【文章內容簡介】 總用電電費 (13) 清除電量記錄和電費記錄 記錄和計算用電量、電費都由單片機編程完成，顯示功能由單片機控制 LCD實現(xiàn)。相應的顯示功能選項由鍵盤按鍵選擇。此外，斷電后所有存儲數(shù)據(jù)不丟失，電表絕對時間標準仍正常運轉 . 2 系統(tǒng)簡介 系統(tǒng)總體方案設計 本系統(tǒng)的設計將整個系統(tǒng)劃分為多個模塊，簡化設計流程。本系統(tǒng)可以簡單的劃分為 5 個模塊：單片機控制模塊、電腦時鐘模塊、光電轉換模塊、 LCD 顯示模塊、鍵盤控制模塊。其中測試模塊是以 AT89C51 單片機為核心進行設計的，這里充分利用了單片機的數(shù)據(jù)處理及實時檢測能力，利用單片機接受光電模塊送來的電脈沖，對脈沖進行計數(shù)，將計數(shù)值轉化為電量，根據(jù)由時鐘模塊中取得的小時，判斷用電的時段，計算相應時段的電量和電費，并記入總電量和電費；接受鍵盤的中斷，根據(jù)不同的按鍵顯示不同的功能；控制 LCD顯示模塊，將 CPU 內部的數(shù)據(jù)送到 LCD 上顯示，并顯示必要的提示信息。而且此系統(tǒng)可以廣泛應用于社會，通過分時計費來控制并約束用戶的用電量，從而達到合理使用電能。 同時本系統(tǒng)也采用了四大關鍵輔助性算法：這里要說明的幾個算法都不參與硬件的驅動，完全是純軟件的算法。雖然很短小，但是簡練的完成了其目的。在整個系統(tǒng)控制程序中的地位，不亞于其他與硬件接觸的函數(shù)。是整個系統(tǒng)中介于外部硬件數(shù)據(jù)與 CPU 數(shù)據(jù)之間的核心。 (1)算法 NumsToArray：這個算法的功能是，將作為第一參數(shù)傳遞的 int 型整數(shù)的各位分離，按照由高位到地位的順序依次放入作為第 二參數(shù)傳遞的數(shù)組中。方便其他函數(shù)使用數(shù)組中的數(shù)字，利用字庫得到相應的字型碼。此算法中其實包含 2 個子算法。如傳遞一個整數(shù) 54321 到函數(shù)中，第一個子算法將 54321 的各位分離放入數(shù)組，但是此時得到的序列為倒序，即：數(shù)組下標 0， 1， 2， 3， 4 分別存放數(shù)字 1， 2， 3，4， 5。第二個子算法將數(shù)組中的元素進行倒序運算，得到需要的順序，即：數(shù)組下標 0， 1， 2， 3， 4 分別存放 5， 4， 3，2， 1。 (2)算法： ArrayToCharacters：此算法的功能是，將作為第一參數(shù)傳遞的，存放 1 位數(shù)字的數(shù)組，通過查字庫，將 得到的字型碼按順序放入作為第二參數(shù)傳遞的將要顯示的字符庫中。此算法運算后得到的字符庫就可以送入 LCD 的顯示緩存區(qū)，顯示出相應的圖形了。此算法利用 NumsToArray 算法得到的數(shù)組，查找字庫，產生字符庫。這兩個函數(shù)作為核心算法被顯示電量電費等函數(shù)使用。 (3)算法 ArrayToDigitalI：此算法的功能是將作為第一參數(shù)傳遞的存放一位數(shù)字的數(shù)組，轉化為一個整數(shù)返回。此算法一般用來將存放在鍵盤緩存區(qū)的一位數(shù)字序列轉化為一個整數(shù)。其他函數(shù)利用返回的整數(shù)設置相應變量的值。此函數(shù)被設置高峰時段，電表轉數(shù)等函數(shù) 使用作為核心算法 (4)算法 ArrayToDigitalF：此算法的功能是將作為第一參數(shù)傳遞的存放一位數(shù)字的小數(shù)序列數(shù)組轉換為一個浮點數(shù)返回。此算法一般用來將存放在鍵盤緩沖區(qū)的一個小數(shù)序列轉化為浮點數(shù)返回給調用函數(shù)。此算法實現(xiàn)時將序列以小數(shù)點（系統(tǒng)中為 D 鍵）為軸心分成兩半，每半都是一個一位整數(shù)序列，將兩個序列傳遞給 ArrayToDigitalI， ArrayToDigitalI 返回兩個整數(shù)。將小數(shù)點后面的整數(shù)轉換成小數(shù)加到小數(shù)點前面的整數(shù)上完成到浮點數(shù)的轉換。此函數(shù)被設置電費函數(shù)調用作為核心算法。 硬件各模塊的設計 本系統(tǒng)的硬件部分主要由主機、 LCD 顯示模塊、光電轉換模塊、電腦時鐘模塊、鍵盤控制模塊、看門狗模塊六部分組成。系統(tǒng)原理框圖如圖 所示： 主機 本課題通過單片機來實現(xiàn)對電脈沖的采集和計數(shù)，因為單片機是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，可適應的溫度范圍寬，靈活性好，體積輕，可以降低系統(tǒng)的成本獲得較好的性能。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲 器 （ FPEROM ——Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，主性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 ,而且芯片上的 EEPROM 允許在線 （ +5）電擦除、電寫入或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 At89C51 是一種高效微控制器，能為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性高且價廉的方案，所以我們選用 AT89C51[1]。 電腦時鐘模塊 實時時鐘電路是控制系統(tǒng)中常 用的功能模塊。在本系統(tǒng)中我們采用了 Motorola 公司的 MC146818 可編程時鐘芯片。MC146818 是專用于穩(wěn)中有降類微處理器與單片機系統(tǒng)的時鐘集成電路。它帶有 50 字節(jié)的低功耗靜態(tài) RAM，可進行時、分、秒和年、月、日及星期的計數(shù)，并有自動的月結束識別和閏年處理功能，具有 12/24 小時和 AM/PM 的 12 小時計時功能，既可與 Motorola 系列的單片機接口，又可以與 Intel的微處理器接口 [2]。我們利用該芯片將計費段的時間存儲起來，在各時間段開始向單片機的 INT0 端口申請中斷，在不同的時段使系統(tǒng)執(zhí)行不同的 計費程序。 CPU 在計數(shù)滿一度電的時候執(zhí)行中斷程序，此時 CPU 讀取外部 RAM 中存領教的鐘點，判斷不同的時段，執(zhí)行不同的任務。 LCD 顯示模塊 由于液晶顯示器 (LCD)具有工作電壓低、微功耗、顯示信息量大和接口方便等優(yōu)點，所以本系統(tǒng)采用 16*2 液晶顯示器。LCD 顯示模塊通過接口擴展芯片連接到 CPU，使用時只需要CPU 通過芯片將顯示用的字碼存儲在 LCD模塊的內部存儲區(qū)，LCD 就可以顯示出相應的字符 [3]。 光電轉換模塊 光電轉換模塊用于獲取普通電能表記錄的用電量，在普通電能表的旋轉 鋁盤上打一個很小的檢測孔提取光脈沖。鋁盤每旋轉一圈，模塊會檢測到一個光脈沖，經光電耦合并加以整形放大后轉換成電脈沖，送到 CPU 的 T1 端用作計數(shù)觸發(fā)脈沖。普通電能表的銘牌上標有每 KW?h 多少轉，其含義為電能表轉數(shù)每達這一數(shù)值就是用了一度電（即 1KW?h） [4]。將從電能表上提取轉換后的電脈沖信號送入單片機的 T1 端并進行計數(shù)，編程時將 T1 計數(shù)器的計數(shù)模值設為電能表的轉數(shù)，當計數(shù)器計數(shù)溢出時就可以判斷電能表已經用了一度電。測試時可以使用實驗室普通的信號發(fā)生器送出脈沖信號代替電能表的轉數(shù)脈沖，送入單片機的 T1 端。 鍵盤控制模塊 鍵盤模塊由普通的 16 鍵非編碼鍵盤與 Intel8279 可編程鍵盤 /顯示接口芯片組成完整的編碼鍵盤電路。當鍵盤上有鍵按下時 Intel8279 會將按鍵轉換為鍵碼存儲在