【正文】 ② 發(fā)送地址，主設(shè)備發(fā)送地址信息，包含 7 位的從設(shè)備地址和 1 位的指示位（表明讀或者寫(xiě)，即數(shù)據(jù)流的方向）。 I2C 總線(xiàn)最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。 IC 卡接口電路如圖 310 所示。電能脈沖由燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 的 8 腳經(jīng)光電耦合器 IC2 送到 IC4 的 T0 端，用以實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)。空閑模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。 ? EA/VPP——外部訪(fǎng)問(wèn)允許。 ? VCC——電源電壓輸入引腳 。 口可替代 T2 做定時(shí)器 2 外部事件輸入端；可編程脈沖輸出端。其 Flash 型如： Atmel 公司的 AT89C5AT89C5 AT89C105 AT89C2051 等和臺(tái)灣華幫公司的 W78E5 W78E52等，使用十分方便。SM9903 同時(shí)具有測(cè)量負(fù)向有功功率的功能 ， 測(cè)量負(fù)向有功功率以正向有功功率計(jì)算，并通過(guò) IND（ 9 腳）輸出負(fù)電平以指示測(cè)量負(fù)向有功功率。 瞬時(shí)功 率 p 經(jīng)積分器后，得有功功率 P ，即 ? ?0011 c o s c o s ( 2 )TTP p d t U I t d tTT ? ? ?? ? ? ??? ?? UIUI ?? cos 一段時(shí)間 T 內(nèi)的電能 W 為 00 c o sTTW P d t U I d t????? cosT U I T U I???? 以上分析表明，有功功率 P 為恒定分量，將正比于 P 的電壓經(jīng) V/F 變換后，輸出的是頻率隨 P 變化的脈沖，只需將脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)值 N 即為電能。 其中： ? CPU 一般均為兼容于 8 位字長(zhǎng)單片機(jī)等（如 MC68HC0 Intel8051等）的微處理器。 ? SLE4432 智能型 256B EEPROM。系統(tǒng)框圖如圖 23 所示。這種方案顯示直觀，讀數(shù)容易，但它仍然具有機(jī)械式感應(yīng)電度表的缺點(diǎn)，即耗電多、笨重。 ? 具有掉電保護(hù)功能。 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表的研究意義 長(zhǎng)期以來(lái)，我們使用的是機(jī)械感應(yīng)式電度表，它具有笨重、耗電多、需要人工抄表，防竊電性能低、需要手工抄表等缺點(diǎn)。最初 ,使用機(jī)械感應(yīng) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 電度表。 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表和傳統(tǒng)的電度表相比，能實(shí)現(xiàn)從電能數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)教幚淼淖詣?dòng)化，它克服傳統(tǒng)人工抄表模式的低效率和不確定性，能推進(jìn)電 能管理的現(xiàn)代化。 電度 IC 卡預(yù)收費(fèi)系統(tǒng)是為了滿(mǎn)足科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展而研制的，具有使用之前預(yù)先收費(fèi)、用電管理現(xiàn)代化和分時(shí)間段計(jì)費(fèi)等功能的新型電度表 [2]。隨著國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)服務(wù)意識(shí)的增強(qiáng)， IC 卡技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越迅速，在居民用戶(hù)日常生活中， IC 卡技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 [7][8]。所謂慢上電是指電度表的電源電壓從零到最大的時(shí)間太長(zhǎng)，不能使單片機(jī)很可靠的復(fù)位，致使電度表工作異常；慢下電是指電源斷開(kāi)時(shí)，單片機(jī)的電源不會(huì)馬上為零，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 而需要一段時(shí)間，在這段時(shí)間中，單片機(jī)中的程序指針 PC 可能會(huì)出錯(cuò)，即程序跳出正常軌道，出現(xiàn)混亂，甚至陷入死循環(huán)。前者主要追求可靠性，后者要求高安全性。 CPU 只需對(duì) V/F 轉(zhuǎn)換后的脈沖進(jìn) 行定時(shí)計(jì)數(shù)，便可測(cè)出電壓和電流的數(shù)字量。 ? 無(wú)安全控制邏輯，可對(duì)片內(nèi)信息不受限制地任意存取。在訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器前，需要核對(duì)密碼。 本章小結(jié) 本章給出了 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表總體方案的設(shè)計(jì)，包括 電能計(jì)量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)方案設(shè)的設(shè)計(jì)。 ? MCU 數(shù)據(jù)接口。其中 VZ VZ2 分別為+5V 電源、－ 5V電源中的穩(wěn)壓管。當(dāng)作為普通輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置 1。 P3 口作為普通的 I/O 口。要注 意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。電源開(kāi)啟時(shí)，電源對(duì)電容 C13 充電，在 CPU的復(fù)位端產(chǎn)生一高脈沖。 ? SMG12232B2 中 RAM 的地址映射圖 LCD 顯示屏由兩片控制器控制，每個(gè)內(nèi)部帶有 3280 位（ 320B）的 RAMSTA7 STA6 STA5 STA4 STA3 STA2 STA1 STA0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 STA0～ 4 未用 STA5 液晶顯示狀態(tài) 1： 關(guān)閉； 0： 顯示 STA6 未用 STA7 讀寫(xiě)操作使能 1： 禁止； 0： 允許 第 3章 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表硬件電路的實(shí)現(xiàn) 25 緩沖區(qū)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖 38 所示。 ? 有 2 個(gè)器件地址選擇腳，一個(gè) I2C 總線(xiàn)最多能夠掛接 4 個(gè) AT24C04 器件 ? 32 頁(yè)，每頁(yè) 16 字節(jié)，每次可連續(xù)寫(xiě)入 16 字節(jié)數(shù)據(jù)。 在信息的傳輸過(guò)程中， I2C 總線(xiàn)上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器）， 又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能 [14]。帶有 I2C 接口的單片機(jī)有： CYGNAL 的 C8051F0XX 系列， PHILIPSP87LPC7XX 系列，MICROCHI。在 CPU 與被控 IC 之間、 IC 與 IC 之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps，采用 7 位尋址，但是由于數(shù)據(jù)傳輸速率和應(yīng)用功能的迅速增加，I2C 總線(xiàn)也增強(qiáng)為快速模式（ 400Kbits/s）和 10 位尋址以滿(mǎn)足更高速度和更 引腳定義 說(shuō)明 A0 空引腳 A1， A1 器件地址設(shè)定引腳 GND 電源地 SDA 數(shù)據(jù)口 SCL 同步時(shí)鐘口 WP 寫(xiě)保護(hù)口 VCC 電源 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 大尋址空間的需求。在掉電時(shí)存儲(chǔ)剩余電度數(shù)。 表 34 SMG12232B2 的接口信號(hào)說(shuō)明 顯示容量 12232 點(diǎn)陣 工作溫度 10℃ ～ +50℃ 芯片工作電壓 ～ 存儲(chǔ)溫度 20℃ ～ +60℃ 芯片工作電流 5mA() 背光源類(lèi)型 EL 最佳工作電壓 背光源工作電壓 點(diǎn)尺寸 背光源工作電流 30mA 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 RST 復(fù)位端（高電平復(fù)位） 9 DB1 數(shù)據(jù)口 1 2 VCC 電源正極 10 DB0 數(shù)據(jù)口 0 3 DB7 數(shù)據(jù)口 7 11 GND 電源地 4 DB6 數(shù)據(jù)口 6 12 WR_____ 寫(xiě)信號(hào)（低電平有效） 5 DB5 數(shù)據(jù)口 5 13 RD______ 讀信號(hào)（低電平有效） 6 DB4 數(shù)據(jù)口 4 14 CS1 片選 IC1 信號(hào) 7 DB3 數(shù)據(jù)口 3 15 CS2 片選 IC2 信號(hào) 8 DB2 數(shù)據(jù)口 2 16 A0 數(shù)據(jù) /命令選擇端 （ H/L） EL+ 背光源驅(qū)動(dòng)電壓輸入端 EL 背光源驅(qū)動(dòng)電壓輸入端 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 ③ SMG12232B2 控制器接口說(shuō)明 ? 基本操作時(shí)序（ L 為低電平， H 為高電平） 讀狀態(tài)：輸入 A0=L， CS1 或 CS2=L， RD=L， WR=H 輸出 DB7～ DB0=狀態(tài)字 寫(xiě)指令：輸入 A0=L， CS1 或 CS2=L， RD=H， WR=L， DB7～ DB0=指令碼 輸出無(wú) 讀數(shù)據(jù)：輸 入 A0=H， CS1 或 CS2=L， RD=L， WR=H 輸出 DB7～ DB0=數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入 A0=H， CS1 或 CS2=L， RD=H， WR=L， DB7～ DB0=數(shù)據(jù) 輸出無(wú) ? 狀態(tài)字說(shuō)明 SMG12232B2 狀態(tài)字說(shuō)明如 表 35,36 表 35 SMG12232B2 的狀態(tài)字說(shuō)明 表 35 SMG12232B2 的狀態(tài)字說(shuō)明 在使用時(shí)，對(duì)控制器的每次讀寫(xiě)操作之前，都必須進(jìn)行讀寫(xiě)檢測(cè)。電 容 C1 C15 可起頻率微調(diào)作用，電容值在 5pF～ 30pF 之間選擇，本電路選 20pF。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 ? ALE/PROG——當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(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)。 P2口可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。在編程時(shí)， P0 口可用于接收指令代碼字 節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)， P0 口可輸出指令字節(jié)（這時(shí)需要加外部上拉電阻）。 C R1 VD VD C C VZ VZ2 為電容降壓式電源，為 SM9903 提供 177。 ① 特點(diǎn) ? 精確測(cè)量正負(fù)兩個(gè)方向的有功功率，且以同一個(gè)方向計(jì)算電能。此方案保密程度高，適用于大范圍（如全國(guó)性的）預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)。 ? 為提高安 全性，加密存儲(chǔ)器卡的存儲(chǔ)空間被分為多個(gè)不同的功能區(qū)。 預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ① 方案一 采用非加密存儲(chǔ)器卡作為銷(xiāo)售電能的傳輸媒質(zhì) 非加密存儲(chǔ)器卡的卡 內(nèi)嵌入芯片為通用存儲(chǔ)器芯片。這樣，模擬通道中本身的干擾信號(hào)被抑制。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表系統(tǒng)主要包括電能計(jì)量系統(tǒng)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。而且單相電子式預(yù)付費(fèi)電度的工作條件相當(dāng) 惡劣，因此對(duì)該系統(tǒng)的可靠性要求也相對(duì)較高，一般來(lái)說(shuō)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 : ? 常年不間斷運(yùn)行，這要求設(shè)備具有高質(zhì)量和高可靠性。 IC 卡國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 IC 卡又稱(chēng)集 成電路卡，是 1974 年一名法國(guó)新聞?dòng)浾甙l(fā)明的。這種情況是不承擔(dān)超重負(fù)荷功率測(cè)量 [1]。系統(tǒng)中使用SM9903 作為計(jì)量芯片，并通過(guò)存儲(chǔ) IC 卡 AT24C01 作為電管部門(mén)與用戶(hù)連接的橋梁，來(lái)存儲(chǔ)由售電管理系統(tǒng)寫(xiě)入的電量值等。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展 ,單片機(jī) (MCU)和大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用于電能計(jì)量領(lǐng)域 ,提高了儀表的技術(shù)水平和性能 ， 然后出現(xiàn)了各種各樣的電力儀表 ，如 :單相電子式復(fù)費(fèi)率電度表、單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表、三相電子式多功能電度表、三相電子式預(yù)付費(fèi)電度表等 [4]。電能計(jì)量是現(xiàn)代電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，電能計(jì)量系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，從電能到加工自 動(dòng)化傳輸，它克服了傳統(tǒng)的人工抄表方式和不確定性的低效率，可以促進(jìn)能源管理現(xiàn)代化 [10]。 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表設(shè)計(jì)的任務(wù)、要求及內(nèi)容 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 ① 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)采用 IC 卡的單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表。并在 CPU 中設(shè)置一個(gè)定時(shí)器定時(shí)對(duì)功率進(jìn)行累加，其系統(tǒng)框圖如圖 21 所 示。而且，現(xiàn)在已有集成電路（如： BL093 SM9903）燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 將模擬乘法器、低通濾波器和 V/F 變換器集成，其性能指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于分立元件。 對(duì)于某單位或?qū)W校內(nèi)部進(jìn)行定量用電，超標(biāo)付款，則可采用此方案。 ? ROM 用于存放 COS,3KB～ 16KB。下面對(duì)各部分電路的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行介紹。 C 22 0C O M1 91 8C 11 7V D DV I 1V I 2G N D AV v1234O S C O U T1 6O S C I N1 51 4D M O 21 3D M O 1N CV R 1V R 2P O U T5678G N D D1 2I N D9V S S1 1T C1 0 圖 33 管腳圖 表 31 管腳定義 管腳號(hào) 符號(hào) 說(shuō)明 1 VI1 電流 取樣信號(hào)輸入 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 續(xù)表 31 管腳定義 管腳號(hào) 符號(hào) 說(shuō)明 2 VI2 電流取樣信號(hào)輸入 3 GNDA 模擬地端 4 VV 電壓取樣信號(hào)輸入 5 NC 與 4 腳內(nèi)部互相聯(lián)結(jié) 6 VR1 參考電壓 1 外調(diào)整端 7 VR2 參考電壓 2 外調(diào)整端 8 POUT 有功功率計(jì)算輸出脈沖 9 IND 負(fù)向有功功率指示 10 TC 測(cè)試控制端 11 VSS 負(fù)電源 (5V) 12 GNDD 數(shù)字地端 13 DMO1 脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出 1 14 DMO2 脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出 2 15 OSCIN 晶振輸入 16 OSCOUT 晶振輸出 17 VDD 正電源 (+5V) 18 C1 積分電容 1 19 COM 積分電容公共端 20 C2 積分電容 2 計(jì)量電路的設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，用 SM9903 構(gòu)成的電能計(jì)量電路如圖 34 所示。 AT89C52 單片機(jī)介紹 AT89C52 單片機(jī)屬于 AT89C51 單片機(jī)的增強(qiáng)型，與 Intel 公司的 80C52在引腳排列、硬件組成、工作特性和指令系統(tǒng)等方面完全兼容。 ? P2 口 ——8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 ? XTAL1——片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 ⑤ 掉電模式 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容豐富（可顯示漢字），功耗小，可靠性高，電路簡(jiǎn)單。當(dāng) IC4