【正文】 7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIP其中：WIP（WriteInProgress）位是易失性只讀位，用于指明器件是否忙于內(nèi)部非易失性寫(xiě)操作。WEL=1時(shí)，表示是易失性只讀位。這連個(gè)非易失性可用WRSR指令來(lái)編程，并允許用戶(hù)保護(hù)EEPROM陣列的1/1/全部或0。然后再次拉低,最后送入WRSR指令及對(duì)應(yīng)狀態(tài)寄存器內(nèi)容的8位數(shù)據(jù)即可。圖321 X5045與CPU連接電路圖 顯示模塊 本智能電表系統(tǒng)需要顯示電表機(jī)號(hào)、電流互感器系數(shù)、電量等數(shù)據(jù)，無(wú)需文字顯示，八位LED數(shù)碼管即可完成顯示任務(wù)，故我們選擇8位LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器MAX7219。此外它還支持多片7219串聯(lián)方式，這樣MCU就可以通過(guò)3根線(xiàn)（即串行數(shù)據(jù)線(xiàn)、串行時(shí)鐘線(xiàn)和芯片選通線(xiàn)）控制更多的數(shù)碼管顯示。數(shù)字的譯碼和非譯碼選擇 共陰極LED驅(qū)動(dòng) 它不僅要向寄存器寫(xiě)入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)，MAX7129的控制字格式如表39。工作時(shí)序圖見(jiàn)圖323表39控制字（即地址及命令字節(jié)）DFDEDDDCDBDAD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0XXXX地址碼高位 數(shù)據(jù) 低位圖323 MAX7219讀寫(xiě)時(shí)序圖各類(lèi)寄存器介紹（1）數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器MAX7219內(nèi)部的寄存器主要有：譯碼控制寄存器、亮度控制寄存器、掃描界限寄存器、關(guān)斷模式寄存器、測(cè)試控制寄存器。實(shí)際應(yīng)用中可以按位設(shè)置選擇B譯碼或是非譯碼方式。這個(gè)電阻可以是固定的，也可以是可變電阻，通過(guò)前面板控制以選擇合適的亮度：。調(diào)制器將段電流平均分為16個(gè)階次，最大值為由Rset設(shè)置的最大電流為31/32，最小值為電流峰值的1/32。為了滿(mǎn)足掉電模式最低的工作電流，邏輯輸入應(yīng)該在GND或V+(CMOS邏輯電位)。在此狀態(tài)下，8個(gè)數(shù)據(jù)都將被掃描，工作周期為31/32，表313列出了顯示檢測(cè)寄存器的格式。RS232于1962年發(fā)布作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠(chǎng)家產(chǎn)品之間的兼容。 表格314列出了三種串行通信標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。3V177。同時(shí)，RS485 電路具有控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。在RS485 器件中，一般還有一個(gè)“使能”控制信號(hào)。在接收發(fā)送器的接收平衡線(xiàn)上，電平范圍通常在200mV至6V 之間。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－485電平的功能。 75LBC184與單片機(jī)連接圖如圖328所示圖328 75LBC184與單片機(jī)連接圖 紅外通信模塊 本智能電表系統(tǒng)需要完成與抄表器數(shù)據(jù)傳輸功能，紅外通信具有控制簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、傳輸可靠性高的特點(diǎn)，是一種較為常用的通信方式。發(fā)送端采用脈時(shí)調(diào)制（PPM）方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。其中脈沖振蕩器選用38K晶振，用于產(chǎn)生載波信號(hào)；紅外發(fā)射管用來(lái)發(fā)射950nm的紅外光束。38K晶振與電阻、電容及與非門(mén)組成振蕩器以產(chǎn)生38KHz頻率載波，并通過(guò)與非門(mén)對(duì)串行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。圖330 紅外發(fā)射模塊電路圖 圖331 紅外發(fā)射調(diào)制時(shí)序圖 （2）紅外接收模塊的實(shí)現(xiàn) 圖332為紅外接收的工作方塊圖，其主要控制組件為紅外接收模塊，其內(nèi)部含有高頻載波電路，專(zhuān)門(mén)用來(lái)濾除紅外線(xiàn)合成信號(hào)的載波信號(hào)（38KHz）而送出發(fā)射器的控制信號(hào)。 系統(tǒng)中我們將紅外接收器輸出數(shù)據(jù)直接連接到單片機(jī)的串口接收RXD端，單片機(jī)讀取串口接收緩沖寄存器并譯碼即可還原信息。 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序流程圖如圖41所示，主程序首先完成對(duì)X504MAX7219的初始化，設(shè)置串口工作方式，開(kāi)中斷，然后重復(fù)調(diào)用鍵盤(pán)掃描程序，計(jì)量脈沖程序，數(shù)據(jù)對(duì)EEPROM寫(xiě)入程序等。表41 鍵盤(pán)引腳分配表列L1列L2列L3列L4行H10鍵1鍵2鍵3鍵行H24鍵5鍵6鍵7鍵行H38鍵9鍵A鍵B鍵行H4MENU鍵D鍵E鍵F鍵鍵盤(pán)處理程序中定義以下存儲(chǔ)單元變量，以便于程序編寫(xiě)和閱讀，流程圖見(jiàn)圖42。設(shè)置位置計(jì)數(shù)器鍵盤(pán)程序可分為鍵值判斷程序和鍵盤(pán)處理程序兩部分。 YNYNYNNYYNNY開(kāi)始CF1=0?延時(shí)20msCF1=0?CF1=1?返回65H=99?66H=99?67H=99?65H+166H+165H=067H+166H=065H=067H=066H=065H=0圖44電能脈沖計(jì)量子程序流程圖 MAX7219初始化及顯示程序本智能電表顯示部分選用可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示八位LED管的MAX7219，它采用SPI總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)方式，有CLK、DIO、LOAD三根驅(qū)動(dòng)線(xiàn)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳在程序中定義變量如下。7219數(shù)據(jù)裝載信號(hào)輸入端 MAX7219 初始化MAX7219的初始化需要對(duì)顯示位數(shù)、顯示亮度、譯碼方式、顯示模式等寄存器的設(shè)置，具體如表42所示。BUFFLED1中40H、41H存儲(chǔ)電表機(jī)號(hào)，42H～47H存儲(chǔ)電能數(shù)據(jù)；BUFFLED2中48H、49H存儲(chǔ)電表機(jī)號(hào)，4AH～4FH存儲(chǔ)電流互感器原副邊系數(shù)。7219顯示緩沖區(qū)2NYNYR1=RAM0，R3=08寫(xiě)數(shù)位及顯示數(shù)據(jù)R3=0?R0+1，R1+1，R31返回FLAG=0?R0=BFLED1首地址R0=BFLED2首地址開(kāi)始圖 46 顯示程序流程圖 X5045相關(guān)程序X5045集串行EEPROM、電壓監(jiān)控、看門(mén)狗于一體，采用SPI總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，有SCLK、SI、SO、CS四根驅(qū)動(dòng)線(xiàn)。X5045片選端WP EQU 。其中EEPROM讀寫(xiě)程序流程圖見(jiàn)圖47和圖48。表43 RS485初始化設(shè)置表寄存器 設(shè)置寫(xiě)入數(shù)據(jù)功能TMOD20HT1工作方式2PCON80H波特率加倍TH10F3H波特率為4800bit/sTL10F3HEXO‘1’允許INT0中斷SCON50H串口工作方式1智能電表系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,其中R3存的是發(fā)送的數(shù)據(jù)位數(shù)；0FFH是上位機(jī)要求發(fā)送數(shù)據(jù)指令；，高電平時(shí)接收允許，低電平時(shí)發(fā)送允許。電能表紅外通信采用串口通信，并采用串口中斷方式。波特率加倍 MOV TMOD, 20H 。開(kāi)串口中斷 CLR 。分析測(cè)試結(jié)果可知，本次設(shè)計(jì)的三相智能電表系統(tǒng)已達(dá)到1級(jí)精度要求。由此可知，紅外通信功能擴(kuò)展基本實(shí)現(xiàn)目標(biāo)?？偨Y(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，我們可以得出一下幾點(diǎn)結(jié)論：考慮實(shí)際需要，該智能電表可以改用LCD以便可以顯示更復(fù)雜的內(nèi)容；鍵盤(pán)也可以改為矩陣式鍵盤(pán)以對(duì)電表進(jìn)行更復(fù)雜的控制；系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成帶IC卡的預(yù)付費(fèi)電表，更方便的實(shí)現(xiàn)繳費(fèi)功能。單片機(jī)C語(yǔ)言編程，可讀性好，但代碼效率低，適合編較大程序和整體程序；單片機(jī)匯編語(yǔ)言代碼執(zhí)行率高，但可讀性差，適合編較小程序和子程序。采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)一些功能, 可以提高速度,減少存儲(chǔ)容量和軟件研制的工作量, 但會(huì)增加硬件成本, 降低硬件的利用率和系統(tǒng)的靈活性與適應(yīng)性。6 結(jié)論及前景展望本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能的精確測(cè)量及智能化管理，可以正常顯示電量、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、鍵盤(pán)控制、串行通信及紅外通信，基本完成了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，證明了該設(shè)計(jì)方案的可行性及正確性。測(cè)試結(jié)果：數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，傳輸距離超過(guò)1000米，可知該設(shè)計(jì)較好的完成了設(shè)計(jì)要求。紅外中斷服務(wù)程序的流程如圖410所示。定時(shí)器初值，波特率4800bit/sMOV TL1,0F3HSETB EA 。MOV SCON, 50H 。YNNYNY進(jìn)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)RI=1?CLR RI0FFH？發(fā)送電量數(shù)據(jù)R31R3=0?恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)退出中斷SETB CLR CLR SETB 圖49 智能電表系統(tǒng)與上位機(jī)485通信程序流程圖 紅外通信程序進(jìn)行紅外通信之前，通信雙方首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求制訂某種特定的通信協(xié)議，然后才能編寫(xiě)相應(yīng)的通信程序。串口通信的的起始位為低電平，恰好可以作為單片機(jī)外部中斷源，此處485通信采用INT0中斷方式。X5045時(shí)鐘端SIO EQU 。程序中X5045與單片機(jī)所連接的引腳定義成如下變量。 BUFFLED1 EQU 40H 。表42 MAX7219 各寄存器初始化表寄存器 選項(xiàng)地址寫(xiě)入數(shù)據(jù)功能掃描邊界寄存器0BH 07H 8位LED顯示亮度控制寄存器0AH04H10/32亮度顯示顯示檢測(cè)寄存器0CH01H正常顯示狀態(tài)譯碼方式寄存器09H0FFHBCD譯碼方式設(shè)置0CH設(shè)置09H設(shè)置0CH設(shè)置0AH開(kāi)始返回圖 45 MAX7219初始化流程圖 顯示程序 該智能電表系統(tǒng)顯示模塊中，顯示界面有兩種顯示狀態(tài)：第一種是顯示機(jī)號(hào)和電量狀態(tài)，第二種時(shí)設(shè)置機(jī)號(hào)和互感器原副邊系數(shù)狀態(tài)。7219數(shù)據(jù)輸入端CLK EQU 。低電平為有效脈沖。功能號(hào)存儲(chǔ)區(qū)KNUM EQU 61H 。開(kāi)始初始化X5045初始化7219設(shè)置串口工作方式顯示程序鍵盤(pán)處理子程序計(jì)量脈沖程序喂狗指令讀EEPROM寫(xiě)EEPROM開(kāi)串口中斷開(kāi)INT0中斷圖41 系統(tǒng)主流程圖 鍵盤(pán)程序本智能電表采用44行列式鍵盤(pán)，包含功能選擇鍵（MENU）和數(shù)字鍵（09），分別用來(lái)設(shè)置電表機(jī)號(hào)和電流互感器互感系數(shù)。圖333 紅外接收模塊電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要完成三相有功電能的計(jì)量工作并顯示，另外需進(jìn)行485遠(yuǎn)距離通信、紅外通信，同時(shí)為便于設(shè)置機(jī)號(hào)和電流互感器系數(shù)，增加鍵盤(pán)電路。 圖332 紅外接收模塊方塊圖 紅外接收器部分我們采用紅外專(zhuān)用接收集成電路HS0038來(lái)完成紅外信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換及接收。數(shù)位‘1’時(shí)三極管截止，紅外發(fā)射管不發(fā)光。圖 329 紅外發(fā)射模塊方塊圖 本系統(tǒng)采用基于UART口的紅外發(fā)射電路，此模式是紅外通信原理與串口通信原理的有機(jī)結(jié)合。 紅外通信接口的硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，但可以利用單片機(jī)的串行接口與片外的紅外發(fā)射和接收電路，組成一個(gè)應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外串行通信接口。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)紅外通信的關(guān)鍵在于紅外接口電路的設(shè)計(jì)以及接口驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。75LBC184 本智能電表系統(tǒng)采用RS485差分總線(xiàn)收發(fā)器75LBC184進(jìn)行485通信，它性能優(yōu)于MAX485。對(duì)于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線(xiàn)將AA與BB 對(duì)應(yīng)相連。圖326 RS485 發(fā)送器的示意圖 通常情況下，發(fā)送發(fā)送器A、B 之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在2～6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。200mV接收器輸入電阻（ohm）3K～7K4K(最小)≥12KRS485標(biāo)準(zhǔn)RS485 標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為1219 米，最大傳輸速率為10Mbps。25V～+6V7V～12V發(fā)送器負(fù)載阻抗(ohm)3K～7K10054接收器輸入電壓范圍177。RS422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為T(mén)IA/EIA422A 標(biāo)準(zhǔn)。圖 324 MAX7219與單片機(jī)連接圖 鍵盤(pán)模塊 設(shè)計(jì)中鍵盤(pán)作用主要用來(lái)設(shè)置電表號(hào)和電流互感器系數(shù)，有功能選擇鍵（MENU）和數(shù)字鍵（09）采用行列式鍵盤(pán)，與單片機(jī)連接如圖325所示。表312 MAX7219掉電模式寄存器格式模式地址碼寄存器數(shù)據(jù)D7D6D5D4D3D2D1D0關(guān)斷0XXCXXXXXXX0正常0XXCXXXXXXX1（6）顯示測(cè)試寄存器（0FH）顯示寄存器有正常和檢測(cè)兩種工作狀態(tài)。MAX7219掉電后，掃描振蕩器關(guān)閉，所有電流源和地連接，所要數(shù)字驅(qū)動(dòng)與V+相連接，所以顯示熄滅。顯示亮度可以通過(guò)亮度寄存器來(lái)控制。表311 MAX7219掃描界限寄存器顯示位數(shù)12345678寄存器HEX碼0xx00xx10xx20xx30xx40xx50xx60xx7（4）亮度控制寄存器（0AH）MAX7219通過(guò)加在V+和ISET之間的外部電阻來(lái)控制顯示亮度。（2）譯碼控制寄存器（09H）如表310所示，MAX7219有兩種譯碼方式：B譯碼方