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基于單片機(jī)的智能ic卡電表設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(存儲(chǔ)版)

2025-10-09 09:58上一頁面

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【正文】 ............................................................................................................. 20 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖及說明 ...................................................................................................... 20 主要芯片讀寫程序設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)工具 ............................................................................................. 21 第五章 仿真調(diào)試 ............................................................................................................. 26 結(jié)語 ....................................................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 29 致謝 ....................................................................................................................................... 31 附錄 電路圖 ....................................................................................................................... 32 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 第一章 引 言 電表是我國(guó)電 工儀表行業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。智能電表利用微機(jī)技術(shù),通訊技術(shù)等等,減少了能量的消耗,把采集,處理集中于一體,節(jié)省成本和人力資源,提高了工作效率,適應(yīng)了現(xiàn)代用戶的需求。全電子式則是采用集成電路為核心,取消了老式電表的機(jī)械結(jié)構(gòu),減少了機(jī)械摩擦,使得計(jì)價(jià)更加準(zhǔn)確,可靠性高,耗電少,體積小。 (4)保密功能:通過 IC 卡加密,實(shí)現(xiàn) IC 卡與電能表的唯一對(duì)應(yīng),可以嚴(yán)格有效地防止偽造和復(fù)制 IC卡的行為,在一定程度上便于電力部門的管理與監(jiān)督。但是此設(shè)計(jì)有諸多缺陷,首先,在信號(hào)采集方面,由于智能電表對(duì)于功率的計(jì)算,如果單純的使用單片機(jī),會(huì)造成功率計(jì)算不準(zhǔn)確,如果要提高計(jì)算的精度,對(duì)于信號(hào)的 A/D轉(zhuǎn)換就必須采用高精度期間,成本費(fèi)用增加,其次即便使用了高精度的 A/D,在功率計(jì)算,補(bǔ)償方面的程序也想當(dāng) 麻煩 ,再則,由于使用分時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng),只用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行粗略的計(jì)時(shí),產(chǎn)生的時(shí)間誤差比較大,長(zhǎng)時(shí)間的使用下會(huì)導(dǎo)致計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確,而使得電費(fèi)的計(jì)算出現(xiàn) 比較大的 誤差。 LSB =1/100% = 測(cè)量值的 % 。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì) 只有各個(gè)系統(tǒng)單元模塊的有機(jī)結(jié)合,才可以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。 圖 AT89C51和 AT89C2051管腳圖 ADE7758 ADE7758 是一款高精度的電能計(jì)量芯片,具有高準(zhǔn)確度,適用于三相 /三線,三相 /四線和其他各種三相系統(tǒng),該芯片通過 SPI 數(shù)據(jù)串行接口和單片機(jī)進(jìn)行連接,模擬電源端第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì) 8 ( AVDD) =數(shù)字電源( DVDD) =5V177。 第三章 器件介紹和單元模塊設(shè)計(jì) 14 信號(hào)采集電路 本次設(shè)計(jì)為智能電表,所以要對(duì)用戶的電壓和電流都進(jìn)行采樣,再通過 ADE7758 芯片來得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的功率值并輸入單片機(jī)中,因此電流 和 電壓的采集電路 分別 如下圖所示: 圖 采集電路 圖 為電流 和 電壓 的 采集電路,在電流采集電路中,通過將電流互感器 TA32BM 串聯(lián)到用戶電路中,以采集用戶的電流信息, TA32BM 額定輸入輸出為 5A/,通過電流互感器將大電流轉(zhuǎn)換到 ADE7758 可以接受的小電流范圍內(nèi),然后通過濾波降低信號(hào)的干擾,最終輸入芯片,在電壓采集電路中,通過將電壓互感器 TV31B02 并聯(lián)到用戶的負(fù)載上,采集用戶的電壓信息, TV31B02 是一款電流型電壓互感器,額定電流是 2mA/2mA,所以要在電壓互感器的緣邊串聯(lián)一個(gè) 51K的電阻 來 降低互感器原邊的電流值到可承受的范圍,最后通過 RC 電路濾波后, 得到一個(gè)近似 ADE7758 芯片,和前面的電流值一起,計(jì)算出用戶的功率。 時(shí)鐘及 LCD 顯示模塊 本次設(shè)計(jì) 中,該電表要實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi),既必須引入時(shí)鐘系統(tǒng),該時(shí)鐘系統(tǒng)必須準(zhǔn)確,且在電表短時(shí)間斷電之內(nèi),不會(huì)停止工作,因此,該模塊采用了一塊時(shí)鐘芯片 DS12887,該芯片為一款使用很廣泛的時(shí)鐘芯片,具體電路圖如下圖所示: M O T1NC2NC3A D 04A D 15A D 26A D 37A D 48A D 59A D 610A D 711G N D12V C C13S Q W14NC15NC16NC17I R Q18R E S E T19DS20NC21R /W22AS23CS24D S 1 28 87U3D S 1 28 87D S C SD S D SD S A SD S R WD0D1D2D3D4D5D6D7V C C 圖 DS12887接線圖 圖 為時(shí)鐘芯片 DS12887 的連線圖,其中 DS 與單片機(jī) 的 口連接, R/W 與單片機(jī) 的 口連接, AS 與單片機(jī) 的 口連接, CS 與單片機(jī) 的 口連接。比照 DS12887 中去讀的時(shí)間參數(shù),選取電價(jià)開始計(jì)算余額,當(dāng)余額定于 30 元時(shí),蜂鳴器每一分鐘鳴一次,當(dāng)余額為 0時(shí),蜂鳴器長(zhǎng)鳴。 dsrw=0。 dsrw=1。 dsas=1。 type=typeamp。0X80 ) SDO = 1。loop++) { SCK=1。 } 本次設(shè)計(jì)的另一個(gè)重點(diǎn)就是現(xiàn)實(shí)程序, 1602 的顯示程序同樣按照其讀寫時(shí)序圖完成,不同的是, 1602 的顯示,需要在主程序的開始寫一個(gè)初始化函數(shù)用以設(shè)定 1602 的顯示方式,光標(biāo)等等,在本次設(shè)計(jì)中,只涉及到 1602 的寫程序,寫數(shù)據(jù)時(shí),同樣需要先寫入地址,寫地址時(shí),先將 RS,EN 置低,延遲后再將 EN 拉高,賦予地址,最后將 EN 拉低,寫數(shù)據(jù)與讀不同之處在于要將 RS 拉高其余同寫地址時(shí)一樣,具體初始化函數(shù),寫函數(shù)如下 : void init() { lcden=0。 } void write_(uchar ) { rs=0。 delay(5)。 本次軟件設(shè)計(jì)中比較艱難的部分在于 ADE7758 的讀寫程序以及 DS12887 在沒有實(shí)物的情況下經(jīng)行仿真,前者是因?yàn)閷?duì)于 SPI 接口的讀取掌握還是不到位,后者是因?yàn)檐浖姹締栴}, 版本以前的庫(kù)中沒有 DS12887 時(shí)鐘芯片,出于經(jīng)費(fèi)和穩(wěn)妥起見的考慮長(zhǎng)時(shí)間滯留在此處,后來在朋友的幫助下得以解決。 為了完成設(shè)計(jì), 我也 同時(shí)查閱了大量的書籍和資料,自己獨(dú)立思考和學(xué)習(xí)能力得到了很好的鍛煉和提升,在設(shè)計(jì)同時(shí),大量運(yùn)用了 Keil,protel99, Protues 等軟件,大大提升了熟練度,在 Protel 繪制電路 原理 圖, 在 protues 中畫了電路仿真圖,通過 keil 編程并將程序?qū)雴纹瑱C(jī)中,最后在 protues 中仿真。 在 此我要特別感謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師 ,王 老師 和歐陽 老師 ,通過每周的見面 或者打電話 ,老師對(duì)我進(jìn)行了悉心的指導(dǎo),對(duì)我設(shè)計(jì)中存在的問題和不足進(jìn)行了批評(píng)和指正,不厭棄煩的進(jìn)行講解,讓我受益匪淺, 因此 本次設(shè)計(jì)的順利完成和老師的悉心指導(dǎo)密不可分,感謝 我的指導(dǎo) 老師。 雖然最終沒能做出實(shí)物,但我收獲很多。 第五章 仿真調(diào)試 26 第五章 仿真 調(diào)試 該程序是用 C 語言完成, C 語言具有簡(jiǎn)潔緊湊,靈活方便的特點(diǎn),在調(diào)試程序的時(shí)候,軟件部分大致可以分為兩個(gè)部分,一部分是萬年歷等信息的顯示部分,一部分是信號(hào)采集部分。 } 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 void write_date(uchar date) { rs=1。 write_(0x06)。 _nop_()。 } for(loop=0。 _nop_()。當(dāng) ADE7758 寄存器經(jīng)行讀取操作訪問時(shí),讀取命令個(gè)寫入命令之間至少需要有 的時(shí)間間隔,若果間隔過小,將會(huì)導(dǎo)致寫 入操作的最后一個(gè)字節(jié)丟失,具體位數(shù)參見芯片說明書,具體讀取函數(shù)如下: unsigned long read7753(unsigned char type,unsigned char databit) { unsigned char loop=0。 ds_date=P0。 dsas=1。 P0=add。 主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖及說明 Y 報(bào) 警 程序初始化 檢測(cè) IC 有 卡 ? 余額 為零? 開 始 切斷用戶電源 信號(hào)采集及計(jì)量 LCD 顯示 N N Y Y 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 圖 主程序流程圖 本次設(shè)計(jì)的主要流程為當(dāng) IC 卡插入卡座,單片機(jī)檢測(cè)到 IC 卡并讀取其金額開始計(jì)時(shí),當(dāng)按照開始設(shè)定好紅燈亮起,同時(shí), LCD 顯示屏強(qiáng)制轉(zhuǎn)換到余額界面,字體開始閃爍,蜂鳴器長(zhǎng)鳴,此時(shí)停止計(jì)費(fèi),并且開始檢測(cè)鍵盤,當(dāng)按下鍵盤 key4 后,警告解除, LCD 顯示界面重新返回時(shí)間界面。 ADE7758 集成了二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器 , 數(shù)字積分器,基準(zhǔn)電路,溫度傳感器, 以及所有進(jìn)行有功,無功和視在電能計(jì)量以及有效值計(jì)量所需的信號(hào)處理元件。對(duì) IC 卡操作的命令分為控制,地址,數(shù)據(jù)三個(gè)部分,傳送從控制字節(jié) LSB 開始,其具體命令如下面所示: 表 IC卡命令格式及功能 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 控制 地址 數(shù)據(jù) 操作 00110000 輸入地址 無效 讀主存儲(chǔ)器 00111000 輸入地址 輸入數(shù)據(jù) 升級(jí)主存儲(chǔ)器 00110100 無效
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