IC卡预付费智能电表的设计.doc

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）摘 要 随着社会生产力的发展和科学技术的进步，电表的使用已经趋向智能化的需求，IC预付费智能电表从技术上满足了电力工业对电能的计算、控制和管理的要求。所谓预付费是指用户“先付费，后用电”。 IC卡预付费智能电表具有多种防窃电功能，起动电流小、无潜动、宽负荷、低功耗，误差曲线平直、长期运行时稳定性好，外形美观、体积小、重量轻、安装方便。论文对其硬件和软件进行设计，硬件电路主要包括电能计量电路、控制电路、显示电路、IC卡接口、电能存储器、掉电检测和电源等模块；软件设计主要有系统初始化程序、主程序MAIN、IC卡检测及读写程序、外中断0服务程序、定时器0中断服务程序等。设计主要通过IC卡单元，专用集成电路SM9903，以及LED显示器等各个单元来完成计费，数据显示。实现智能化电表。关键词 IC卡 预付费 智能电表。Abstract With the development of social productivity and progress of science and technology, the use of intelligent electric meter has been the trend of demand, IC prepaid intelligent meter and meet the requirement of calculation, power control and management of the electric power industry from technology. The so-called prepaid refers to the user first payment, after electricity. Intelligent IC card prepaid meter has multiple anti-theft function, small starting current, no creeping, wide load, low power consumption, error curve straight, long-term operation stability, beautiful appearance, small size, light weight, convenient installation.The hardware and software design, the hardware circuit mainly includes the electric energy metering circuit, control circuit, display circuit, IC card interface, energy storage, power failure detection and power supply module; software design includes system initialization program, main program MAIN, IC card detection and reading and writing program, external interrupt service program, 0 timer 0 interrupt service program. The design mainly through the IC card unit, special integrated circuit SM9903, and LED display unit to complete billing, data display. The realization of intelligent electric meter.Keywords IC card prepaid smart meter.II兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）目 录1. 绪 论11.1 课题背景11.2 课题意义11.3 国内智能电表的发展21.4 国外智能电表的发展21.5 智能电表的发展趋势22. IC卡预付费智能电表工作原理42.1 IC卡预付费智能电表概述42.1.1 IC卡介绍42.1.2 lC 卡电能表管理信息系统的简介42.1.3 IC卡预付费智能电表概述52.2 预付费电度表工作过程及基本原理52.2.1 预付费电度表工作过程52.2.2 有功电能测量的基本原理63. 预付费智能电表硬件设计93.1 硬件设计93.1.1 电能计量系统方案设计93.2 预付费电度表电路113.2.1 电能计量电路113.2.2 控制部分123.2.3 显示电路123.2.4 IC卡接口电路143.2.5 电能存储器143.2.6 掉电检测电路143.2.7 磁保持继电器驱电路154. 系统的软件设计174.1 主程序设计流程图以及相应代码174.2 IC卡检测及读写程序设计184.3 外中断0服务程序的流程图以及代码224.4 定时器0中断服务程序以及代码24结 论34致 谢35参考文献36IV1. 绪 论1.1 课题背景电能表是我国电工仪表行业中产量最大，应用最广的产品。尤其近年来房地产业的迅速发展，为电能表需求的上升及保持行业发展的相对稳定起了保障作用。随着电子信息技术的发展，电子式、多功能、高精度、多费率、自动抄表等产品的优势突显，形成电能表的发展主流。城乡电网的改造，使电工仪器仪表行业步入了快速发展的轨道，同时也为行业企业提供了一个科技创新的平台，电工仪器仪表生产企业抓住机遇，通过对国外先进技术的兼收并蓄，并高标准高起点自主开发了一系列高技术产品，因此研究本课题具有重要的实用意义。1.2 课题意义近几年，国家连续出台多项相关政策，尤其是国家十一五规划期间，对电工仪表的投入达到了前所未有的程度，政策带动了电能表需求的平稳上升。未来5 年将对本行业带来影响的政策主要包括分时电价政策和民用电收费及装备发展政策。2003 年，国家发改委出台了关于运用价格杠杆调节电力供求合理用电有关问题的通知。在保持电价总体水平基本稳定的前提下，大力推行峰谷分时电价，鼓励发电企业充分利用发电能力，促进用户用电移峰填谷。政策的出台，为复费率电能表的生产带来广阔的市场空间。面对新的形势，全面提高电子式电能表，尤其是技术含量高的产品的市场竞争力，重点突破多费率表和多功能表的现状，使电能表从数量优势向技术优势转变是电能表产业的发展趋势。电子式电能表是今后一段时间内的发展主流，技术含量高的产品发展空间大，经济效益也好，更应该作为今后发展重点。而要发展电子式电能表，核心技术是关键。IC卡预付费电表是为了满足社会生产力的发展和科学技术的进步，而研制的，具有分时段计费、使用之前预先收费和用点管理现代化等功能的新型电能表。是以IC卡作为电能量值数据传输媒介，在电能表中加入负荷控制等功能模块，实现电量的抄手和电量的结算功能的智能型电表。采用IC卡预付费电表，可以改变现有的收费和管理模式，使得更加有效快捷，用IC卡实现预付费，实现先付费后用电，IC卡结算的管理模式，使电费收取更加及时方便，减少迟交，欠交现象。供电公司建立了用户信息管理系统，存储在IC卡内，保证一户一卡，实现了科学管理，信息系统里有完善的财务核算系统，也使工作人员的日常工作实现自动化，科学化，减少出错概率，提高服务质量。另一方面IC卡电能表的IC卡缴费功能更可以让用户了解自家用电的情况。1.3 国内智能电表的发展目前我国感应式表占据市场。由于价格使用条件等的制约，城网用户推广电子式较多，成为市场主流。2000年初，电力供应紧张，国家试行并加大两部制电价和分时计费的应用范围，上海市推行黑白表也使的多费率电表得以迅速发展，促进了电子式多费率电能表的使用。2002年，国家发改委正式发布推荐使用分时计费的产业政策。在市场的推动下，电子式电能表发展迅速。中国目前已成为世界电能计量行业最具活力的市场。1.4 国外智能电表的发展IC卡又称集成电路卡，是1974年一名法国新闻记者发明的，而后随着各行业的服务意识增强，使得IC卡技术的发展越来越迅速，应用也越来越广泛。而电能表更是发展迅速。瑞典、芬兰、挪威等北欧国家和法、英、德、西班牙、意大利等西欧国家，目前已全部完成了工商用户电能表的100%电子化。居民用电表正在逐步向电子化过度，如法国2001年起已停止购装感应表；意大利也从2005年开始逐步把感应表更新为自动抄表的电子表；而英国目前已有80%居民用上了电子式表。1.5 智能电表的发展趋势1880年电能表诞生。19世纪末感应系电能表的制造理论就已基本形成。后来，为适应工业化和电能管理现代化发展的需求，电子式电能表应运而生。最初的电子式电能表仍基于感应系测量机构，只是表盘的旋转变成了电脉冲，随后出现了基于各种乘法器原理的电子式电能表。电能管理现代化需要访问多种信息并要求决策与电价器具之间能双向通信。数字乘法器型电子式电能表扩展功能方便，适合与配电自动化系统集成，将成为电子式电能表的主要发展方向。经过多年的发展，电力已经成为国家最重要能源之一，并逐步满足了工业用电和居民用电需求，解决了电力能源的供需矛盾。同时，电子技术、计算机技术和网络技术的发展，给供电部门和用电部门、居委会或物业管理部门在供用电管理的规范化、自动化和收费网络化方面提供了可能。在电度表改造或研制方面，出现了磁卡式电表、电卡式电表、IC卡电表、全电子电表、带有通信接，的电度表等多种类型的表计。在抄表方式上，使用远程自动抄表系统，解决了传统手工抄表方法存在的速度慢、可靠性差、自动化程度低等问题。经过几年的实际应用，收到了较好的效果，已成为我国用电管理的主流。智能电表大体可分为两类：带有微处理器的机电式和全电子式。集电式借用原感应式电表的机芯，通过光电传感器读取转盘转数来测量用户的用电量，如磁卡式电表、电卡式电表，IC卡电表等；而全电子式电表则采用电压电流隔离成本较低，主要用单项电表，适合于居民用户使用。全电子式电表主要用于三相电计费，针对企业应用。为了实 现远程自动抄表，应选择配有通信接口的智能电表。2. IC卡预付费智能电表工作原理2.1 IC卡预付费智能电表概述2.1.1 IC卡介绍随着微电子技术的迅猛发展，微控制和大规模集成电路在电能计量领域广泛应用，使度表的技术水平和性能得到长足发展。一般情况是用户先用电，再由电管部门抄表，用再付费。所谓预付费是指用户 “先付款，后用电” ，符合一般商品的消费特点。必须有一种媒介把用购买的电量送入电度表内，这种媒介就是 IC 卡。购电是在微机外连接一专用 IC 卡读写器，与用高级言编写的售电管理软件一并构成售电管理系统。户将写有电量的 IC 卡插入预付费电度表的卡槽，在单片机的控制下将卡中电量读出，且写入表内EEPROM 中，同时把 IC 卡中清 “0” 。电子式预付费电度表集计量技术、电子技术、自化控制及计算机技术于一体 ,其原理是利用电能量集成电路对电压、电流取样信号进行计算处理 ,输出与有功功率成正比的频率信号(脉冲) ,微处器通过对脉冲计数来计算所消费的电量。单相电子式预付费电度表的主要功能:(1) 用户将本机的 IC 卡插入卡槽 ,按一下按钮 ,卡中电量读入表内 ,与表内原电量相加 ,然后写入表内EPROM 中 ,同时把 IC 卡清“0”；(2) 计量和显示能功能 ,使用户直观地了解电表工作是否正常及电负荷的大小；(3) 电量不足语音报警功能 ,即当表内剩余电量为 10 kWh 时 ,每隔半分钟语音报一次 ,以此提醒用户剩余电量不多 ,及时购电；（4）有负荷限制功能。当用电电流 25 A (负荷限由供电部门设置)时 ,发出语音报警提示；(5) 防电及掉电保护功能。2.1.2 lC 卡电能表管理信息系统的简介（1）IC卡电表系统是以IC卡安全技术为核心实现售电的智能化管理系统，达到一户一表、先买后用的目的，能够杜绝费用拖欠和流失现象，同时保证销售和供应过程的可靠性和安全性，利用很高的安全机制有效地防止恶意攻击和欺诈行为，供电公司作为应用提供方(Service Provider)，能够把整个系统应用置于自身全面的安全控管之下。（2）IC卡电表预付费系统采用智能卡(CPU卡)作为银行购电用户卡，同时采用嵌入式安全模块ESAM (Embedded Security Access Module)，在电表内实现安全数据存储以及和用户卡之间的相互认证和线路加密保护，达到了很高的安全水平。由于采用了符合国际、国家标准的智能卡和ESAM安全模块的应用模式，具备了安全性、灵活性、开放性、标准化、潜在的一卡多用以及容易移植和升级等众多方面的优点。（3）对于城市售电管理这样一个社会影响大、应用面广、使用时间长、安全性和可靠性要求高的系统工程项目，IC卡电表系统同时也考虑了延长产品和整个应用系统的生命周期等多方面的因素，因而具有较高的性能价格比，也符合国内外发展的趋势和潮流。（4）售电管理软件基本上均是采用3层B/S结构的广域网网络版，同时采用银联接1：3同银行联网，采用多种售电方式，具有强大、灵活的查询功能，完善的安全机制等。2.1.3 IC卡预付费智能电表概述IC卡式单片机预付费电度表是一种新型的IC卡式预付费仪表，具主要包括电能计量系统和预付费系统。电能计量系统采用成熟的电子式电能表技术，整体结构合理、工艺先进，实现电能测量、电能值显示、超负荷断电等功能，并具有电子式电能表的各种优点；预付费系统主要利用IC卡实现先付费、再用电。该表在设计过程中，充分考虑到在线仪表的特点，在可靠性和抗干扰能力方面采取了一系列措施，完全符合电磁兼容性标准。该产品各项性能指标符合JBT8328-1996预付费电度表标准中对单相电子式预付费电能表的全部技术要求。结合用户的群众性及经济利益等诸多特殊要求与条件，本电度表引入微控制器，其具有更多的技术特点和优越功能，具体如下：(1) 采用新型IC卡，一户一卡，互不通用，具有良好的可靠性和安全性。(2) 具有负荷设定功能，超负荷跳闸功能并记录超负荷次数（可选功能）(3) 可在20A电流下长期工作，温升小于30度(4) 具有数据回写功能，回写累积电量，剩余电量，超负荷次数，非正常用电时间，电能脉冲常数至售电系统，便于电力部门管理。(5) 剩余电量为0时跳闸断电，此时若用户使用短路方式窃电，该表可记录窃电时间，并回写至售电系统。(6) 剩余电量不足报警。(7) IC插座自保护功能，当金属片等异体物质插入IC插座时，读卡部分自动保护但不影响正常计费和其他功能，确保电表不会损坏。2.2 预付费电度表工作过程及基本原理2.2.1 预付费电度表工作过程结合系统设计的要求，我们可知，预付费电度表的工作过程如下：（1）上电时，在液晶屏上显示“电子电能表”。随后将存放在EEPROM中的剩余电能调出到RAM中；（2）当单片机工作正常时，能显示剩余电能和已用电能；（3）当有本机IC卡插入卡槽时，根据有电卡和无电卡（空卡）做出不同的处理。若为有电卡，则显示“正在读卡，主稍候”。稍候显示：“请抽卡”。这时卡中的电能被写入表中，且将卡清零；若为空卡，则显示“空卡”；（4）当用电时，剩余电能递减，已用电能递增；（5）当插入无效卡时，系统提示“IC卡型号不对，请换卡”；（6）当电用完时，切断电源，并显示：“电用完，请及时购电”；（7）液晶显示器显示的内容与处理，如表2.1所示。表2.1 液晶显示器显示内容以及处理显示内容处 理超负荷密码有误卡短路非法卡读写错误电子电能表正在读卡，请稍后请抽卡空卡减少用电负荷非本机卡，请换卡卡座的电源短路，可能是认为破坏IC卡型号不对，请换卡IC卡可能已坏，请换卡上电复位将IC卡中数据送入表中，清IC卡IC卡已读写完所插IC卡无电能2.2.2 有功电能测量的基本原理本设计采用有功电能测量集成电路SM9903，芯片内部包含了四象限模拟乘法器、积分器、电压/频率转换器VFC、计数器（分频器）及控制逻辑，它能将正弦电压和电流相乘后，转换为频率输出。只需对输出脉冲累计计数，就可计量出电能。SM9903内部电路模型如图2.2所示。在正弦稳态情况下，设正弦电压和电流分别为： (2.1) (2.2)式中，u为交流电压瞬时值，i为交流电流瞬时值，U为交流电压有效值，I为交流电流有效值，为交流电的角频率，=u-i为电压电流的相位差。四象限模拟乘法器积分器V/F转换器图2.2 SM9903内部电路模型示意图经四象限模拟乘法器相乘后的瞬时功率为： （2.3）可见，瞬时功率有恒定分量UI和正弦分量两面三量两面三刀部分，正弦分量的频率是电压（或电流）频率的两倍。图2.3所示为正弦电流、电压和瞬时功率的波形图。图2.3 正弦电流、电压和瞬时功率的波形图在图2.3中，u是瞬时电压，i是瞬时电流，p是瞬时功率。瞬时功率p经积分器后，得有功功率P，即P= （2.4）以上分析表明，有功功率P为恒定分量，将正比于P的电压经V/F变换后，输出的是频率随P变化的脉冲，只需将脉冲累计计数，则计数值N即为电能。 373. 预付费智能电表硬件设计3.1 硬件设计预付费电度表根据设计任务的需要，其硬件电路主要包括电能计量电路、控制电路、显示电路、IC卡接口、电能存储器、掉电检测和电源等模块。电能计量电路：采用电子电度表专用集成电路SM9903。芯片内部包含了模拟乘法器、电压N频率转换器、VFC、计数器（分频器）及控制逻辑。控制部分为整个电能表的心脏，实现电能脉冲、掉电信号、IC卡信号、串行EFPROM数据的采集和读写，完成显示驱动模块的控制和继电器的驱动等功能。显示电路：采用液晶显示，其特点是显示内容丰富（可显示汉字），功耗小，可靠性高，电路简单。IC卡接口电路：采用Atmel公司的存储IC卡AT23C01,用于存储由售电管理系统写入密码、卡号、电度数等。预付费电度表主要包括电能计量系统和预付费系统。电能计量系统完成了电能测量、电能值显示、超负荷断电等功能；预付费系统主要是利用IC卡实现先付费，再用电的模式。前者追求可靠性，后者追求高安全性。因为预付费系统在此设计中并非重点，所以接下去仅对电能计量系统方案进行设计和论证比较。3.1.1 电能计量系统方案设计根据电能计量系统的功能要求，有以下一些设计方案，对各类方案进行描述并比较论证，得出结论。方案一：机械电子式前置通道采用原感应式电度表电路，通过对转盘转动圈数的计数来测量电能。具体方案是在转盘上涂上大约1cm的“黑条”，在转盘上方或者下方设置一红外线发射接收对管。当红外线照射在“黑条”处，红外线被吸收，无反射，即接收管接收不到红外线；当红外线照在其他部分时，被反射，接收管能接收到红外线。这样转盘每转一圈，产生一个脉冲，再通过对脉冲的整形、计数、显示完成电能的计量。这种方案显示直观，读数容易。但它仍然具有机械式感应电度表的缺点，即耗电多，笨重。方案二：模数转换式对电流和电压分别采样，再通过A/D转换器转换成数字信号，然后送入单片机进行相乘运算。并在CPU中设置一个定时器定时对功率进行累加，其系统如图3.1所示。这种方案对信号的采样速度快，但A/D转换器的精度要求高，而且由于电网的电力谐波引入前置通道，导致A/D转换后产生错误数据。为抑制这种干扰，必须在软件上加数字滤波器或在硬件上采用隔离放大器和高精度的运算放大器。这将增加CPU的负担和硬件电路成本，其方案可行而不可取。A/D变换IU变换A/D变换CPU液晶显示器控制键盘IC卡卡座 图3.1 方案二的系统图方案三：电压频率转换式IU变换模拟开关过零检测过零检测V/F转换CPU液晶显示器控制键盘IC卡卡座采用电压/频率（V/F）转换器加单片机实现对电流和电压的A/D转换。这样，模拟通道中本身的干扰信号被抑制。无须专门的A/D转换器，大大减小了硬件成本。CPU只需对V/F转换后的脉冲进行定时计数，便可测出电压和电流的数字量。同时，电压和电流分别经过零检测电路。将过零脉冲送CPU处理，得出电流和电压的相位差，经过查表得功率因数（cos），按公式P=UIcos计算，便得有功功率，再定时累加就是电能值。系统框图如图3.2所示。 图3.2 方案三的系统图这种方案CPU要实现读写卡控制、求功率因数（cos）、电能计算等功能，负担较重，一般的MCS-51、MCS-96和PIC系列单片机难以胜任。3.2 预付费电度表电路预付费电度表的硬件电路可分为电能计量电路、显示电路、IC卡接口、电能存储器、掉电检测和电源几大模块。下面分别介绍各部分电路。3.2.1 电能计量电路电能计量电路采用了电度表专用集成电路SM9903。SM9903采用3m硅栅BICMOS工艺制成。电路设计先进，内部集成有缓冲放大器、乘法器、V/F型A/D转换器等电路。本芯片模拟部分和数学部分可分开供电，所以可靠性较高。封装采用DIP20塑封。SM9903是将取自电阻网络的交流电压和交流电流信号进行放大。应用乘法器将功率转换成电压，再通过V/F（电压/频率转换）型A/D转换器等电路将电压信号转换成可供MCU读取和直接驱动步进电机的数字信号。SM9903同时具有测量负向有功功率的功能，测量负向有功功率以正向有功功率计算，并通过IND（9脚）输出负电平以指示测量负向有功功率。如图3.3所示，此即为由SM9903构成的电能计量电路。该电路采用340的锰铜片作为电流采样电阻，用精密金属膜作为电压采样电阻。C4、R17、VD1、VD2、C8、C9、VZ1、VZ2为电容降压式电源，为SM9903提供5V的工作电压。32768Hz为表用晶体振荡器，为SM9903提供时钟。C6、C7为积分电容。R8为参考电压调整电位器。本电路无须机械计数器。图3.3 SM903构成的电能计量电路3.2.2 控制部分 控制部分为整个电度表的心脏,实现电能脉冲、掉电信号、IC卡信号、串行EEPROM数据的采集与读写，完成显示驱动模块的控制和驱动等功能。单片机的选择是决定电度表性能的关键因素，本设计采用MCS-51系列单片机，其特点是通用强，堆栈丰富和编程容易。51系列单片机的指令系统中，2-3B的指令很多。当程序指针PC跳飞至某条指令的中间时,会把操作数当成指令码执行而引起混乱,这一致命的弱点将导致电度表的可靠性下降。本设计选用Atmel公司的AT89C52，其内部有8KB的程序存储器，无须外部扩展，使硬件电路简单，电路图如3.4所示。图3.4 由AT89C52组成的主控电路3.2.3 显示电路本系统采用液晶显示器。其特点是显示内容丰富（可显示汉字），功耗小，可靠性高，电路简单。器件型号是：SMG12232B-2，显示容量为122*32点阵。采用总线方式连接。显示电路如图3.5所示。图3.5 液晶显示接口电路图3.6 IC卡接口电路3.2.4 IC卡接口电路IC卡接口电路采用的是Atmel公司的存储IC卡AT24C01，用于存储由售电管理系统写入的密码、卡号、电度数等，是电管部门与用户连接的桥梁。为了提高IC卡操作的可靠性，必须有卡上下电控电路、卡插入检测电路、卡短路检测电路等辅助电路，结合软件可以大大提高其读写的准确性和可靠性。IC卡接口电路如图3.6所示。3.2.5 电能存储器电能存储器由串行EEPROM和上拉电阻组成，在串行时钟和数据端接了上拉电阻R25和R27，分别连接到IC4的P3.0和P3.1 端。串行EEPROM选用AT24C04，AT24C04为低电压（2.5V-5.5V）、长寿命（可擦写10万次以上）器件。在掉电时存储剩余电度数。电能储存电路如图3.7。图3.7 电能存储电路3.2.6 掉电检测电路掉电检测电路比较器（运放LM393）、电压基准LM336（2.5V）、R31、R32、R33、R34、R35、R36和二极管VD7组成。电路如图3.8。R31为VZ3提供合适的工作电流，VZ3上端作为电压基准，R32、R33对5V电压分压，为VZ做比较。电源电压正常时，V-V+，比较器输出高电平；当电源掉电时，V-跟随电源电压下降，而V+在一定时间内保持2.5V不变。当下降到V-V+时，比较器输出低电平，使微处理器产生外中断，做掉电处理。VD7、R36为施密特电路，是为了避免电压在阀值左右波动时引起反复的写操作。图3.8 掉电检测电路R31为VZ3提供合适的工作电流，VZ3上端作为电压基准，R32、R33对5V电压分压，为VZ做比较。电源电压正常时，V-V+，比较器输出高电平；当电源掉电时，V-跟随电源电压下降，而V+在一定时间内保持2.5V不变。当下降到V-V+时，比较器输出低电平，使微处理器产生外中断，做掉电处理。VD7、R36为施密特电路，是为了避免电压在阀值左右波动时引起反复的写操作。3.2.7 磁保持继电器驱电路磁保持继电器使电器能使电磁线圈中保持上次驱动脉冲所注入的磁场不变，即在正常工作时不需要加驱动电流，只在需要改变触点状态时加上200ms左右的反向脉冲即可。随后不需要任何驱动。这就大节省了能量，降低了功耗。磁保持继电器由AT89C52的P1.0、P1.1发出控制信号，P1.1为高电平时线圈中有正向电流，P1.0为高电平时线圈渡过反向电流。驱动电路由电阻R21、R45、R46、R47、R48、R49、R50、R51、PNP三极管VT1、VT4，三极管VT5、VT6、VT7、VT8组成。L为电磁圈。当P1.1=1、P1.0=0时三极管VT4、VT7、VT8导通，而VT1、VT5、VT6截止。流经L的电流方向为+12VVT4的E极VT4的C极线圈B端线圈A端VT7的C极VT7的E极地，继电器触点接通；当P1.1=0、P1.0=1时三极管VT4、VT7、VT8截止，而VT1、VT5、VT6导通。流经L的电流方向为+12VVT1的E极VT1的C极线圈A端线圈B端VT6的C极VT6的E极地，继电器触点断开。当P1.1=P1.0=0时，所有三极管均截止，线圈无电流。P1.1=P1.0=1是不允许的情况，因为这时所有的三极管导能，功耗很大。磁保持继电器驱动电路如图3.9。图3.9 磁保持继电器驱动电路4. 系统的软件设计硬件是系统的基础，则软件是系统的灵魂。为求的高可靠性要求的电度表，我们针对该系统的特征对其进行系统模块化程序结构，本系统的软件设计主要依托于硬件设计，采用模块化编程，可分为系统初始化程序、主程序MAIN、IC卡检测及读写程序、定时器0中断服务程序、外中断0服务程序（掉电保护）等。4.1 主程序设计流程图以及相应代码 主程序是程序的核心，主要判断是否有卡插入、是否有键按下，基于此种判断是否需进行相关操作运行。下面就是主程序的算法流程图和相关程序代码。开 始初始化是否有卡插入卡操作是否有键按下读键值显 示YYNN图4.1 主程序流程图主程序程序清单：ORG 0100HMAIN: MOV SP,#60H ;堆栈设置 LCALL DIRRST ;执行显示复位程序 LCALL KEYRST ;执行键盘复位程序 LCALL AT24RST ;执行E2PROM复位程序 LCALL AT24RSTI ;执行IC卡复位程序 LCALL DDJCRST ;设置中断 LCALL DLCSRST ;设置定时器MAIN1: LCALL KEY ;执行键扫描程序 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 ;执行液晶显示器复位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILLMAIN4: LCALL DIR ;执行显示程序MAIN5: LCALL ICK ;执行IC卡检测及读写程序 AJMP MAIN14.2 IC卡检测及读写程序设计IC卡检测程序清单：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 ;执行液晶显示器复位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILL LCALL DIR MOV DEL,#60 LCALL DELY MOV SEE,SEERR RETICK3: MOV MRDI,#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 ;执行液晶显示器复位程序 MOV A,#00H LCALL 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 ;执行液晶显示器复位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILL LCALL DIR MOV DEL,#60 LCALL DELY MOV SEE,SEERR RETICK6: MOV SEERR,SEE MOV SEE,#8 MOV SEER,SEE LCALL LCDRESET ;执行液晶显示器复位程序 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,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 ;执行液晶显示器复位程序 MOV A,#00H LCALL LCDFILL LCALL DIRICK7: JB K2,ICK8 SJMP ICK7ICK8: SETB VCCI MOV SEE,#2 RET4.3 外中断0服务程序的流程图以及代码外中断0主要用于实现电能的掉电保护，当电源突然断开时，由于掉电保护的作用，使单片机产生中断，迅速将电能保护到AT24C04中去，以便下次来电时重新恢复电能值。以下为程序流程图和程序代码清单。中断入口保护现场将剩余电能存入EEPROM中恢复现场中断返回图4.2 外中断0