī)的 P1.4 連接，SCLK 與單片機(jī)的 P1.3 連接，DIN 與單片機(jī)的 P1.7 連接，CS 片選信號(hào)與單片機(jī)的 P1.2 連接。3.2.4 時(shí)鐘及 LCD 顯示模塊本次設(shè)計(jì)中，該電表要實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)，既必須引入時(shí)鐘系統(tǒng)，該時(shí)鐘系統(tǒng)必須準(zhǔn)確，且在電表短時(shí)間斷電之內(nèi)，不會(huì)停止工作，因此，該模塊采用了一塊時(shí)鐘芯片DS12887，該芯片為一款使用很廣泛的時(shí)鐘芯片，具體電路圖如下圖所示：南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)M O T1N C2N C3A D04A D15A D26A D37A D48A D59A D610A D71

38、1G ND12V CC13SQ W14N C15N C16N C17IR Q18R ES ET19D S20N C21R /W22A S23C S24D S1 28 87U 3D S1 28 87D SC SD SD SD SA SD SR WD 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7V CC圖 3.13 DS12887 接線圖圖 3.13 為時(shí)鐘芯片 DS12887 的連線圖，其中 DS 與單片機(jī)的 P2.1 口連接，R/W 與單片機(jī)的 P2.5 口連接，AS 與單片機(jī)的 P2.4 口連接，CS 與單片機(jī)的 2.2 口連接。通過(guò)該芯片可以提供比較精確的萬(wàn)年歷。同時(shí)智能電表的顯示模塊選用

39、 LCD 顯示，下圖為L(zhǎng)CD1602 顯示電路：VDD1VSS2VEE3RS4RW5LCDEN6D07D18D29D310D411D512D613D714L CD 16 02C S25U 4L CD 16 02D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7E NR SV CCR 1810 K圖 3.14 LCD1602 接線圖通過(guò)該 LCD 液晶顯示器，顯示我們需要的一些信息。上述兩個(gè)模塊通過(guò)與第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì)AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)年歷的功能，且可以保證，在智能電表短時(shí)間斷電的情況下，時(shí)鐘不會(huì)停止運(yùn)行，繼而實(shí)智能電表的分時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的運(yùn)行，我們用 Pr

40、otues 仿真,電路圖如下圖所示：圖 3.15 萬(wàn)年歷顯示仿真圖圖 3.15 為萬(wàn)年歷顯示模塊，上圖中可以通過(guò)按鍵對(duì) LCD 顯示進(jìn)行調(diào)整，可以顯示萬(wàn)年歷，分時(shí)電價(jià)，余額等信息。3.2.5 接觸式 IC 卡模塊這里 IC 卡模塊我們選用的是西門(mén)子的 SLE4442 加密型 IC 卡，SLE4442 是一種具有加密邏輯電路的智能 IC 卡, 內(nèi)含 2568 位 EEPROM 主存儲(chǔ)器和一個(gè) 32 位帶 PROM 功能的保護(hù)存儲(chǔ)器,其觸點(diǎn)配置和串行接口符合 ISO 7816 標(biāo)準(zhǔn)(同步傳送),具備只有輸入正確的3 字節(jié)可編程密碼(加密存儲(chǔ)區(qū)) 后才能修改數(shù)據(jù)的特性。下圖為具體模塊：南昌工程學(xué)院本

41、科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)V CC1R ST2C LK3N C4G ND5N C6I/O7N C8U 3SL E 444 2-IC CA RDV CCSL E _R STSL E _C LKV CCD 0圖 3.16 SLE4442 卡座第四章 軟件設(shè)計(jì)第四章 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，以 AT89C51 作為微處理器，采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，配合硬件電路，共同構(gòu)成了本次設(shè)計(jì)的核心部分。4.14.1 主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖及說(shuō)明主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖及說(shuō)明 Y報(bào) 警程序初始化檢測(cè) IC 有卡?余額為零？ 開(kāi) 始切斷用戶電源信號(hào)采集及計(jì)量LCD 顯示NNYY南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖 4.1 主程序流程圖本

42、次設(shè)計(jì)的主要流程為當(dāng) IC 卡插入卡座，單片機(jī)檢測(cè)到 IC 卡并讀取其金額開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)按照開(kāi)始設(shè)定好紅燈亮起，同時(shí)，LCD 顯示屏強(qiáng)制轉(zhuǎn)換到余額界面，字體開(kāi)始閃爍，蜂鳴器長(zhǎng)鳴，此時(shí)停止計(jì)費(fèi)，并且開(kāi)始檢測(cè)鍵盤(pán)，當(dāng)按下鍵盤(pán) key4 后，警告解除，LCD 顯示界面重新返回時(shí)間界面。令一方面，在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)正運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)鍵盤(pán)檢測(cè)，切換顯示界面，顯示界面共有 4 種，分別為當(dāng)前時(shí)間，3 種電價(jià)，余額，共計(jì) 5 種界面，當(dāng)按下鍵盤(pán) key1 后，在當(dāng)前時(shí)間界面和 3 種電價(jià)界面，可以調(diào)整時(shí)間和電價(jià)，增加或者減少，分別由鍵盤(pán) key2,key3 來(lái)控制，由此來(lái)完成時(shí)間，電價(jià)的調(diào)整。比照 DS12887 中

43、去讀的時(shí)間參數(shù)，選取電價(jià)開(kāi)始計(jì)算余額，當(dāng)余額定于 30 元時(shí)，蜂鳴器每一分鐘鳴一次，當(dāng)余額為 0 時(shí)，蜂鳴器長(zhǎng)鳴。4.24.2 主要芯片讀寫(xiě)程序設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)工具主要芯片讀寫(xiě)程序設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)工具本次設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言，C 語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔明了的特點(diǎn)，在本次設(shè)計(jì)中，按照各芯片的讀寫(xiě)操作時(shí)序，以 SPI 總線操作方式，分別對(duì) DS12887 時(shí)鐘芯片，ADE7758 電能計(jì)量芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作，即可基本完成本次設(shè)計(jì)的主要功能，同時(shí)兼顧完成切換顯示時(shí)間，電價(jià)以及查詢余額，并可以調(diào)節(jié)電價(jià)。在讀取 DS12887 時(shí)鐘芯片時(shí)，按照其讀寫(xiě)時(shí)序，當(dāng)要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，先要寫(xiě)入地址，將 CS 置低，SA,DS 分別置高，RW

44、置高，然后給 P0 口賦值，即要寫(xiě)入的地址，然后將AS,RW 置低，再一次給 P0 口賦值，即要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，最后將 AS,RW,CS,拉高，同理，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，也要先寫(xiě)入一個(gè)地址，將 AS,DS,RW 置高，將 CS 置低，給 P0 口賦值地址，然后將 AS,DS 拉低，P0 讀取數(shù)據(jù)，最后 DS,AS,CS,全部拉高，具體 C 語(yǔ)言函數(shù)如下：void write_ds(uchar add,uchar date)dscs=0;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;P0=add;dsas=0;dsrw=0;第四章 軟件設(shè)計(jì)P0=date;dsrw=1;dsas=1;dscs=1;uchar

45、read_ds(uchar add) uchar ds_date;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;dscs=0;P0=add;dsas=0;dsds=0;P0=0 xff;ds_date=P0;dsds=1;dsas=1;dscs=1;return (ds_date); 同時(shí)，在讀取 ADE7758 芯片中有功功率時(shí)，同樣，按照其讀時(shí)序圖，先將 CS 拉低，選中信號(hào)，再用 SCK 模擬一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入，先向 ADE7758 寫(xiě)入一個(gè)地址，再?gòu)男酒x出數(shù)據(jù)，ADE7758 和 DS12887 讀寫(xiě)程序最大的不同在于，DS12887 可以將 8 位數(shù)據(jù)一次性讀出，而 ADE7758 只能

46、一位一位的讀取，因此，在書(shū)寫(xiě)讀寫(xiě)函數(shù)的時(shí)，需要指明，讀取數(shù)據(jù)的位數(shù)。在 CS 保持低電平的時(shí)候，所有的數(shù)據(jù)傳輸必須全部完成，另外，除了整體器件復(fù)位以外，沒(méi)有其他方法可以讓 ADE7758 返回通信狀態(tài)，所以必須傳輸各寄存器的 LSB,復(fù)位的方法是運(yùn)用軟件進(jìn)行復(fù)位。如前所述，在第一個(gè)字節(jié)正在向目標(biāo)寄存器南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)傳送是，可以同時(shí)開(kāi)始另一個(gè)字符的傳送，但是第二個(gè)字節(jié)的傳輸過(guò)程不應(yīng)該在第一個(gè)字節(jié)傳送完成前至少 900ns 內(nèi)不應(yīng)該結(jié)束。當(dāng) ADE7758 寄存器經(jīng)行讀取操作訪問(wèn)時(shí)，讀取命令個(gè)寫(xiě)入命令之間至少需要有 1.1us 的時(shí)間間隔，若果間隔過(guò)小，將會(huì)導(dǎo)致寫(xiě)入操作的最后一個(gè)

47、字節(jié)丟失，具體位數(shù)參見(jiàn)芯片說(shuō)明書(shū)，具體讀取函數(shù)如下：unsigned long read7753(unsigned char type,unsigned char databit) unsigned char loop=0; unsigned long rtdata=0; type=type&0 x7F; type=type|0 x00; for(loop=0;loop8;loop+) SCK=1; _nop_(); if( type&0X80 )SDO = 1;elseSDO = 0;_nop_(); SCK=0; _nop_(); type=(type1); for(loop=0;loop

48、databit;loop+) SCK=1; _nop_(); rtdata=(rtdata1); /上升沿讀出數(shù)據(jù)if(SDI) rtdata+=1; 第四章 軟件設(shè)計(jì)_nop_(); SCK=0; _nop_(); return(rtdata); 本次設(shè)計(jì)的另一個(gè)重點(diǎn)就是現(xiàn)實(shí)程序，1602 的顯示程序同樣按照其讀寫(xiě)時(shí)序圖完成，不同的是，1602 的顯示，需要在主程序的開(kāi)始寫(xiě)一個(gè)初始化函數(shù)用以設(shè)定 1602 的顯示方式，光標(biāo)等等，在本次設(shè)計(jì)中，只涉及到 1602 的寫(xiě)程序，寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，同樣需要先寫(xiě)入地址，寫(xiě)地址時(shí)，先將 RS,EN 置低，延遲后再將 EN 拉高，賦予地址，最后將 EN 拉低，寫(xiě)數(shù)

49、據(jù)與讀不同之處在于要將 RS 拉高其余同寫(xiě)地址時(shí)一樣，具體初始化函數(shù)，寫(xiě)函數(shù)如下：void init()lcden=0;dula=0;wela=0;set_time(); write_com(0 x38);write_com(0 x0c);write_com(0 x06);write_com(0 x01);void write_com(uchar com)rs=0;lcden=0;delay(5);lcden=1;P0=com;南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)lcden=0;void write_date(uchar date)rs=1;lcden=0;delay(5);lcden=1;P0=

50、date;lcden=0; 本次設(shè)計(jì)采用 Keil uVision2 作為編程工具，用 Protues 進(jìn)行實(shí)物制作前的仿真，Keil作為現(xiàn)在主流的單片機(jī)編程工作具有操作簡(jiǎn)單，快捷的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以與 Protues 聯(lián)動(dòng),方便調(diào)節(jié)和仿真，另用 STC-ISP V31 將程序下載至單片機(jī)上運(yùn)行。在本次軟件設(shè)計(jì)中，最困難的地方在于對(duì) ADE7758 的讀寫(xiě)操作，ADE7758 是一塊應(yīng)用非常廣泛的電能計(jì)量芯片，第一次使用該芯片時(shí)，對(duì)于串行的讀寫(xiě)操作了解不夠深入，導(dǎo)致在書(shū)寫(xiě)程序的過(guò)程中，時(shí)序先后發(fā)生錯(cuò)誤，不知道如何移位讀取等等，后來(lái)參考一些例子以后最終調(diào)試成功。第四章 軟件設(shè)計(jì)南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)

51、計(jì)(論文)第五章 仿真調(diào)試該程序是用 C 語(yǔ)言完成，C 語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔緊湊，靈活方便的特點(diǎn)，在調(diào)試程序的時(shí)候，軟件部分大致可以分為兩個(gè)部分，一部分是萬(wàn)年歷等信息的顯示部分，一部分是信號(hào)采集部分。第一部分，萬(wàn)年歷等信息的顯示部分，可以用 Protues 進(jìn)行仿真，Protues 是一款非常實(shí)用的仿真原件，通過(guò)載入程序到單片機(jī)中，利用 DS12887 時(shí)鐘芯片構(gòu)成的仿真效果圖，如下圖所示：圖 5.1 仿真演示效果圖如上圖所示，當(dāng)路燈亮的時(shí)候，表示計(jì)價(jià)開(kāi)始，圖中 4 個(gè)鍵盤(pán)，通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序，可以切換顯示萬(wàn)年歷，電價(jià)，余額等信息，當(dāng)電價(jià)為零時(shí)，蜂鳴器長(zhǎng)鳴，同時(shí)，綠燈熄滅，紅燈亮起，LCD 顯示屏顯示余

52、額為零，效果如下圖所示：第五章 仿真調(diào)試圖 5.2 仿真演示效果圖由于 ADE7758 在 Protues 的庫(kù)里面沒(méi)有，所以無(wú)法進(jìn)行仿真，只有用實(shí)物進(jìn)行演示。本次軟件設(shè)計(jì)中比較艱難的部分在于 ADE7758 的讀寫(xiě)程序以及 DS12887 在沒(méi)有實(shí)物的情況下經(jīng)行仿真，前者是因?yàn)閷?duì)于 SPI 接口的讀取掌握還是不到位，后者是因?yàn)檐浖姹締?wèn)題，Protues7.6 版本以前的庫(kù)中沒(méi)有 DS12887 時(shí)鐘芯片，出于經(jīng)費(fèi)和穩(wěn)妥起見(jiàn)的考慮長(zhǎng)時(shí)間滯留在此處，后來(lái)在朋友的幫助下得以解決。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)結(jié)語(yǔ)如前期仿真中所示，電源部分使用 220V 交流電，通過(guò)變壓器變壓為 12V 之后，

53、利用一塊 L7805 穩(wěn)壓芯片，很好的得到了一個(gè)較為穩(wěn)定，且接近 5V 的電壓，誤差在+0.02V 左右，可以利用其很好為單片機(jī)與其它核心芯片進(jìn)行供電，且在自己搭建的電路中，采取了濾波等措施，電源質(zhì)量較良好。采集電路部分，也是自己利用萬(wàn)用板搭建，運(yùn)用電壓互感器，電流互感器為核心，進(jìn)行變壓采樣，變壓后的電壓理想值為 0.5V，由于實(shí)際環(huán)境等影響，其電壓真實(shí)值為0.55V，但不會(huì)對(duì)功率計(jì)算造成太大的影響，電壓電流信號(hào)進(jìn) ADE7758 之后，即可由單片機(jī)進(jìn)行讀取，獲得有功功率，用于計(jì)算電價(jià)，在制作過(guò)程中，用 15W 的燈泡作為用戶的負(fù)載真實(shí)的采集電路。核心處理器件部分以 AT89C51 單片機(jī)為核

54、心運(yùn)行，分別可以顯示萬(wàn)年歷，電價(jià)，余額等信息，整體設(shè)計(jì)的實(shí)物圖應(yīng)附帶包含效果演示，萬(wàn)年歷，電價(jià)，以及余額等部分。在硬件搭建過(guò)程遇見(jiàn)了很多問(wèn)題，比如，ADE7758 是一塊貼片封裝的芯片，由于條件限制萬(wàn)用板上不能進(jìn)行焊接，后來(lái)經(jīng)過(guò)尋找，在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了一種小型 PC 貼片轉(zhuǎn)雙列直插式的 PCB 電路板，但是由于技術(shù)水平有限，PCB 板還是沒(méi)做成功。在調(diào)試 LCD1602 顯示的時(shí)候，由于操作不當(dāng)，導(dǎo)致 1602 損壞，屏幕無(wú)法顯示，造成了元器件的浪費(fèi)，同時(shí)在采集回路中，由于考慮不全，在采購(gòu)電阻時(shí)，只考慮到其電阻值的大小，沒(méi)有考慮到其功率的承受能力，導(dǎo)致 51K 電阻在稍微長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)熱比較嚴(yán)

55、重，也導(dǎo)致功率的計(jì)算結(jié)果也產(chǎn)生了一定的誤差。雖然最終沒(méi)能做出實(shí)物，但我收獲很多。本次畢業(yè)論文的題目為基于單片機(jī)的智能 IC 卡電表設(shè)計(jì)，由于我是負(fù)責(zé)硬件部分，所有的數(shù)據(jù)計(jì)算，電路的設(shè)計(jì)、修改、完成都是自己獨(dú)立完成，進(jìn)一步了解了產(chǎn)品制作的流程。為了完成設(shè)計(jì)，我也同時(shí)查閱了大量的書(shū)籍和資料，自己獨(dú)立思考和學(xué)習(xí)能力得到了很好的鍛煉和提升，在設(shè)計(jì)同時(shí)，大量運(yùn)用了 Keil,protel99，Protues 等軟件，大大提升了熟練度，在 Protel 繪制電路原理圖，在 protues 中畫(huà)了電路仿真圖，通過(guò) keil 編程并將程序?qū)雴纹瑱C(jī)中，最后在 protues 中仿真。通過(guò)這個(gè)過(guò)程我了解到仿真與

56、實(shí)際電路效果之間存在較大的差距，通過(guò)本次設(shè)計(jì)對(duì)于智能電表在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題有了一些初步的了解，并著手解決這些問(wèn)題，并且本次設(shè)計(jì)是自己和另一個(gè)同學(xué)共同設(shè)計(jì)并仿真出來(lái)的，雖然沒(méi)做出實(shí)物，但是大大提升了自己的綜合實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)參考文獻(xiàn)1 曹天漢等. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.第 2 版.北京：電子工業(yè)出版社，20062 李建忠. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.第 2 版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20083 陳杰. 黃鴻編著. 傳感器與檢測(cè)技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2002.4 王思彤,周暉,袁瑞銘,易忠林. 智能電表的概念及應(yīng)用J. 電網(wǎng)技術(shù). 2010(

57、04)5 王智,佟國(guó)香. 一種 IC 卡電表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)J. 儀表技術(shù),2011(12)6 楊玉婷. 一種基于 IC 卡的電能收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 J. 計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2012，(15). 7 呂馥云. 全電子式智能卡預(yù)付費(fèi)電表與用電管理J，2010，(12)8 周軍,史興才,徐超. 基于 ZigBee 的多用戶智能電表設(shè)計(jì)J. 電測(cè)與儀表. 2010(01)9 莊葛巍. 直流電能表智能化的研究與應(yīng)用D. 上海交通大學(xué) 201210 胡長(zhǎng)安. 基于智能費(fèi)控電能表的預(yù)付費(fèi)用電體系架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)踐D.華北電力大學(xué) 201211張毅剛. MCS-51 單片機(jī)運(yùn)用設(shè)計(jì)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 199

58、712 梅麗鳳. 單片機(jī)原理及接口技術(shù),北京清華大學(xué)出版社. 2004 13 楊寧. 單片機(jī)與控制技術(shù),北京北京航空航天大學(xué)出版社. 200414 陳偉人.李華. MCS-51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航天航空大學(xué)出版社. 2004.10 15張毅剛. MCS-51 系列單片機(jī)實(shí)用子程序集錦.清華大學(xué)出版社,2006 16 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用文集.北京航天航空大學(xué)出版社. 200317 徐永權(quán),汪明慧,黃英等. 單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,電子工業(yè)出版社. 2003.10 18 趙茂泰. 智能儀器原理及應(yīng)用,電子工業(yè)出版社. 2005.1 19何立明. 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 .人民郵

59、電出版社. 2005.3 20 Simon Newman,Gavin Sutter.Electronic Payments-The Smart Card:Smart Cards,e-Payments,&LawPart I. Computer Law and Security Report . 2002 21 Identification card Integrated circuit card with contacts Part 3 Electronic signals and transmission protocols. International Standard ISO 7816-3

60、 . 199722 Attali,Isabelle.Smart card programming and security. International Conference on Research in Smart Cards,E-smart 2001 . September19 2001南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)23王浩接觸式智能卡讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)研究J山東電子，200024Simon Newman，Gavin SuRer,Electronic PaymentsTheSmart Card：Smart Cards，e-Payments，&Law- Part I,ComputerLaw and

61、 Security Report，2002南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)致謝在本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇見(jiàn)了很多的困難，但是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助下，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能，完成了設(shè)計(jì)，從最開(kāi)始茫然無(wú)措，到后來(lái)慢慢步入正軌，幾個(gè)月的奮斗，讓我收獲良多，在老師的悉心指導(dǎo)下，從最開(kāi)始的仿真模擬，到后來(lái)的功能完成，每一個(gè)微小的進(jìn)步都讓我興奮不已。在此我要特別感謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師，王老師和歐陽(yáng)老師，通過(guò)每周的見(jiàn)面或者打電話，老師對(duì)我進(jìn)行了悉心的指導(dǎo)，對(duì)我設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和不足進(jìn)行了批評(píng)和指正，不厭棄煩的進(jìn)行講解，讓我受益匪淺，因此本次設(shè)計(jì)的順利完成和老師的悉心指導(dǎo)密不可分，感謝我的指導(dǎo)老師。同時(shí)也要感謝其他所有老師和我的同學(xué)對(duì)我的幫助！南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)附錄 電路圖