【文章內(nèi)容簡介】 SO ：串行數(shù)據(jù)輸出端； SI ：串行數(shù)據(jù)輸入端； SCK ：串行時鐘輸入端； WP ：寫保護輸入端，低電平有效； RESET ：復位輸出端； VCC ：電源端； VSS ：接地端。圖32 X5045的引腳圖 X5045 pin chartX5045的狀態(tài)寄存器描述器件的當前狀態(tài)，各位意義如表31所列示。表31 X5045的狀態(tài)寄存器各位意義 X5045 condition register each significance7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIP其中，WDWD0是看門狗定時時間設置位；BLBL0是存儲單元寫保護區(qū)設置位；WEL是只讀標志，1表明寫使能開關打開；WIP也是只讀標志，1代表芯片內(nèi)部正處于寫周期。電復位時，各位都被清零。X5045的工作原理：1）上電復位向X5045加電時會激活其內(nèi)部的上電復位電路，從而使RESET 引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當VCC 超過器件的Vtrip門限值時，電路將在200ms（典型）延時后釋放RESET 以允許系統(tǒng)開始工作。2）低電壓監(jiān)視工作時， X5045對VCC電平進行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預置的最小Vtrip以下時，系統(tǒng)即確認RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當RESET 被確認后，該RESET 信號將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V 。而當VCC 返回并超過Vtrip達200ms時，系統(tǒng)重新開始工作。3）看門狗定時器看門狗定時器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET 信號激活而使電路復位，所以CS/WDI引腳必須在看門狗超時時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的WDWD0是看門狗定時設置位，通過狀態(tài)寄存器寫指令WRSR修改這2個標志位，就能在3種定時間隔中進行選擇或關閉定時器。表32是WDWD0組合的含義。表32 WDWD0組合的含義 WD1, WD0 bination meaningWD1WD0看門狗定時值0001600ms10200ms11禁止看門狗工作4）串行EEPROM芯片內(nèi)含512字節(jié)存儲單元，10萬次可擦寫，數(shù)據(jù)保持時間100年。XICOR設計了3種保護方式防止誤寫。包括：WP寫保護引腳，當引腳被拉低時，內(nèi)部存儲單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入；存儲區(qū)域?qū)懕Ｗo模式，通過對狀態(tài)寄存器的BLBL0位的設置，可以選擇對不同的存儲區(qū)域進行寫保護；在進行任何寫操作前都必須打開寫使能開關，而且在上電初始化寫操作完成時，寫使能開關自動關閉。顯然，在幾方面的保護之下，產(chǎn)生誤寫的可能性極小，表33是BLBL0組合的含義。表33 BLBL0組合的含義 BL1, BL0 bination meaningBL1BL0寫保護的單元地址00沒有保護01180H～1FFH10100H～1FFH11000H～1FFH對X5045的操作是通過4根口線CS、SCK、SI和SO進行同步串行通信來完成的。SCK是外部輸入的同步時鐘信號。在對芯片定改指令或數(shù)據(jù)時，時鐘前沿將SI引腳信號輸入；在讀數(shù)據(jù)時，時鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到SO引腳上。數(shù)據(jù)的輸入/輸出都是高位在先。芯片內(nèi)部共有6條指令，如表34所示。表34 X5045的指令格式及功能 X5045 instruction format and function命令名稱命令格式內(nèi)容WREN0000 0110帶開寫使能開關WRDI0000 0100關閉寫使能開關RDSR0000 0101讀狀態(tài)寄存器WRSR0000 0001寫狀態(tài)寄存器READ0000 A8011讀存儲單元WRITE0000 A8010寫存儲單元（1）WREN和WRDI是寫使能開關的開/關指令。它們都是單字節(jié)指令。（2）RDSR和WRSR是狀態(tài)寄存器的讀/寫指令。在從SI輸入指令后，RDSR的執(zhí)行結果，即狀態(tài)寄存器內(nèi)容須從SO讀出；而WRSR需要緊接著輸入修改數(shù)據(jù)。（3）READ和WRITE是存儲單元的讀/寫指令。輸入指令后（指令碼第三代表存儲單元地址的最高位），接著輸入低八位地址，最后就可以連續(xù)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。其中，讀指針和寫指針的工作方式完全不同，讀指針的全部8位用來計數(shù)，0FFH溢出后變成00H；寫指針只用最低兩位計數(shù)，XXXXX11B溢出后變成XXXX XX00B，所以連續(xù)寫的實際結果是在4個單元中反復寫入。另外，由于EEPROM的寫入時間長，所以在連續(xù)兩條寫指令之間應讀取WIP狀態(tài)，只有內(nèi)部寫周期結束時才可輸入下一條寫指令。外部存儲器X5045與單片機AT89C51連接的電路圖如圖33所示。程序在執(zhí)行數(shù)據(jù)擦寫操作時要加入約10ms的延時。煤氣表中諸如累積以耗用氣量、結余氣量、購氣次數(shù)等重要數(shù)據(jù)都存放在X5045中，這樣可克服由充電電池長期維持RAM中信息所潛在的不可靠性。圖33 X5045與單片機的管腳連接圖 X5045 and monolithic integrated circuit39。s base pin connection diagram 耗氣量計數(shù)電路耗氣量計數(shù)電路是煤氣表的傳感器部分，是實現(xiàn)正確計量的基礎。考慮到現(xiàn)有模擬式煤氣表中，旋翼式結構簡單，測量范圍寬，靈敏度高，外形尺寸小，精確度已被廣大用戶所接受，因此本煤氣表的流量計還是基于模擬煤氣表的旋翼式結構，而將葉輪機構上提取的電信號用頻率脈沖計數(shù) ，實現(xiàn)煤氣流量的計量，其耗電≤lmA，并保持了原有的結構簡單，精確度高的優(yōu)點。這里用干簧管來實現(xiàn)[8]。干簧管為磁靈敏開關型傳感器，其結構如圖34所示。干簧管由一對磁性材料制造的彈性舌簧組成，密封于玻璃管中。當恒磁鐵或線圈產(chǎn)生的磁場施加于舌簧上時，使2個舌簧磁化，產(chǎn)生的磁場吸引力克服了舌簧彈性產(chǎn)生的阻力，舌簧被接觸導通。一旦磁場消失，舌簧又重新分開?？刂破鞑捎?個干簧管實現(xiàn)計數(shù)和保護功能。1個干簧管安裝在單位計數(shù)撥碼盤附近，在計數(shù)撥碼盤上均勻嵌有2個微型磁鋼。，干簧管開關2次。另一個干簧管安裝于靠近外殼處，撥碼盤上磁鋼的磁場對其沒有影響。當外界有強磁場時，2個干簧管都會導通，這時單片機軟件可將此判斷為干擾或惡意破壞而放棄該次計數(shù)，并關閉進氣閥門。當檢測到10s(可設置)內(nèi)無強磁干擾時，閥門打開，有效地實現(xiàn)了防外界磁場干擾功能。圖34 干簧管的結構 Structure of dry reed pipe在普通轉(zhuǎn)盤計數(shù)的燃氣表中加裝干簧管和磁鐵，干簧管固定安裝在計數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，磁鐵安裝在計數(shù)盤位上，當轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)1圈，磁鐵就經(jīng)過干簧管1次，在信號端產(chǎn)生1個計量脈沖。其優(yōu)點是：成本較低，工藝簡單，不需耗電，通用性較強。其缺點是：臨界點顫動誤發(fā)信號，信號容易受到外部磁場干擾；傳感器的核心部件水磁鐵隨著時間的延長會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，使得下簧管在計數(shù)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過時不能輸出脈沖，從而導致脈沖少計。在實際使用過程中故障往往不是短時間可以暴露的，有的問題幾個月以后才普遍出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)就造成大而積的、不可挽回的損失。為了使傳感電路具有防外磁、防短路、防斷路等功能，系統(tǒng)外加了1只防磁干簧管，傳感電路如圖35所示。圖35中，RR2為金屬膜電阻，分別為22kΩ、2kΩ。K1為計量干簧管（常開），K2為防外磁干簧管（常開），正常工作狀態(tài)下只有K1閉合，K2斷開，A、B為連線連接點。圖35 外加防磁干簧管的傳感電路 Sensing circuit of additional antimagetic reed 液晶顯示電路液晶（LCD）顯示屏，是用戶獲取煤氣表信息的直接來源。用戶可隨時使用中斷方式來查詢現(xiàn)有剩余氣量、使用總量以及煤氣表的一些提示信息，這些信息將會顯示在煤氣表的液晶顯示屏上。這里采用南京國顯電子公司自行研制的串行液晶顯示模塊（LCM）PDC401（4位七段碼帶小數(shù)點），它能顯示電池欠壓、氣量不足、閥門關閉、插卡有誤和氣量等信息。它只有4根線與系統(tǒng)相連，可大大簡化線路，其外形如圖36所示。因為它內(nèi)部帶驅(qū)動電路，所以成本相對較高。1. VSS 圖36 PDCLCM外形圖 PDCLCM shape其中：VDD：電源正極。CLK：串行移位脈沖。DI：串行數(shù)據(jù)輸入。VSS：電源地。1）PDC401 LCM串行液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)輸入格式為：數(shù)據(jù)位為0時顯示開，數(shù)據(jù)位為1時顯示關。設用戶需顯示的數(shù)據(jù)存放在DIS1DIS4共四個RAM中，串行送數(shù)時，先送DIS1的最低位，最后送DIS4的最高位。2）地址表：如表35所示。表35 顯示數(shù)據(jù)存放地址表 shows address data stored in tableD7D6D5D4D3D2D1D0DIGIT1A1B1C1D1E1F1G1H1DIS1DIGIT2A2B2C2D2E2F2G2H2DIS2DIGIT3A3B3C3D3E3F3G3H3DIS3DIGIT4A4B4C4D4E4F4G4H4DIS43）時序圖：如圖37所示。圖37 串行顯示時序Figure 37 shows time seriesPDC401串行液晶顯示模塊與單片機連接電路如圖38所示。由圖可看出，CPU P1口的兩根線直接與顯示模塊相連接，串行輸入數(shù)據(jù)即可完成顯示功能，使硬件電路大為簡化。圖38 PDC401串行液晶顯示模塊與單片機連接電路 PDC401 serial LCD modules and connecting circuits 可燃氣報警電路與防作弊電路煤氣傳感器的使用大大增加了系統(tǒng)的安全性。由于煤氣是一種無色無味的有毒氣體一旦泄露會對用戶的人身和財產(chǎn)產(chǎn)生很大的威脅。加入煤氣傳感器后，系統(tǒng)就可時時檢測空氣中的危險氣體含量是否超標，如果超標它會通知單片機，單片機會通知閥門關閉，同時通知報警電路發(fā)出聲音警報信號。報警電路同時還具有提示用戶購氣、作弊警示、提醒更換電池等功能。這里采用的是可燃氣傳感器 MQK1，它對液化氣、天然氣、城市煤氣有較好的靈敏度；對乙醇、煙霧幾乎不響應；而具有靈敏度高、響應快、長壽命等特點。并且驅(qū)動電路簡單，特別適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置?？扇細鈧鞲衅?MQK1感應到可燃氣濃度過量時。光報警時中止正常顯示，利用顯示器中的一位特定字符來指示。低功耗工作時。 用戶私開表蓋將導致K3閉合，觸發(fā)中斷，同時私開表蓋被記錄到表內(nèi)EEPROM中，返回主程序后立即關氣。此后要開氣必須先將私開表蓋記錄清除，而只有煤氣公司才能清除這種不良記錄。本課題選用的聲音報警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件采用壓電蜂鳴器，這種蜂鳴器只需在其兩引線上加3~15V的直流電壓，就能產(chǎn)生3kHz左右的蜂鳴振蕩音響。它比電動式蜂鳴器結構簡單、耗電少，適用于在單片機系統(tǒng)中使用。 電磁閥控制電路閥門控制著煤氣表的開關狀態(tài)。目前可控制的閥門主要是電磁閥。但常規(guī)的電磁閥是靠電的通斷來控制閥門開關的，即要讓閥門一直開著，就必須一直通電，因此耗電較大，不符合本煤氣表的需要。因此，必須在現(xiàn)有電平開關式電磁閥的基礎上對此進行改進，將閥門開關控制由電脈沖來實現(xiàn)，使得對閥門開關只是瞬時供電，從而減少耗電量。電磁閥在緊急情況下還可立即切斷煤氣通道，保障用戶的安全。電磁閥作為IC卡智能煤氣表的執(zhí)行機構，是實現(xiàn)其預收費功能的關鍵裝置。當用戶表中余量為零時，應能及時切斷氣源，電磁閥應采用微功耗雙穩(wěn)態(tài)設計。電磁閥的結構示意圖如圖39所示。圖39 電磁閥結構 electromagnetic valve structure電磁閥的工作原理是：當打開閥門時，給閥門線圈接通一個正向直流電流，使線圈產(chǎn)生一個與永磁鐵同向的電磁場，當這個電磁場足夠大時，與閥芯相連的鐵桿（銜鐵）在永磁場與電磁場共同吸引下，與永磁鐵吸合，同時克服彈簧彈力，壓縮彈簧。由于永磁鐵和鐵桿的吸合力大于彈簧的恢復力，當線圈斷電時，閥蓋保持開啟狀態(tài)，關閉閥門時，給線圈通入一反向直流電，則線圈產(chǎn)生一個與永磁鐵相反的電磁場。永磁場與電磁場反向疊加，削弱了永磁場與鐵桿的吸合力，導致吸合力小于彈簧彈力。在彈力作用下，閥門關閉，當切斷線圈電流時，因永磁鐵與鐵桿間的距離較大，不足克服彈簧彈力將鐵桿吸回，因此閥蓋可以在關閥位置保持。由于在開和關的位置，線圈均不需電流，因此稱為雙穩(wěn)態(tài)電磁閥。 本系統(tǒng)選用ZCM20型電磁閥，控制電路如圖310所示。它是一種雙穩(wěn)態(tài)高效節(jié)能型電磁閥，~，具有點開和點關的脈沖工作方式。一旦開啟或關閉，可處于自保持狀態(tài)，無須電源供電。當P3．7腳輸出低電平時，三極管T1截止，電磁閥關閉；當P3．7腳為高電平時，三極管T1導通，電磁閥ZCM開啟。通過電磁閥控制電路，單片機控制系統(tǒng)可以很方便地控制用戶能否用氣。電磁閥膜片及內(nèi)件采用特殊材料，能耐半中性介質(zhì)或弱腐蝕性介質(zhì)，特別適用于煤氣管道中。氣閥開狀態(tài)導致 K1閉合，氣閥關狀態(tài)導致 K2閉合， 。圖310 電磁閥控制電路 electromagne