【正文】 一定的距離之內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，無(wú)需任何接觸，使用中非常方便、快捷、不易損壞，因此，在公交、門禁、校園、企事業(yè)人事管理、娛樂(lè)場(chǎng)所等方面得到廣泛的應(yīng)用。該芯片利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯(cuò)誤檢測(cè)。 FIFO緩沖區(qū)、中斷 、數(shù)據(jù)處理單元、狀態(tài) 控制單元 、安全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線接口。即使采用成本非常低的器件也能滿足高速非接觸式通信的要求。當(dāng)與 Mifare Standard和 Mifare通信時(shí) ,使用高速 CRYPTOI流密碼單元和一個(gè)可靠的非易失性密匙 存儲(chǔ)器 。 通過(guò)快速片內(nèi)緩沖區(qū)連接到 OSCIN和 OSCOUT。 (3)復(fù)位管腳 : RSTPD為復(fù)位管腳，該管腳禁止了內(nèi)部電流源和時(shí)鐘并使 MF C500從微控制器總線接口脫開(kāi)。如表 。它只在 ADC 和基準(zhǔn)電路中使用了模擬電路，其他的信號(hào)處理都由數(shù)字電路完成，這使得在惡劣的環(huán)境下仍然可以保持極高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，通過(guò)引腳 F F2 以低頻形式輸出有功功率的平均值，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器，或者與微控制器接口，從引腳 CF 以高頻形式輸出有功功率的瞬時(shí)值，用于電能計(jì)量表的校準(zhǔn)。 ADE7755 引腳功能 ADE7755 有 24只引腳 ,以 DIP 和 SSOP 形式封裝 （ 1） 管腳排列圖如下： 圖 ADE7755 管腳排列圖 （ 2） 管腳功能說(shuō)明 ? DVDD，數(shù)字電源引腳。當(dāng)該引腳輸入 高電平時(shí)，通道 1（電流通道）內(nèi)的 HPF 被選通，該濾波器所涉及的相位響應(yīng)在 45Hz 至 1kHz 范圍內(nèi)在片內(nèi)已得到補(bǔ)償。 5%，當(dāng)使電源的紋波和噪聲減小到最低程度，該引腳應(yīng)使用 10181。 470mV。兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 ESD 保護(hù)電路，這兩個(gè)引腳能承受177。 ? REFIN/OUT,基準(zhǔn)電壓的輸入、輸出引腳。無(wú)論用內(nèi)部還是外部基準(zhǔn)源，該引腳都應(yīng)使用 10181。為了有效地抑制噪聲，模擬接地面與數(shù)字接地面只應(yīng)有一點(diǎn)連接。 ? S1， S0，這兩個(gè)引腳的邏輯輸入用來(lái)選擇數(shù)字 /頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)， 這為電度表的設(shè)計(jì)提供了很大靈活性。 ? CLKOUT，如上所述，可把一個(gè)石英晶體接在 CLKIN 和 CLKOUT 之間，提供一個(gè)時(shí)鐘源。時(shí)，該引腳輸出邏輯高電平。該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的數(shù)字接地面，數(shù)字接地面是所有數(shù)字電路（如機(jī)械或數(shù)字計(jì)數(shù)器、微控制器和 LED 顯示器的接地參考點(diǎn)。 ? F2， F1，低頻邏輯輸出引腳，其輸出頻率反映平均有功功率的大小。 HPF 輸出的數(shù)字量與電壓通道 ADC 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字 量相乘后再經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器 (LPF),以便提取有功功率分量。電源檢測(cè)電路對(duì)模擬電壓連續(xù)監(jiān)控 ,如果其值低于 4土 ,ADE7755將被復(fù)位 ,以保證器件在上電和斷電時(shí)能正確啟動(dòng)。電流通道中的 HPF濾掉電流信號(hào)中的直流分量，從而消除了由于電壓或者電流失調(diào)所造成的有功功率計(jì)算上的誤差。這個(gè)過(guò)程中所有的信號(hào)處理都是由數(shù)字電路完成的，因此具有優(yōu)良的溫度和時(shí)間蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 穩(wěn)定性。 存儲(chǔ)器選擇 存儲(chǔ)器選擇 24LC256EEPROM。A 和 1mA。大部分容量為 128 位到 16 千位的器件還提供 5 引腳 SOT23 封裝。 圖 24LC256 引腳圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 顯示模塊的選擇 MC14499 驅(qū)動(dòng)、掃描、時(shí)鐘于 一體。 MC14499 簡(jiǎn)介及工作原理 MC14499 是由 MOTOROLA 公司生產(chǎn)的高集成度 LED 顯示驅(qū)動(dòng)器，采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LED 數(shù)碼管。 MC14499 能接受 20 位數(shù)據(jù)的串行輸入， 16 位用作四位 LED 顯示， 4 位用作小數(shù)點(diǎn)顯示。 (1)a ~ g ， h:段碼及小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)端， NPN 發(fā)射極輸出。 (5)ENB:使能端。 (8)VDD:為正電源輸入，范圍是 ~。 RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有 25 條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一 條地線。 圖 RS232串口 接口的電氣 特性：在 RS232C 中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 本設(shè)計(jì)中使用一個(gè) 9 針的連接器，其引腳排列功能如表 。根據(jù)寄存器的設(shè)定對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號(hào)。然后數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由微控制器進(jìn)行讀取。 TVDD為發(fā)送器電源電壓。 一般的天線設(shè)計(jì)要達(dá)到如下要求： (1)使天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量； (2)功率匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量； (3)足夠的帶寬，以便無(wú)失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號(hào)。然后，通過(guò)同軸線纜即可無(wú)損失且無(wú)輻射地將功率從讀寫器末級(jí)傳送到匹配電路。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 天線部分電路圖 射頻讀寫模塊 RC500 的接口電路 MF RC500 的 AD0~AD7 為帶施密特觸發(fā)器的雙向數(shù)據(jù)和地址復(fù)用總線，接單片機(jī)AT89C52 的 AD0~AD7。 MF RC500 的 ALE 為帶施密特觸發(fā)器的地址鎖存使能信號(hào) ,接單片機(jī)的地址鎖存信號(hào)。計(jì)量單位是千瓦小時(shí) (簡(jiǎn)稱度 )。 當(dāng)采樣輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，測(cè)量時(shí)域、頻域信號(hào)的算法有導(dǎo)數(shù)算法、半周 期算法等。電子式電能表結(jié)構(gòu)圖如圖 ,首先通過(guò) V取樣與 I 取樣電路檢測(cè)出負(fù)載的電壓值和電流值 ,然后經(jīng)過(guò)乘法器轉(zhuǎn)換成功率數(shù)據(jù) (P=VI。采樣分直流和交流采樣兩種。 對(duì)于大多數(shù)電子式電能表，電能計(jì)量的原理基本相同，主要包括對(duì)電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，將采樣得到的電壓和電流值相乘，計(jì)算出有效值、有功功率、無(wú)功功率等。根據(jù)上面所說(shuō)得到 RC500 接口電路如圖 。 MF RC500 的 NRD／ NDS 為帶施密特觸發(fā)器的讀禁止，數(shù)據(jù)選通禁止信號(hào)，接單片機(jī)的讀信號(hào) RD。小環(huán)天線有方形、圓形、橢圓形、三角形等，本系統(tǒng)采用方形設(shè)計(jì)。閱讀器又具有一定的源阻抗。為了驅(qū)動(dòng)天線， MF RC500 通過(guò) TX1 和 TX2 端提供 6MHz 的能量載波，并根據(jù)寄存器的設(shè)定對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號(hào)。 VMID:為模擬參考電壓。天線拾取的信號(hào)經(jīng)過(guò)天線匹配電路送到 RX 腳。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 第三章 硬件設(shè)計(jì) 射頻讀寫 模塊設(shè)計(jì) RC500 的天線設(shè)計(jì) 非接觸式天線使用以下 4個(gè)管腳：如表 。限為 2V。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有 2500pF 的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如：采用 150pF/m 的通信電纜時(shí)，最大通信距離為 15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。 RS232C 是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA（ Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 (6)OSC:外接決定掃描周期的電容端。 (3)DATA:數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng) ENB 由高變底時(shí)， MC14499 的寄存器開(kāi)始接受串行數(shù)據(jù)。此器件主要有 1 個(gè) 20位移位寄存器、 1 個(gè)鎖存器、 1 個(gè)多路輸出器。因此，用 MC14499 組成單片機(jī)的顯示電路，具有占用單片機(jī)軟件資源小，不再再外加電路即可與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，使用靈活方便，電路簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)。所有封裝皆為無(wú)鉛（霧錫）封裝。 功能性地址線允許連接到同一條總線上的器件數(shù)目最多可達(dá) 8個(gè)。該系列器件支持 2線串行接口，以 x8位存儲(chǔ)器塊進(jìn)行組合。當(dāng)這個(gè)平均有功功率信息進(jìn)一 步被累加，就能獲得電能計(jì)量信息。為了得到有功功率分量（即直流分量），只要對(duì)瞬時(shí)功率信號(hào)進(jìn)行低通濾波就行了。 ADE7755 的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動(dòng)態(tài)范圍，大大簡(jiǎn)化了傳感器接口（可以與傳感器 直接連接），也簡(jiǎn)化了抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)。 F1 和 F2 表示平均有功功率 ,可用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電式計(jì)數(shù)器或微處理器 (MCU)接口。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 ADE7755 的工作原理 圖 AD7755 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADE7755 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 ,ADE7755 主要包括兩路 16位 Z 一△ ADC, 用于將電流傳感器和電壓傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 ? CF，頻率較驗(yàn)輸出引腳。該輸出的邏輯狀態(tài)隨 CF 輸出脈沖同時(shí)變化。 ? NC，懸空。 ? CLKIN，外部時(shí)鐘可從該引腳接入，也可把一個(gè)石英晶體接在 CLKIN 和 CLKOUT 之間，提供時(shí)鐘源，規(guī)定時(shí)鐘頻率為 。 ? SCF，校驗(yàn)頻率選擇。 ? AGND，這是 模擬電路（即 ADC 和基準(zhǔn)源）的接地參考點(diǎn)，該引腳應(yīng)連接到印刷電路板的模擬接地面。8%，典型溫度系數(shù)為 30ppm/℃。 ? RESET 復(fù)位引腳。這兩個(gè)引腳相蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 對(duì)于 AGND 的最大信號(hào)電平為177。 ? NC（ 6號(hào)引腳），與 6腳短接 ? V1P， V1N，通道 1（電流通道）的正、負(fù)模擬輸入引腳。 ? AVDD，模擬電源引腳。 5%，該引腳應(yīng)使用 10181。 9%。 表 并行接口 名稱 類型 功能 D0 ? D7 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 雙向數(shù)據(jù)總線 A0 ? A2 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 地址線 NWR/RNW 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 寫禁止 /只讀 NRD/NDS 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 讀禁止 /數(shù)據(jù)選通禁止 NCS 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 片選禁止 ALE 帶施密特觸發(fā)器的 I/O 地址鎖存使能 IRQ 輸出 中斷請(qǐng)求 電能計(jì)量模塊選用 ADE7755。 (4)串行信號(hào)開(kāi)關(guān) :串行信號(hào)開(kāi)關(guān)用于橋接芯片數(shù)字電路和模擬電路兩部分 ,兩部分電路的輸入 / 輸出和外部應(yīng)用所需的輸入 / 輸出可以靈活組合。 (2)輔助管腳 : MF RC500的第 27腳 AUX為輔助管腳可選擇內(nèi)部信號(hào)驅(qū)動(dòng)該管腳。這使得最大操作距離可達(dá) 100 mm，接收器可以檢測(cè)到并解碼非常弱的應(yīng)答信號(hào) MF RC500 管腳及其引腳功能簡(jiǎn)介 MF RC500 管腳如圖 。支持的幀包括 CRC和 奇偶校驗(yàn) 。 MF RC500的并行微控制器接口自動(dòng)檢測(cè)連接的 8位并行接口的類型。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器，這樣給讀卡器終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)操作近距離的天線（可達(dá) 10cm）。射頻芯片是非接觸式讀寫器的關(guān)鍵部分。 MF RC500 的簡(jiǎn)介及其原理 在 IC 卡讀寫機(jī)具領(lǐng)域中，可以降低成本的部分主要是讀寫器具有的核心讀寫模塊。這是與射頻卡實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的核心模塊，也是讀寫器讀寫 Mifare 卡的關(guān)鍵接口芯片。并且操作簡(jiǎn)單，可以與任何單片機(jī)兼容，所以我們選擇 MF RC500 做為讀 /寫模塊。目前我國(guó)引進(jìn)的射頻 IC 卡主要有 PHILIPS 公司的 Mifare 和 ATMEL 公司的 Temic 卡。 ALE/PROG 管腳當(dāng)訪問(wèn)外部程存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 AT89C52 芯片管腳 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ），參見(jiàn)表 。在 FLASH 編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 AT89C52 的芯片管腳及功能說(shuō)明 AT89C52 管腳如圖 。 AT89C52 的工作原理 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) FLASH 閃存， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。以下各節(jié)是系統(tǒng)各部分的具體設(shè)計(jì)方案。以 SOC 作為基礎(chǔ)的電能表芯片處理體系在電能計(jì)量芯片單元與 MCU 進(jìn)一步地集成的基礎(chǔ)上逐漸形成，并且進(jìn)一步集成的芯片還具有其它的功能模塊，從而使多功能電能表軟硬 件的實(shí)現(xiàn)被極大的簡(jiǎn)化。在工業(yè)領(lǐng)域以及民用產(chǎn)品中， SOC 整體解決方案也正在逐步被使用，例如消費(fèi)電子和精密儀器都使用了這種方案，這都要?dú)w功于超大規(guī)模的集成電路的設(shè)計(jì)水平與數(shù)模混合集成電路的制造工藝的迅速提高。這些芯片組成的電能表都在廣泛的應(yīng)用。在專用電能計(jì)量芯片開(kāi)始試用階段，其計(jì)量精度及性能的限制使得實(shí)現(xiàn)起來(lái)不夠靈活，所以電能專用計(jì)量芯片不