复费率智能电表的单片机软件设计

1、国防科技大学本科学位论文多速率智能电表软件系统设计名字：王发生学位等级申请：本科专业领域：电子计算机目录摘要信息第一章引言1.1单片机的开发1.2重复性计划的需求背景1.3重复性计划的当前技术状态1.4设计的基本目标、实现状态和后续行动第二章MCS-51系列单片机和AT89C51简介2.1 MCS-51系列微控制器2.2 AT89C51的新功能第三章硬件和硬件接口的基本配置3.1系统的近似硬件结构3.1 PCF8583日历时钟芯片简介3.3硬件和软件之间的接口第四章软件及其关键技术分析4.1软件总体思路4.2软件配置4.3模块功能分配和调用关系4.4几种核心算法的说明4.5核心技术分析第五章软

2、件仿真I2C通信5.1 I2C总线协议5.2软件模拟I2C实现5.3问题和解决方案第六章密钥处理6.1密钥功能方案6.2键盘监控程序设计方法综述6.3密钥分析和准备第七章软件使用的抗干扰和容错技术7.1可靠性设计研究7.2抗干扰和容错技术简介7.3系统中使用的抗干扰容错措施第八章系统评价附录1参考资料谢谢。3软件文档和程序列表摘要信息本文主要介绍了AT89C51单片机构再收费智能电能表计费模块设计的方法，并讨论了这些软件问题。重复式排程一律是对其他计量单位计费的节段变更。本文主要介绍了以AT89C51微控制器作为分时测量的核心，有效执行测量模块的时段测量、分时测量、数据显示、数据处理和电源保存

3、和电源恢复的一般技术。这里的重要问题是第一，期间的准确转换。第二，数据的可靠测量和安全保留。为了确保系统实时时钟的准确性，采用了飞利浦PCF8583日历时钟芯片，通过软件模拟I2C总线与89C51和PCF8583进行了有效通信，从而使PCF8583能够在正确的实时时钟和断电时保持数据的稳定。在编写系统监控程序中，使用软件成功模拟了I2C的通信。在现有的直接分析、图形方法、状态分析等基础上，提出了新的键分析技术，并成功使用。综合采用了软件WATCHDOG、重复数据、软件陷阱肼等多种软件的抗干扰容错。为了更好地解决编程、显示、电源存储、通电恢复等问题，通过正确使用系统硬件资源的配置和仔细设计软件的

4、方法，取得了满意的效果。关键字：89C51单片机PCF8583日历时钟复杂调度软件仿真I2C通信密钥分析技术软件抗干扰容错技术软件WATCHDOG第一章引言这次毕业项目的主要任务是使用AT89C51微控制器开发新的多速率智能电能表。设计硬件部分是唐纳德唐做的，我负责软件部分。以下是对此次设计背景的一些介绍。1.1单片机的开发20世纪40年代以来信息和微电子技术的迅速发展对人类生活产生了重大影响。20世纪70年代大规模集成电路的发展，自动化技术的革新迎来了黎明前的曙光微芯片诞生了。单片机(也称为微控制器)是一台将计算机基本部件小型化并集成到单个芯片上的计算机。片包括CPU、ROM、RAM、并行I

5、/O、串行I/O、计时器/计数器、中断控制、系统时钟和系统总线。具有小、低功耗、强大功能、性价比、易于推广应用等显着优势的单片机在自动化设备、智能仪表、过程控制和家电领域的应用越来越广泛。近年来，单片机将专用集成电路应用规范集成电路(ASIC)和精简指令集计算机嵌入式处理器(reduced intruction set computer，RISC)技术集成到嵌入式处理器中可以将单片机集成到更深层次的单片机应用模型中，从而为数据、数值分析、信号处理、智能机器人和图像处理等技术领域提供更强的功能。1974年美国德州仪器公司推出第一款微控制器后，很多企业参与了微控制器开发和生产竞争。目前通用的微控制

6、器至少有50多种系列400多种。典型的型号包括Intel的MCS-51系列、Motorola的MC6805系列和Zilog的Z8系列及其派生产品。我国使用最多的MCS-51系列是我们餐饮工人最熟悉、最多样的性能开发工具，在各个技术领域的科学研究和技术创新、产品开发中发挥着越来越大的作用。开发新的多用率智能电能表也提供了良好的基础。1.2重复性计划的需求背景随着我国国民经济的快速发展，电力资源紧张日益凸显。电力生产的特点是发放、供应、电力同时进行，电力储存的添加难度大、费用高，因此一般决定了发电功率的多少。电力使用明确的时间段也是：电力集中时，电力的增加必须在电网中形成负荷的峰值。相反，如果电力

7、负荷减少很多，就要减少发电电网引起的负荷低变。这种运行状况很不经济，有时还危及电网的安全。电力部门为了保持负载平衡，采取了很多措施，实行多台电价是主要措施之一。随着用电时间的推移，用电量最大的时候，提高用电价格，限制用电是多种电费。降低介电价格，鼓励用电。这样，供电部门有助于提高电网的效率。电力部门可以适当减少电费，避免电力使用量最大的时段的闸门限制现象。这对双方都有利。因此，需要能单独记录不同时间的用电情况的双簧管。目前我国生产的电表大部分是机器总量计，没有再费率功能，从海外进口不仅价格高，质量也不稳定。电力部门迫切需要开发和生产我们自己的重复率表，以便顺利实施多种电价，在电能使用管理中发挥

8、很多积极作用。1.3重复性计划的当前技术状态70年代后期在美国首次出现的多平台(Multitariff Watt Hour Meter)在20世纪80年代初期在我国实施了限制性的引进。主要特征是随着时间的推移，对不同的计量单位进行电力计费，收取多个电价的费用，并提供电力技术和经济管理的数据。综观国内外多种复合式称重仪的生产情况，各厂家设计的结构和选择、使用的技术测量方法很多种，表格量也多种多样，性能也多种多样，但大体上是通过增加基于机械岩表的分时测量和显示功能而制作的。在开发过程中，出现了以下：(I)按工作原理分类：*使用全机械传动机械传动机械；*分时测量和时钟控制都使用电子线路实现的电子。*

9、将电子时钟电路和机器定时部件与机器系数部件混合使用。分时测量模块和机器安培的组合分类：*两相合并的合并；*两相分离的分离；根据功率系数转换方法进行：分类*机械*感应脉冲；*光电转换；在各种表格中，核心内容是工作原理的差异。正如重复性计划的特性和功能所示，重复性计划必须具有以下四个基本组件：电能计量部分，时间调节部分，电能表装置和开关部分，控制及时控制电源。采取某种技术措施有效地实现这一点是问题的根本。费率表首次出现的时候，技术上不成熟，所以大部分是最简单的机械和机电混合。近年来，单片机技术的广泛应用和改进，采用单片机作为分时测量核心单元的复杂比率表成为技术的主流，其余的已经和废弃。此外，随着用

10、户的需求不断提出，复合费率表发展成了分时测量和显示以上的聚合测量、显示、编程、电力数据统计、负载控制信号传输等智能仪器，大部分是：光电脉冲电力信号转换、单片机时间控制、分时测量、需求量功能、红外抄表、数字管/液晶显示器但是，目前出现在市场上的多路复用时间表(包括从国外进口的一些表)经常存在这种不足，例如：时钟误差更多、数据稳定性不高或与计算机的网络连接不完整等。在此基础上，我们决定从各个方面开发和开发更完美的新型复合率智能电能表。1.4设计的基本目标、实现状态和后续行动(I)基本目标根据新型多路复用智能电能表的要求，决定采用AT89C51微控制器和飞利浦PCF8583日历时钟芯片作为主要设备，

11、该设计的基本目标是对其中软件部分进行时段划分、分时测量、数据显示、数据处理和电源存储和电源恢复。PCF8583日历时钟芯片通过I2C接口与外部系统通信，而AT89C51没有I2C接口，因此软件还模拟I2C通信。(ii)实现银河计算技术开发中心开发了使用专用单片机的多速率电能表，并投放市场。软时钟技术)，旨在与原始功能兼容的新表，基本上根据原始产品说明进行显示和编程，并将持续时间从8增加到10的设计和开发。软件无缝实现模拟I2C通信，为系统提供高精度实时时钟。此时，新表软件模块的设计基本完成。(三)后续行动这次毕业设计时间紧迫，任务繁重，软件设计简化了红外测绘仪检测和RS485串行通信，但留下了

12、比较好的界面，红外遥控器只分析键码，使现有程序完成功能可用，RS485串行通信也开始准备尽快将新的复率智能电能表推向市场。第二章MCS-51系列单片机和AT89C51简介2.1 MCS-51系列微控制器MCS-51系列单片机分为3种基本产品3360 8051、8751和8031。包括8051单片机掩码ROM类型程序内存；8751包含多次擦除和重写的基于EPROM的程序内存。8031片没有程序内存，但是具有用户程序的一个或多个EPROM可以在外部扩展，从而提供更大的灵活性。除了不同形式的程序内存外，所有其他结构和功能都是相同的。MCS-51系列微控制器的主要特性包括：*适合控制应用程序的8位CP

13、U* 64K外部程序内存地址空间；* 64K外部数据存储地址空间；* 128/256 Byte内部RAM* 32-56位双向可单独寻址I/O行；* 2至4个16位计时/计数器；*全双工异步串行端口(UART)；* 5-19个中断源/5-11个矢量的中断结构；*片上时钟振荡器；*布尔处理器。2.2 AT89C51的新功能AT89C51是低功耗。4K字节闪存可编程和可删除只读内存(flash programmable and erasable rom，简单PEROM)、128字节RAM、32 I/O线路、2个16位定时/计数器、全双工异步串行端口(UART)我们的实验结果表明，AT89C51被用作

14、非常可靠、性能非常好的芯片，其使用为此次设计提供了很多方便。第三章硬件和硬件接口的基本配置3.1系统的近似硬件结构该系统使用带有4K字节闪存可编程和可删除只读内存的AT89C51微控制器作为中央控制器。使用一个飞利浦PCF8583日历时钟芯片作为系统硬时钟，使用256个Byte RAM作为断电时的数据存储区。使用8位LED 7段显示器作为显示部件，使用4个发光二极管作为峰值和电脉冲指示灯。使用七个按钮将p 2.0至p 2.6连接为系统控制键。用光电子磁头获取电力脉冲信号，将脉冲信号传送到外部中断模式INT1，传送到89C517705块接收电源重置和电源关闭信号，电源关闭信号从INT0连接到89C51。使用变压器作为系统的正常运行电源，一个高能量锂电池作为断电PCF8583冗馀电源，保持系统的实时时钟和数据。3.2 PCF8583日历时钟芯片简介PCF8583是低压源的日历时钟芯片和RAM电路，主要功能特性为：* 4年日历时钟，24或12点格式；*包括串行I2C总线接口；* 256字节RAM，自动字节地址增量；*可编程闹钟。定时和中断功能。RAM的前8个字节(地址00到07)用作可寻址寄存器。其中地址为00的单位是控制/状态寄存器，01 07单位是时钟计数器，地址为08 0f的单位可以编程为空闲或报警寄存