單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表單片機(jī)期末課程設(shè)計(jì)

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表單片機(jī)期末課程設(shè)計(jì).精品文檔.單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表第1節(jié) 引 言 電度表作為電能計(jì)量工具,在國民經(jīng)濟(jì)各部門中得到廣泛應(yīng)用.長期以來,使用的都是機(jī)械式感應(yīng)電度表.它具有耗電多、笨重、需要手工抄表、防竊電性能低等缺點(diǎn)。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，微控制器（單片機(jī)）和大規(guī)模集成電路在電能計(jì)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使電度表的技術(shù)水平和性能得到長足發(fā)展。1.1 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表概述 預(yù)付費(fèi)電度表雖然只是普通計(jì)量器具，但是由于微控制器引入，對設(shè)計(jì)者提出了很高的要求。這是因?yàn)橛呻娫吹纫氲母蓴_很容易導(dǎo)致程序出錯，可能引起不可預(yù)測的后果

2、，諸如剩余電能等數(shù)據(jù)的丟失或改變、電度表死機(jī)等情況。你家用電腦和普通儀器儀表對死機(jī)是允許的，通過人工復(fù)位、重新設(shè)置等手段就可以恢復(fù)，但對電度表而言則是致命的。而且，預(yù)付費(fèi)電度表的工作條件相當(dāng)惡劣，因此，對其可靠性的要求也相對較高，一般說來主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、 常年不間斷運(yùn)行，這要求設(shè)備具有高質(zhì)量和高可靠性。2、 電度表進(jìn)行校表時要經(jīng)歷最惡劣的慢上下電考驗(yàn)。所謂慢上電是指電度表的電源電壓從零到最大的時間太長，不能使單片機(jī)很可靠的復(fù)位，致使電度表工作異常；慢下電是指電源斷開時，單片機(jī)的電源不會馬上為零，而需要一段時間，在這段時間中，單片機(jī)中的程序指針PC可能會出錯，即程序跳出正常軌道，出現(xiàn)

3、混亂，甚至陷入死循環(huán)。3、 由于主要面向廣大群眾，要求成本盡可能低，所以在保證可靠性的前提下，要求硬件電路簡單。4、 電能的計(jì)量關(guān)系到用戶繳納電費(fèi)的多少，涉及經(jīng)濟(jì)的事實(shí)不允許出現(xiàn)差錯，所以電度表要求對電能計(jì)量準(zhǔn)確、精度高。因此，電度表有多少功能并不是最重要的，關(guān)鍵是做到低功耗、高可靠性。1.2 本設(shè)計(jì)功能介紹和工作過程預(yù)付費(fèi)電度表具備以下功能:1、用戶將存有電能的IC卡插入卡槽,卡中電能被讀入表中,同時把IC卡清”0”;2、?？▽Ｓ?當(dāng)有非本機(jī)卡或異物插入卡槽時,能及時發(fā)現(xiàn),切斷卡座的供電,并在液晶顯示屏上給出相應(yīng)的漢字提示信息。3、電度表正常工作時，液晶顯示剩余電能值、已用電能值，并隨時改寫

4、剩余電能和已用的工作是否正常及用電負(fù)荷的大小。4、當(dāng)表內(nèi)剩余電能不足20KW.H時，在液晶顯示器上顯示“請及時購電”以提醒用戶余電不多，及時購電。5、當(dāng)表內(nèi)剩余電能為0時，自動斷電，這時用戶不能用電。在用戶將重新購電的IC卡插入槽中時，表完成上述第一項(xiàng)的功能，恢復(fù)供電。6、有負(fù)荷限制功能。當(dāng)用戶電流大于25A時自動斷電，1min后恢復(fù)供電。7、具有掉電保護(hù)功能。掉電時，自動把剩余電能從RAM轉(zhuǎn)儲在EEPROM中。預(yù)付費(fèi)電度表的工作過程如下：1、上電時，在液晶屏上顯示“電子電能表”。隨后將存放在EEPROM中的剩余電能調(diào)出到RAM中。2、當(dāng)單片機(jī)工作正常時，能顯示剩余電能和已用電能。3、當(dāng)有本機(jī)

5、IC卡插入卡槽時，根據(jù)有電卡和無電卡（空卡）做出不同的處理。若為有電卡，則顯示“正在讀卡，主稍候”。稍候顯示：“請抽卡”。這時卡中的電能被寫入表中，且將卡清零；若為空卡，則顯示“空卡”。4、當(dāng)用電時，剩余電能遞減，已用電能遞增。5、當(dāng)插入無效卡時，系統(tǒng)提示“IC卡型號不對，請換卡”。6、當(dāng)電用完時，切斷電源，并顯示：“電用完，請及時購電”。第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)2.1 有功電能測量的基本原理本設(shè)計(jì)采用有功電能測量集成電路SM9903，芯片內(nèi)部包含了四象限模擬乘法器、積分器、電壓/頻率轉(zhuǎn)換器VFC、計(jì)數(shù)器（分頻器）及控制邏輯，它能將正弦電壓和電流相乘后，轉(zhuǎn)換為頻率輸出。只需對輸出脈沖累計(jì)計(jì)

6、數(shù)，就可計(jì)量出電能。在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，設(shè)正弦電壓和電流分別為： (2-1) (2-2)式中，u為交流電壓瞬時值，i為交流電流瞬時值，U為交流電壓有效值，I為交流電流有效值，為交流電的角頻率，=u-i為電壓電流的相位差。經(jīng)四象限模擬乘法器相乘后的瞬時功率為： （2-3）可見，瞬時功率有恒定分量UI和正弦分量兩面三量兩面三刀部分，正弦分量的頻率是電壓（或電流）頻率的兩倍。圖2-1 正弦電流、電壓和瞬時功率的波形圖在圖2-1中，u是瞬時電壓，i是瞬時電流，p是瞬時功率。瞬時功率p經(jīng)積分器后，得有功功率P，即P= （2-4）以上分析表明，有功功率P為恒定分量，將正比于P的電壓經(jīng)V/F變換后，輸出的是頻

7、率隨P變化的脈沖，只需將脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)值N即為電能。22 預(yù)付費(fèi)電度表電路工作原理預(yù)付費(fèi)電度表的硬件電路可分為電能計(jì)量電路、顯示電路、IC卡接口、電能存儲器、掉電檢測和電源幾大模塊。2.2.1電能計(jì)量電路電能計(jì)量電路采用了電度表專用集成電路SM9903。SM9903采用3m硅柵BICMOS工藝制成。電路設(shè)計(jì)先進(jìn)，內(nèi)部集成有緩沖放大器、乘法器、V/F型A/D轉(zhuǎn)換器等電路。本芯片模擬部分和數(shù)學(xué)部分可分開供電，所以可靠性較高。封裝采用DIP20塑封。圖2-2 SM903構(gòu)成的電能計(jì)量電路2.2.2控制部分 控制部分為整個電度表的心臟,實(shí)現(xiàn)電能脈沖、掉電信號、IC卡信號、串行EEPROM數(shù)據(jù)的采

8、集與讀寫，完成顯示驅(qū)動模塊的控制和驅(qū)動等功能。單片機(jī)的選擇是決定電度表性能的關(guān)鍵因素，本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列單片機(jī)，其特點(diǎn)是通用強(qiáng)，堆棧豐富和編程容易。51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)中，2-3B的指令很多。當(dāng)程序指針PC跳飛至某條指令的中間時,會把操作數(shù)當(dāng)成指令碼執(zhí)行而引起混亂,這一致命的弱點(diǎn)將導(dǎo)致電度表的可靠性下降。圖2-3 由AT89C52組成的主控電路2.2.3 顯示電路本系統(tǒng)采用液晶顯示器。其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容豐富（可顯示漢字），功耗小，可靠性高，電路簡單。器件型號是：SMG12232B-2，顯示容量為122*32點(diǎn)陣。采用總線方式連接。圖2-4 液晶顯示接口電路2.2.4 IC卡接口電路I

9、C卡接口電路采用的是Atmel公司的存儲IC卡AT24C01，用于存儲由售電管理系統(tǒng)寫入的密碼、卡號、電度數(shù)等，是電管部門與用戶連接的橋梁。為了提高IC卡操作的可靠性，必須有卡上下電控電路、卡插入檢測電路、卡短路檢測電路等輔助電路，結(jié)合軟件可以大大提高其讀寫的準(zhǔn)確性和可靠性。圖2-5 IC卡接口電路2.2.5 電能存儲器電能存儲器由串行EEPROM和上拉電阻組成，在串行時鐘和數(shù)據(jù)端接了上拉電阻R25和R27，分別連接到IC4的P3.0和P3.1 端。串行EEPROM選用AT24C04，AT24C04為低電壓（2.5V-5.5V）、長壽命（可擦寫10萬次以上）器件。在掉電時存儲剩余電度數(shù)。圖2-

10、6 電能存儲電路2.2.6 掉電檢測電路掉電檢測電路比較器（運(yùn)放LM393）、電壓基準(zhǔn)LM336（2.5V）、R31、R32、R33、R34、R35、R36和二極管VD7組成。圖2-7 掉電檢測電路2.2.7 磁保持繼電器驅(qū)電路磁保持繼電器使電器能使電磁線圈中保持上次驅(qū)動脈沖所注入的磁場不變，即在正常工作時不需要加驅(qū)動電流，只在需要改變觸點(diǎn)狀態(tài)時加上200ms左右的反向脈沖即可。隨后不需要任何驅(qū)動。這就大節(jié)省了能量，降低了功耗。磁保持繼電器由AT89C52的P1.0、P1.1發(fā)出控制信號，P1.1為高電平時線圈中有正向電流，P1.0為高電平時線圈渡過反向電流。驅(qū)動電路由電阻R21、R45、R4

11、6、R47、R48、R49、R50、R51、PNP三極管VT1、VT4，三極管VT5、VT6、VT7、VT8組成。L為電磁圈。當(dāng)P1.1=1、P1.0=0時三極管VT4、VT7、VT8導(dǎo)通，而VT1、VT5、VT6截止。流經(jīng)L的電流方向?yàn)?12VVT4的E極VT4的C極線圈B端線圈A端VT7的C極VT7的E極地，繼電器觸點(diǎn)接通；當(dāng)P1.1=0、P1.0=1時三極管VT4、VT7、VT8截止，而VT1、VT5、VT6導(dǎo)通。流經(jīng)L的電流方向?yàn)?12VVT1的E極VT1的C極線圈A端線圈B端VT6的C極VT6的E極地，繼電器觸點(diǎn)斷開。當(dāng)P1.1=P1.0=0時，所有三極管均截止，線圈無電流。P1.1

12、=P1.0=1是不允許的情況，因?yàn)檫@時所有的三極管導(dǎo)能，功耗很大。圖2-8 磁保持繼電器驅(qū)動電路第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)主要包括:主程序設(shè)計(jì)，IC卡檢測及讀寫程序，外中斷0服務(wù)程序（掉電保護(hù)），定時器0中斷服務(wù)程序等。31主程序設(shè)計(jì)流程圖以及相應(yīng)代碼 圖3-1 主程序流程圖ORG 0100HMAIN: MOV SP,#60H ;堆棧設(shè)置 LCALL DIRRST ;執(zhí)行顯示復(fù)位程序 LCALL KEYRST ;執(zhí)行鍵盤復(fù)位程序 LCALL AT24RST ;執(zhí)行E2PROM復(fù)位程序 LCALL AT24RSTI ;執(zhí)行IC卡復(fù)位程序 LCALL DDJCRST ;設(shè)置中斷 LCA

13、LL DLCSRST ;設(shè)置定時器MAIN1: LCALL KEY ;執(zhí)行鍵掃描程序 MOV A,SEER CJNE A,SEE,MAIN3 MOV A,#1 CJNE A,SEE,MAIN2 SJMP MAIN4MAIN2: MOV A,#2 CJNE A,SEE,MAIN5 SJMP MAIN4MAIN3: MOV SEER,SEE LCALL LCDRESET ;執(zhí)行液晶顯示器復(fù)位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILLMAIN4: LCALL DIR ;執(zhí)行顯示程序MAIN5: LCALL ICK ;執(zhí)行IC卡檢測及讀寫程序 AJMP MAIN132 IC卡檢測及讀寫程序

14、設(shè)計(jì)ICK: JNB K2,ICK1 SETB VCCI RETICK1: MOV DEL,#10 LCALL DELY JNB K2,ICK2 SETB VCCI RETICK2: CLR VCCI MOV DEL,#10 LCALL DELY JB VCCDL,ICK3 SETB VCCI MOV SEERR,SEE MOV SEE,#5 MOV SEER,SEE LCALL LCDRESET ;執(zhí)行液晶顯示器復(fù)位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILL LCALL DIR MOV DEL,#60 LCALL DELY MOV SEE,SEERR RETICK3: MOV M

15、RDI,#00H MOV NUMBYT,#8 MOV SLA,#0A0H LCALL RDNBYTI MOV A,#0AAH CJNE A,MRD1I,ICK4 CJNE A,MRD2I,ICK4 CJNE A,MRD3I,ICK4 CJNE A,MRD4I,ICK4 CJNE A,MRD5I,ICK4 CJNE A,MRD6I,ICK4 CJNE A,MRD7I,ICK4 CJNE A,MRD8I,ICK4 SJMP ICK5ICK4: MOV SEERR,SEE MOV SEE,#4 MOV SEER,SEE LCALL LCDRESET ;執(zhí)行液晶顯示器復(fù)位程序 MOV A,#00H L

16、CALL LCDFILL LCALL DIR MOV DEL,#60 LCALL DELY MOV SEE,SEERR RETICK5: MOV MRDI,#10H MOV NUMBYT,#3 MOV SLA,#0A0H LCALL RDNBYTI MOV A,#00H CJNE A,MRD1I,ICK6 CJNE A,MRD2I,ICK6 CJNE A,MRD3I,ICK6 MOV SEERR,SEE MOV SEE,#7 MOV SEER,SEE LCALL LCDRESET ;執(zhí)行液晶顯示器復(fù)位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILL LCALL DIR MOV DEL,#

17、60 LCALL DELY MOV SEE,SEERR RETICK6: MOV SEERR,SEE MOV SEE,#8 MOV SEER,SEE LCALL LCDRESET ;執(zhí)行液晶顯示器復(fù)位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILL LCALL DIR MOV MTD1I,#00H MOV MTD2I,#00H MOV MTD3I,#00H MOV MTDI,#10H MOV NUMBYT,#4 MOV SLA,#0A0H LCALL WRNBYTI CLR ET0 CLR TR0 MOV A,MRD3I CLR C ADD A,SDL3 MOV SDL3,A MOV A

18、,MRD2I ADDC A,SDL2 MOV SDL2,A MOV A,MRD1I ADDC A,SDL1 MOV SDL1,A LCALL ZHCS MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FEH SETB ET0 SETB TR0 MOV DEL,#60 LCALL DELY MOV SEE,#12 LCALL LCDRESET ;執(zhí)行液晶顯示器復(fù)位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILL LCALL DIRICK7: JB K2,ICK8 SJMP ICK7ICK8: SETB VCCI MOV SEE,#2 RET33外中斷0服務(wù)程序的流程圖以及代碼圖3-2 外中

19、斷0服務(wù)程序（掉電保護(hù)）流程圖外中斷初始化程序-DDJCRST: SETB IT0 SETB EA SETB EX0 RET;外中斷服務(wù)程序DDJC: PUSH A PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH 00H PUSH 01H PUSH 02H PUSH 03H PUSH 04H PUSH 05H PUSH 06H PUSH 07H MOV JWW,C MOV MTD1,YDL1 MOV MTD2,YDL2 MOV MTD3,YDL3 MOV MTD4,YDL4 MOV MTD5,SDL1 MOV MTD6,SDL2 MOV MTD7,SDL3 MOV MTD,#00H

20、 MOV NUMBYT,#8 MOV SLA,#0A0H LCALL WRNBYT MOV C,JWW POP 07H POP 06H POP 05H POP 04H POP 03H POP 02H POP 01H POP 00H POP DPH POP DPL POP B POP A RETI34定時器0中斷服務(wù)程序以及代碼圖3-3 定時器0中斷服務(wù)程序流程圖DLCSRST: MOV TMOD,#05H MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FFH MOV MRD,#00H MOV SLA,#0A0H MOV NUMBYT,#7 LCALL RDNBYT MOV YDL1,MRD1

21、 MOV YDL2,MRD2 MOV YDL3,MRD3 MOV YDL4,MRD4 MOV SDL1,MRD5 MOV SDL2,MRD6 MOV SDL3,MRD7 LCALL ZHCS MOV A,SDL1 CJNE A,#00H,DLCSRST1 MOV A,SDL2 CJNE A,#00H,DLCSRST1 MOV A,SDL3 CJNE A,#00H,DLCSRST1 SETB DYKG MOV SEE,#9 RETDLCSRST1: CLR DYKG MOV DEL,#10 LCALL DELY SETB EA SETB ET0 SETB TR0 RETDLCS: PUSH A

22、PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH 00H PUSH 01H PUSH 02H PUSH 03H PUSH 04H PUSH 05H PUSH 06H PUSH 07H MOV JWW,C MOV A,SDL1 CJNE A,#00H,DLCS1 MOV A,SDL2 CJNE A,#00H,DLCS1 MOV A,SDL3 CJNE A,#00H,DLCS1 SETB DYKG MOV SEE,#9 CLR ET0 CLR TR0 AJMP DLCS3DLCS1: CLR DYKG MOV A,#100 CLR C ADD A,YDL4 MOV YDL4,A CLR

23、A ADDC A,YDL3 MOV YDL3,A CLR A ADDC A,YDL2 MOV YDL2,A CLR A ADDC A,YDL1 MOV YDL1,A MOV A,SDL3 CLR C SUBB A,#100 MOV SDL3,A MOV A,SDL2 SUBB A,#00H MOV SDL2,A MOV A,SDL1 SUBB A,#00H MOV SDL1,A LCALL ZHCS MOV A,SDL1 CJNE A,#00H,DLCS2 MOV A,SDL2 CJNE A,#4EH,DLCS2 MOV A,SDL3 CJNE A,#20H,DLCS2 MOV SEERR,S

24、EE MOV SEE,#13DLCS2: MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FFH SETB ET0 SETB TR0DLCS3: MOV C,JWW POP 07H POP 06H POP 05H POP 04H POP 03H POP 02H POP 01H POP 00H POP DPH POP DPL POP B POP A RETIZHCS: MOV ZY4,YDL4 MOV ZY3,YDL3 MOV ZY2,YDL2 MOV ZY1,YDL1 MOV ZS3,SDL3 MOV ZS2,SDL2 MOV ZS1,SDL1 MOV R7,#32 CLR A MOV R2,

25、A MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,A MOV R6,AYBCDT1: CLR C MOV A,ZY4 RLC A MOV ZY4,A MOV A,ZY3 RLC A MOV ZY3,A MOV A,ZY2 RLC A MOV ZY2,A MOV A,ZY1 RLC A MOV ZY1,A MOV A,R6 ADDC A,R6 DA A MOV R6,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,R3 DA A MOV R3,A MOV A,R2 ADDC

26、 A,R2 DA A MOV R2,A DJNZ R7,YBCDT1 MOV A,R2 ANL A,#0FH MOV SEE08,A MOV A,R2 SWAP A ANL A,#0FH MOV SEE09,A MOV A,R3 ANL A,#0FH MOV SEE06,A MOV A,R3 SWAP A ANL A,#0FH MOV SEE07,A MOV A,R4 ANL A,#0FH MOV SEE04,A MOV A,R4 SWAP A ANL A,#0FH MOV SEE05,A MOV A,R5 ANL A,#0FH MOV SEE02,A MOV A,R5 SWAP A ANL

27、A,#0FH MOV SEE03,A MOV A,R6 ANL A,#0FH MOV SEE00,A MOV A,R6 SWAP A ANL A,#0FH MOV SEE01,A MOV R7,#24 CLR A MOV R2,A MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,ASBCDT1: CLR C MOV A,ZS3 RLC A MOV ZS3,A MOV A,ZS2 RLC A MOV ZS2,A MOV A,ZS1 RLC A MOV ZS1,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A

28、MOV A,R3 ADDC A,R3 DA A MOV R3,A MOV A,R2 ADDC A,R2 DA A MOV R2,A DJNZ R7,SBCDT1 MOV A,R2 ANL A,#0FH MOV SEE16,A MOV A,R2 SWAP A ANL A ,#0FH MOV SEE17,A MOV A ,R3 ANL A,#0FH MOV SEE14,A MOV A,R3 SWAP A ANL A,#0FH MOV SEE15,A MOV A,R4 ANL A,#0FH MOV SEE12,A MOV A,R4 SWAP A ANL A,#0FH MOV SEE13,A MOV A,R5 ANL A,#0FH MOV SEE10,A MOV A,R5 SWAP A ANL A,#0FH MOV SEE11,A RET;結(jié) 束 語通過這次的課程設(shè)計(jì)讓我明白了自己對單片機(jī)的整體運(yùn)用還不太會，雖然在上課的時候覺得好像自己都懂了，但一旦運(yùn)用到實(shí)現(xiàn)中就不會了，這也充分說明了要想把一種知識學(xué)會，一定要到實(shí)際行動中去。只有自己動過手才能真正明白自己掌握了多少，什么方面是自己比較陌生的。不過通過這次的課程設(shè)計(jì)讓我的知識也增長了不少。以前我不知道課程