单相电子式预付费电度表单片机期末课程设计

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流单相电子式预付费电度表单片机期末课程设计.精品文档.单相电子式预付费电度表第1节 引 言 电度表作为电能计量工具,在国民经济各部门中得到广泛应用.长期以来,使用的都是机械式感应电度表.它具有耗电多、笨重、需要手工抄表、防窃电性能低等缺点。随着微电子技术的迅猛发展，微控制器（单片机）和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用，使电度表的技术水平和性能得到长足发展。1.1 单相电子式预付费电度表概述 预付费电度表虽然只是普通计量器具，但是由于微控制器引入，对设计者提出了很高的要求。这是因为由电源等引入的干扰很容易导致程序出错，可能引起不可预测的后果

2、，诸如剩余电能等数据的丢失或改变、电度表死机等情况。你家用电脑和普通仪器仪表对死机是允许的，通过人工复位、重新设置等手段就可以恢复，但对电度表而言则是致命的。而且，预付费电度表的工作条件相当恶劣，因此，对其可靠性的要求也相对较高，一般说来主要体现在以下几个方面：1、 常年不间断运行，这要求设备具有高质量和高可靠性。2、 电度表进行校表时要经历最恶劣的慢上下电考验。所谓慢上电是指电度表的电源电压从零到最大的时间太长，不能使单片机很可靠的复位，致使电度表工作异常；慢下电是指电源断开时，单片机的电源不会马上为零，而需要一段时间，在这段时间中，单片机中的程序指针PC可能会出错，即程序跳出正常轨道，出现

3、混乱，甚至陷入死循环。3、 由于主要面向广大群众，要求成本尽可能低，所以在保证可靠性的前提下，要求硬件电路简单。4、 电能的计量关系到用户缴纳电费的多少，涉及经济的事实不允许出现差错，所以电度表要求对电能计量准确、精度高。因此，电度表有多少功能并不是最重要的，关键是做到低功耗、高可靠性。1.2 本设计功能介绍和工作过程预付费电度表具备以下功能:1、用户将存有电能的IC卡插入卡槽,卡中电能被读入表中,同时把IC卡清”0”;2、专卡专用.当有非本机卡或异物插入卡槽时,能及时发现,切断卡座的供电,并在液晶显示屏上给出相应的汉字提示信息。3、电度表正常工作时，液晶显示剩余电能值、已用电能值，并随时改写

4、剩余电能和已用的工作是否正常及用电负荷的大小。4、当表内剩余电能不足20KW.H时，在液晶显示器上显示“请及时购电”以提醒用户余电不多，及时购电。5、当表内剩余电能为0时，自动断电，这时用户不能用电。在用户将重新购电的IC卡插入槽中时，表完成上述第一项的功能，恢复供电。6、有负荷限制功能。当用户电流大于25A时自动断电，1min后恢复供电。7、具有掉电保护功能。掉电时，自动把剩余电能从RAM转储在EEPROM中。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

5、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”。第2节 系统主要硬件电路设计2.1 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

6、数，就可计量出电能。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。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2-1 正弦电流、电压和瞬时功率的波形图在图2-1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

7、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。22 预付费电度表电路工作原理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。2.2.1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。图2-2 SM903构成的电能计量电路2.2.2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

8、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。图2-3 由AT89C52组成的主控电路2.2.3 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。图2-4 液晶显示接口电路2.2.4 IC卡接口电路I

9、C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。图2-5 IC卡接口电路2.2.5 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。图2-

10、6 电能存储电路2.2.6 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。图2-7 掉电检测电路2.2.7 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、R4

11、6、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

12、=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。图2-8 磁保持继电器驱动电路第3节 系统的软件设计系统软件程序设计主要包括:主程序设计，IC卡检测及读写程序，外中断0服务程序（掉电保护），定时器0中断服务程序等。31主程序设计流程图以及相应代码 图3-1 主程序流程图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 LCA

13、LL 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 MAIN132 IC卡检测及读写程序

14、设计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 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 ;执行液晶显示器复位程序 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 ;执行液晶显示器复位程序 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 ;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

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 ;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 RET33外中断0服务程序的流程图以及代码图3-2 外中

19、断0服务程序（掉电保护）流程图外中断初始化程序-DDJCRST: SETB IT0 SETB EA SETB EX0 RET;外中断服务程序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定时器0中断服务程序以及代码图3-3 定时器0中断服务程序流程图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;结 束 语通过这次的课程设计让我明白了自己对单片机的整体运用还不太会，虽然在上课的时候觉得好像自己都懂了，但一旦运用到实现中就不会了，这也充分说明了要想把一种知识学会，一定要到实际行动中去。只有自己动过手才能真正明白自己掌握了多少，什么方面是自己比较陌生的。不过通过这次的课程设计让我的知识也增长了不少。以前我不知道课程