毕业设计（论文）-脉冲电能表设计.doc

目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 1 绪论.1 1.1 电能表技术.1 1.2 预付费电能表技术的发展.2 1.3 设计任务.3 2 总体设计方案.4 2.1 机电一体式预付费电能表的工作过程.4 2.2 机电一体式预付费电能表各工作模块的选择.4 2.3 IC 卡技术.7 2.3.1 IC 卡简介.8 2.3.2 IC 卡的分类.8 2.3.3 IC 卡内存储区的划分.9 3 预付费电能表的设计.11 3.1 预付费电表的标准及技术指标.11 3.1.1 预付费电表的国家标准.11 3.1.2 预付费电表的主要技术指标.12 3.2 机电一体式预付费电能表的硬件设计.12 3.2.1 微处理器 AT89C51 的介绍.14 3.2.2 电源电路.17 3.2.3 脉冲采集系统.18 3.2.4 显示系统.18 3.2.5 断电机构控制电路.19 3.2.6 信息存储与交换系统.20 4 机电一体式预付费电能表的软件设计.25 4. 1 数据结构.25 4. 2 电能表控制程序.25 4.2.1 系统主程序.25 4.2.2 脉冲处理子程序.27 4. 2.3 IC 卡处理子程序.28 5 系统抗干扰设计.30 5.1 硬件抗干扰措施.30 5.2 软件抗干扰措施.30 结束语.32 致谢.33 参考文献.34 附录.36 脉冲电能表设计 摘 要 本课题针对目前城市居民多层建筑住宅群的电能计量现状和存在的主要问题， 设计了一种机电一体式预付费电能表。该电能表能够检测和记录用户的有功电能， 不仅具有结构紧凑、精度高、功耗低等优点，而且还具有预付费功能，进而提高了 电能利用率。本文首先综述了电能表的发展现状，并介绍了机电一体式电能表的功 能与工作原理。然后，论文对电能表硬件电路的设计进行了阐述，包括电源电路、 电能计量模块、脉冲发生装置、存储器、显示电路、断电机构电路等。该电能表以 AT89C51 单片机为核心，具有数据处理能力强，抗干扰能力强等优点。在软件上， 主要介绍了主程序和电能脉冲的采集、数据显示和插卡等子程序，并绘制了其工作 流程图。该课题的研究为电能计量和数据管理提供了一种新的技术手段，对提高合 理利用电能和缓解电力供需矛盾具有重要意义。 关键词 电能表 单片机 预付费 IC 卡 PULSE WATT-HOUR METER DESIGN ABSTRACT This project aimed at urban residents multi-story building residences of metering status and problems, designed a mechatronics prepayment meter. The watt-hour is able to detect and record the users active energy, not only has a compact, high accuracy, low power consumption, etc, but also has the prepaid function, thereby improving energy utilization.This paper summarizes the development status of meter, and introduces the integrated mechanical and electrical energy meter function and working principle. Then, the paper design of meter hardware was described, including the power supply circuit, power measurement module, pulse devices, memory, display circuit, power sector circuit. The power meter to AT89C51 MCU, with data processing capability, the advantages of anti-interference ability. In software, introduces the main program and the energy pulse of acquisition, data display and card and other subroutines, and draw a flow chart of its work. The subject of study for energy measurement and data management offers a new technical means, to improve the rational use of energy and ease the power supply and demand significant contradictions. KEY WORDS energy meter single-chip microcomputer prepaid ic card 1 绪论 电力是人类社会生存、进步和发展所不可缺少的一种重要能源，人类的所有活 动几乎都与电有着密切的关系。电力给人类带来了一个崭新的飞速发展的时代，作 为一种能源它不仅给人类带来光明，更重要的是酝酿并推动了现代化大生产和现代 化科学技术，为人类创造了辉煌的物质文明和精神文明，使人类进入了现代化时代。 1.1 电能表技术 随着经济的发展，对电力的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整 个电力企业的发展。电能表是电力企业施行收取电费和体现其经济效益的唯一的工 具，其性能的稳定性，测量的可靠性以及测量精度的准确性等关系到电力部门的经 济利益，而电费的核算及收缴的及时性、准确性也已成为用电企业的重要课题。 飞速发展的电力工业对电能的计量、控制以及管理也提出了越来越高的要求， 主要表现为以下几个方面:第一，要使电能成为真正的商品，必须实现“先付费后使 用” ，使得电力工业的发展有可靠的资金保障。第二，实施分时电价，高峰时电价上 浮，低谷时电价下浮，科学合理、公平有效地削峰填谷，大大提高电网的负荷率， 有效地解决电力供需矛盾。第三，通过遥测、监控和计算机联网，实现远程抄表功 能，不仅节省大量的人力物力资源，而且还使抄录的数据更多、更及时、更准确。 普通的电能表很难满足以上要求。 但是，随着电子技术的发展，计算机控制与管理技术的运用已经深入到各个行 业。电能表技术也得到了迅速发展，由过去单一的机械感应式电能表，发展到机电 脉冲式电能表、电子式电能表。 感应式电能表利用金属铝转盘中感应的电流与通有交流电流的固定线圈的磁场 相互作用，产生驱动力矩驱动铝盘旋转，累计消耗的电能。 脉冲式电能表又称机电一体式电能表，它通常以感应式电能表的电磁系统为工 作组件，配以适当的脉冲发生装置构成，就能输出电能脉冲。 电子式电能表用具有乘法功能的模拟乘法器电路或数字乘法器电路测量电功率， 输出对应的脉冲或数字，对其累加，即得消耗的电能。电子式电能表没有感应式电 能表的电压、电流组件，铁心和线圈等，因而自身的消耗小，对节能降耗也有着积 极的意义。 另外，电能表的功能也由过去单一的计量功能，扩展为预付费功能，复费率功 能，多功能等。 1.2 预付费电能表技术的发展 预付费电能表起源于欧洲。二战后，流动人口很多，导致电力公司收电费困难， 为解决这个问题，一些制造厂设计、生产了预付费电能表。在我国，随着国民经济 的发展，流动人口在不断地增加，一些用户法制观念淡薄，迟交电费，拖欠电费， 不交电费，甚至偷电、窃电的现象屡禁不绝，用电管理部门为此花费大量的人力物 力，但仍有数以亿计的电费收不上来。为解决收费困难的问题，预付费的办法和预 付费电能表便应运而生。 国际上预付费技术的发展经过以下几个过程，从最初的投币方式过渡到磁卡方 式，电钥匙方式。到 1989 年末，西欧首先推出 IC 卡预付费电能表，这是 IC 卡在电 话、金融等领域后的又一成功地应用。从 1999 年开始，代码交换预付费控制技术开 始主导预付费控制领域。 预付费电能表是在微电子技术、自动控制技术、通讯技术、计算机技术等多项 技术的支撑下产生并发展起来的。预付费电能表具有高可靠性，高精度，自身功耗 低，线性好，体积小，调整校验方便，造型美观等特点，而且还能将电能计量与收 费结合起来。 随着电能表的应用，电能表技术正向多元化方向发展。 (1) 利用低压载波系统实现抄表、通信以及数据交换的功能； (2) 电能表能够用于音频接收控制，并实现家用节能电器的远程控制； (3) 不必任何人工干预，实现自动抄表的技术。可以利用无线车载抄表系统， 只要沿街行驶便能接收电能表的高频脉冲信号，通过无线通道发送到用电管理中心 的计算机系统，实现对用户的电能计费，或者利用红外无线终端抄表机，电能表可 以通过红外线及确认码输出各种电量参数至手持终端。 这样，彻底改变传统的用电管理模式，不仅极大地提高了电力企业的经济效益， 而且杜绝人情抄表和少计少抄等各种弊端。 1.3 设计任务 本论文设计的机电一体式预付费电能表应包含以下几项内容： (1) 脉冲发生装置。 (2) 显示模块电路设计。 (3) 电能计量模块设计。 (4) 断电机构电路设计。 (5) 单片机数据处理模块设计。 (6) 软件编程。 2 总体设计方案 2.1 机电一体式预付费电能表的工作过程 机电一体式预付费电能表通常由微处理控制电路、光电转换器、显示电路、电 量存储电路、IC 卡接口电路、断电机构、系统电源等几部分组成。机电一体式电能 表的硬件结构如图 2-1 所示。 图 2-1 机电一体式预付费电能表的硬件组成框图 工作过程：它是通过光电脉冲转换器将电能表记录的转盘转数转换成脉冲信号， 并传给微处理器。微处理器通过数学运算，将脉冲信号换算成电能量后，进入数码 管显示器显示，同时送至存储器保存，并进行逻辑运算以控制负荷控制开关。微处 理器还要对输入输出接口进行检测，当有IC卡插入时，进行读卡操作。 2.2 机电一体式预付费电能表各工作模块的选择 2.2.1 微处理器控制电路 微处理控制是整个电能表的心脏，是决定电能表性能的关键因素。微处理器可 以实现对采集的电能脉冲进行累计转换为实际用电量，可以完成对 IC 卡的数据和内 存数据的读写控制，可以实现对显示电路的控制，可以实现对磁保持继电器的驱动 等功能。 预付费电能表虽然属于普通的计量器具，但是由于微处理器的引入，对电能表 微 处 理 器 光电脉冲转换器 显示电路 电量存储器 断电机构 系统电源 IC 卡接口电路 的设计提出了较高的要求。 例如:由于电源等引入的强干扰信号很容易导致控制程序指针的弹飞，从而引起 不可预测的后果，比如剩余电量等重要数据的丢失或改变，甚至死机等等。另外， 由于环境温度和湿度等因素的变化较大，因此，在选择微处理器时应该考虑功耗低、 电磁兼容性好和可靠性高的微处理器。 2.2.2 光电脉冲转换器 光电脉冲转换器（又称光电头）由发光器件和光敏器件组成。发光器件采用发 光二极管，光敏器件采用光敏三极管，这样外界的电磁波、可见光等都干扰都不会 影响信号的检测。具体的方法是通过在感应式测量机构的转盘上进行分度并做出标 记，如打孔、铣槽或印上黑色分度线条等，用穿透式或反射式光电头发射光束，采 集转盘旋转的标记得到初始脉冲。其工作原理如图 2-2 所示，当转盘的圆孔转到发 光二极管和光敏三极管之间时，发光二极管发出的光通过圆孔被光敏三极管接受， 光敏三极管便导通，输出高电平；当圆孔转离发光二极管和光敏三极管之间时，发 光二极管的光被转盘遮挡，光敏三极管截止，输出低电平。 T R 图 2-2 光电脉冲转换器的转换原理 光电转换器的功能是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲，此脉冲数也正比 于被测电能，即满足关系式 S / 11 W cc Nmn KK 式中：W 为被测电能，kWh；m 为转换后输出的总脉冲数，imp；代表每输出一 / n 个脉冲转盘应转动的圈数，r/imp；是电能表常数，r/ kWh。 c K 在机电一体式预付费电能表中，电能脉冲采集系统多采用反光式光偶合器。使 用反光式光偶合器可以很方便地将机械电能表的转盘转动圈数转换成电脉冲信号， 且对原机械表不做大的改动。它安装方便，对机械表的原性能几乎没有影响。经过 简单的光电转换得到的初始电能脉冲信号，由于波形不理想，必须先经过整形放大、 限幅限宽等处理，才能送至微处理器处理。 2.2.3 显示电路 显示电路用来显示电表内的剩余电量及 IC 卡的有关操作信息，以便用户能及时 了解电能表的工作情况。 显示电路可以采用电子显示器或机电计数器。电子显示器由 LED 数码管或 LCD 液晶显示板与相应的驱动电路构成。LED 数码管价格便宜，对环境适应能力强，但 耗电量大，寿命短；LCD 数码管具有省电寿命长的优点，但价格相对较贵，对环境 温度要求也比较高。 机电计数器为连续转动的字轮，每个字轮分成 10 个分度并标有数字，表示小数 的字轮与整数的字轮有所区别，机电计数器常用步进电机驱动。 2.2.4 通信接口电路 通信接口电路用来与其它设备进行数据交换，如抄表，进行实时监控等，常见 的接口有 RS-232C，IC 卡、红外通信、电力载波、射频通信、光纤等。 在 IC 卡预付费电能表中，通信接口电路就是 IC 卡座接口电路。IC 卡座是 IC 卡与电能表连接的硬件接口电路，卡座包括与 IC 卡 PCB 板相接触的电气触点，固 定和弹出卡的机械装置，与系统连接的安装座，与内部电路连接的电气终端等。卡 从插口插入并且插到位时，8 个弹簧片触点与 IC 卡上的对应触点相接触，微处理器 利用其中的几个触点串行存取 IC 卡信息。 2.2.5 电量存储电路 电量存储电路用于存储数据，包括用户的基本信息、电表常数、用电量、剩余 电量和控制程序等数据。 如果选用单片机作为微处理器，由于单片机的片内存储容量有限，掉电时会丢 失随机存取的数据。为了安全地存储更多更重要的信息，单片机应该外接内存芯片。 由于电可擦除可改写的内存芯片(EEPROM)中的数据可以长期保存，又不受外 界停电的影响，所以一般采用 EEPROM 作为电量的存储芯片。 2.2.6 断电机构电路 断电机构是预付费电能表的一个重要部件。当表内的剩余电量为零，或者剩余 电量为约定的赊欠电量时，断电机构将自动切断电源。根据负荷电流的大小，断电 功能可以由内部继电器实现，也可以由内部中间继电器驱动外部断路器实现。 断电机构一般都配有主、辅同步联动的两种触点。主触点控制供电，辅助触点 接微处理器，用来判断工作是否正常，进行自诊断。如果断电机构有故障无法跳闸， 则累计透支电量，以保证计量的正确性。 2.2.7 系统电源电路 将输入的交流电压整流、降压、滤波后得到直流5V、12V等电压等级的电压， 供给其他电路。电源部分非常重要，它是电能表工作的动力源，一般由线性或开关 稳压电路构成。 2.3 IC 卡技术 IC 卡是硬件技术与软件技术的高度结合，主要包含以下三个方面的技术:硬件 技术，软件技术以及相应应用领域的业务知识。 硬件技术中包含半导体技术、基板印刷技术、封装技术、终端技术及其它组件 技术等；软件技术包含系统软件技术、应用软件技术、通信技术、信息安全技术和 系统技术等。 2.3.1 IC 卡简介 IC 卡(Integrated Circuit Card)是集成电路卡的简称，是在磁卡之后出现的一种新 型的信息传播媒体，在有些国家和地区称其为智能卡(Smart Card)，微电路卡 (Microcircuit Card)，芯片卡(Chip Card)等等。 国际标准化组织在 IS07816 标准中规定，IC 卡是指在由聚氯乙烯(PVC)或聚氯 乙烯酸脂(PVCA)制成的塑料卡基内嵌入微处理器和内存等 IC 芯片的数据卡。近年 来，由于半导体技术的进步，集成化程度和内存容量有了很大的提高，并使 CPU 和 内存集成在一块芯片上，从而提高了数据的安全性。 IC 卡具有许多优点，比如体积小，存储容量大，不易损坏，可重复使用，数据 安全性好，保密性强等等。IC 卡作为电子货币、身份标识等信息载体，参与部分事 务管理和业务管理，不仅实现了规范化的管理，而且还提高了工作效率。 因此 IC 卡被广泛地应用于金融、交通、医疗、保险、通讯、餐饮等诸多领域。 2.3.2 IC 卡的分类 IC 卡从不同的角度有不同的分类。根据使用方法的不同可分为接触式 IC 卡和 非接触式 IC 卡两类；根据 IC 卡中所嵌的集成电路的不同又可分为存储卡、逻辑加 密卡和 CPU 卡等。 以下是各种类型 IC 卡的特点： (1) 接触式 IC 卡 接触式 IC 卡芯片有 8 个(或 6 个)触点可与 IC 卡的读写器接触，通过电信号完 成信息传递。这种 IC 卡可靠性高，多用于存储信息量大，读写操作复杂的场合。 (2) 非接触式 IC 卡 非接触式 IC 卡的集成电路不向外引出触点，卡内采用射频识别技术，利用电磁 波进行信号传递，在一定的距离内就可以完成读写器信号的收发，实现非接触读写。 这种 IC 卡常用于身份验证，电子门禁等应用场合，卡上记录的信息简单，对读写要 求不高。 (3) 存储卡 存储卡的核心器件是电可擦除的可编程的只读存储器 EEPROM，其特点是存储 数据量大，信息可以长期保存，可以在读写器中擦除和改写。读写速度快，操作简 单。 存储卡上数据的保护主要依赖于读写器中的软件口令以及向卡上写入加密的信 息，软件读出时解密。因此这种 IC 卡安全性稍差。 存储 IC 卡结构简单，使用方便，成本低。主要用于安全性要求不高的场合，如 电话卡，医疗卡等。典型的存储卡有 93046 卡和 AT24C04 卡等。 (4) 逻辑加密卡 逻辑加密卡的核心器件是 EEPROM 及专用的逻辑加密电路，提供了硬件加密手 段。因此不但存储容量大，而且安全性强，既可以保证卡上存储数据的读写安全， 又能进行用户身份的认证。由于密码不是在读写器软件中而是存储于 IC 卡上，所以 几乎没有破译的可能性。 典型代表为 AT88SC1604 卡和 SLE4442 卡等，这类卡只有通过密码认证后才能 对卡中的数据进行改写。因此，逻辑加密卡常用于安全性要求高的场合。 目前使用最多的 IC 卡主要是逻辑加密型卡，这种卡带有多级密码保护，比普通 存储卡安全性能强得多，同时又比智能 CPU 卡的结构简单，不需要复杂的密码计算 过程，而且编程使用方便。 (5) CPU 卡 CPU 卡内集成了微处理器，存储器和逻辑控制电路，存储器中还配有片上操作 系统软件 COS(Chip Operating System)。 CPU 卡上的微处理器可以执行 COS 监控程序，接收从读写器送来的命令和数 据，分析命令后控制对内存的访问。由于这种卡具有智能，读写器对卡的操作要经 过卡上COS，所以保密性更强。另外，微处理器具有数据加工和处理的能力，可以 对读写数据进行逻辑和算术运算，功能强大。 因此，CPU 卡常用于重要的场合，用作证件和信用卡等。 2.3.3 IC 卡内存储区的划分 IC 卡的内存一般划分为四个存储区：用户存储区、保护存储区、保密存储区和 记录区。 (1) 用户存储区 含有不需要保密的公用信息，例如用户名、卡的发行单位等等。 (2) 保护存储区 其内容是供内部使用的，从外部不可读取。在任何情况下，都不允许将存储在 此区域中的数据向外传送。因此，在该存储区内可以存放加密的密钥。 (3) 保密存储区 含有 IC 卡的重要信息，比如卡内余额、允许该卡使用的最高限额和服务等级等 等。只有当持卡人输入正确的密码后，允许读取本存储区的数据，并根据应用情况 写入正确的信息，比如修改最高限额等操作。 (4) 记录区 记录区含有每次操作的细节，可以称作“日志” ，供查询时使用。 3 预付费电能表的设计 3.1 预付费电表的标准及技术指标 3.1.1 预付费电表的国家标准 早在 1996 年，经机械工业部批准，国内发布了机械行业标准“预付费电度表” (JB/T8382-1996)。随着技术的发展，IC 卡预付费技术日趋成熟，为了更好地满足制 造商和用户的需要，参照 IEC 技术规范，又制定了新的国家标准。 国家质量监督检验检疫总局于 2001 年 10 月 8 号批准发布了“IC 卡预付费售电 系统”标准(GB/T18460-2001)。该标准规定了 IC 卡预付费售电系统的组成、基本定 义、基本功能和基本流程:规定了 IC 卡中的基本数据定义、数据传输方式、安全保 证和管理流程;规定了电能表的计量和控制特性。 按照 GB/T18460-2001 的要求，预付费电能表应该具有以下功能: (1) 实现用户先买电后用电的功能 当电能表内剩余电量或剩余金额小于或等于系统所设定的报警电量或报警金额 时，电表应该能够以声、光或其它方式提醒用户；当剩余电量为零或剩余电量为双 方约定的允许的赊欠电量时，电表应该发出断电信号，并控制负荷开关自动切断。 只有当用户输入新的购电量后，电能表才能自动恢复；输入的本次购电量与表 内的剩余电量应该能够叠加。 (2) 具有显示电量的功能 电能表应该能显示累计所用的电量、剩余电量或剩余金额等信息。 当供电线路停止供电时，剩余电量或剩余金额以及其它需要保护的信息不能丢 失。 (3) 具有读写 IC 卡的功能 用户将 IC 卡插入后，电能表除了可以读取卡上的信息，还应该自动将当前剩余 电量或剩余金额、表的状态等信息返写到 IC 卡中，以供 IC 卡预付费管理系统查询。 电能表应能接受由售电管理系统制做的检查卡的检查，并能将当前表的状态信 息返写到检查卡中。 (4) 具有识别有效卡的功能 当用户使用非法卡或进行非法操作时，电能表应该能够辨其真伪，具有一定的 防护功能，在撤消非法卡或进行非法操作以后，电能表应能继续正常工作而且不会 丢失数据。 如果用户原 IC 卡丢失，经过补遗操作后，电能表应能接受新补的 IC 卡，拒绝 原 IC 卡。 3.1.2 预付费电表的主要技术指标 预付费电表的主要技术指标有： (1) 工作电压：220V+20%、50Hz (2) 基本电流：10A (40A) (3) 最大电流：40A (4) 启动电流：50mA，具有防潜动逻辑设计 (5) 电表常数：1600imp/KWh (6) 计量精度：1. 0 级 (7) 工作温度：35+55 (8) 功耗：0.4W 3.2 机电一体式预付费电能表的硬件设计 AT89系列单片机是美国ATMEL公司的产品。AT89系列单片机的内部功能、引 脚的数量和排列方式、指令系统与MCS-51系列单片机完全兼容，因此对于以MCS- 51系列单片机产品为基础的应用系统而言，十分容易进行替换。图3-1是由AT89C51 单片机组成的机电一体式预付费电能表。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:14-May-2010Sheet of File:E:图图图图MyDesign11.ddbDrawn By: EA/VPP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD/P37 17 WR/P36 16 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T0 14 P35/T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/PRDG 30 P31/TXD 11 P30/RXD 10 U1AT89C51 1 2 3 4 D1 BRIDGE1 IN 2 OUT 3 GND 1 U3MC79M05CT +C1 470F C2 0.1F + C3 47F C4 0.1F U4 K1D4 Q1 NPN D2 LED D3 LED R1 5.1K R2 5.1K X1 12MHz TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 U5 NE555 R7 10K VCC R8 10K R9 10K C9 10F C8 10F R10 10K R11 10K VCC VCC Q2 NPN Q3 NPN Q5 NPN Q4 NPN 12 U7A 74LS04 34 U7B 74LS04 56 U7C 74LS04 89 U7D 74LS04 R3 510 R4 510 R5 510 R6 510 VCC 1 2 3 4 5 J2 CON5C5 20pF C6 20pF+ C7 10F R12 10K VCC T1 TRANS1 220V12V 1 2 J1 CON2 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U2 74LS164 R20510 R13510 VCC e 5 a 1 b 2 f 6 c 3 g 7 d 4 IV 12 III 11 II 10 I 9 dp 8 RED4GND GND 4 A2 3 A1 2 A0 1 SDA 8 SCL 7 VCC 5 WP 6 DS1 AT24C04 VCC 图 3-1 机电一体式预付费电能表硬件电路图 3.2.1 微处理器 AT89C51 的介绍 U1 是本系统的核心处理器，使用的是 AT89C51 单片机。以下是 AT89C51 芯片 的介绍： AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内 含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128 bytes 的随机存取数 据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼 容标准 MCS-51 指令系统。芯片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 FLASH 存储单 元。功能强大的 AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用 于各种控制领域。 (1) AT89C51 单片机的主要工作特性 8031CPU； 4 KB 的快速擦写 FLASH 存储器，用于主程序存储，可擦写次数为 1000 次； 256 B 的 RAM，其中高 128 B 字节地址被特殊功能寄存器 SFR 占用； 32 条可编程 I/O 口线； 2 个可编程 16 位定时器； 具有 6 个中断源、5 个中断矢量、2 级优先权的中断系统； 一个数据指针 DPTR； 1 个可编程的全双工串行通信口； 具有“空闲”和“掉电”两种低功耗工作方式； 可编程的 3 级程序锁定位； 工作电源的电压为（50.2）V； 振荡器最高频率为 24MHz； 编程频率 324MHz，编程电流 1mA，编程电压为 5V 或 12V。 PP V (2) AT89C51 单片机的封装及引脚功能 PDIP 封装的 AT89C51 单片机引脚封装排列如图 3-2 所示。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:17-Apr-2010Sheet of File:E:图图图图MyDesign11.ddbDrawn By: EA/VPP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD/P37 17 WR/P36 16 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T0 14 P35/T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/PRDG 30 P31/TXD 11 P30/RXD 10 AT89C51 图 3-2 PDIP 封装的 AT89C51 单片机引脚排列 各引脚的名称、序号及简要功能说明如表 3-1 所示。 表 3-1 采用 PDIP 封装形式的 AT89C51 单片机各引脚及功能说明 序号引脚名称引脚序号功能说明 1P0 口3239 8 位并行双向的 I/O，访问外部存储器时，可作为低 8 位地 址线/数据总线复用 2P1 口18 用户使用的通用 I/O 口，8 位准双向，编程和校验时作为 低 8 位地址线，P1.0 和 P1.1 引脚另有第二功能 3P2 口2128 通用 8 位准双向 I/O 口，访问外部存储器时，可作为高 8 位地址线 4P3 口10178 位准双向 I/O 口，还提供了一些第二功能 5RST9复位信号输入端，高电平有效 6 PP EA/V31访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号/编程电压 7PSEN29外部程序存储器读选通信号，低电平有效 8ALE/PROG30低 8 位地址锁存信号/编程脉冲输入 9 XTAL2 XTAL1 1819芯片内振荡器反相放大器的输出端和输入端 10 CC V40电源电压的输入引脚，4.05.5V 11GND20电源地引脚 其中 P3 口引脚的第二功能如表 3-2 所示。 表 3-2 AT89C51 单片机 P3 口的第二功能 引脚第二功能说 明 P3.0RXD串行数据接收 P3.1TXD串行数据发送 P3.2 INT0 外部中断 0 请求 P3.3 INT1 外部中断 1 请求 P3.4T0定时器 0 外部事件计数输入 P3.5T1定时器 1 外部事件计数输入 P3.6 WR 外部 RAM 写选通 P3.7 RD 外部 RAM 写选通 (3) 省电方式 AT89C51 单片机提供了 2 种省电工作方式:空闲方式和掉电方式。目的是尽可能 地降低系统地功耗。在空闲工作方式中，振荡器继续工作，时钟脉冲继续输出到中 断系统、串行口以及定时器，但却不提供给 CPU。在掉电工作方式中，振荡器停止 工作。两种工作方式都是由特殊功能寄存器中的电源控制寄存器 PCON 的控制位 PD 和 IDL 来定义，PCON 寄存器的控制格式如表 3-3 所示。 SMOD保留位保留位POFGF1GF0PDIDL 最高有效位（MSB） 最低有效位（LSB） 表 3-3 电源控制寄存器 PCON 的格式 各位的功能如下： SMOD：串行口波特率倍率控制位。 POF：断电标志位。 GFl：通用标志位。 GF2：通用标志位。 PD：掉电方式控制位。PD=1，进入掉电工作方式。 IDL：空闲方式控制位。IDL=1，进入空闲工作方式。 电源断电标志位 POF 占据电源控制寄存器 PCON 的第 4 位，当电源上电时将 POF 置 1，POF 也可软件置 1 或者清 0。复位操作对 POF 无影响。 如同时将 PD 和 IDL 置 1，则进入掉电工作方式。PCON 寄存器的复位值为 0XXX0000。 (1) 空闲工作方式 当 CPU 执行完 IDL=1 的指令后，系统进入了空闲工作方式。这时，内部时钟 不向 CPU 提供脉冲，而只供给中断、串行口和定时器部分。CPU 的内部状态维持 不变。 进入空闲工作方式后，有两种方法可以使系统退出空闲方式。一种使任何的中 断请求都可以由硬件将 PCON 的 IDL 清 0 而中止空闲工作方式。另一种退出空闲方 式的方法是硬件复位，由于在空闲工作方式下振荡器仍然工作，因此硬件复位仅需 2 个机器周期便可完成。复位信号直接将 PCON 的 IDL 清 0。 (2) 掉电工作方式 在掉电工作方式下，由于振荡器停止工作，没有振荡时钟，因此，系统将停止 工作。但内部 RAM 区和特殊功能寄存器 SFR 的内容被保留。退出掉电方式的唯一 方法是硬件复位，复位后将所有的特殊功能寄存器的内容初始化，但不改变内部 RAM 区的数据。 在掉电工作方式下，可以降到 2V，但在进入掉电工作方式前，不能降低。 CC V CC V 而在准备退出掉电方式之前，必须恢复正常的工作电压值，并维持一段时间，使 CC V 振荡器重新启动并稳定后方可退出掉电方式。 3.2.2 电源电路 电源电路的设计可以采用两种方法来实现。第一种方法是采用电池供电，需要 注意的是选择合适电池的指标参数与电路相匹配。第二种方法采用如图 3-3 所示电 路，直接