【導(dǎo)讀】遠程抄表系統(tǒng)是利用現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程抄表計數(shù)管理的一種新興管理系統(tǒng)。以廣泛的運用于電力系統(tǒng)電能管理等公共事業(yè)部門，是現(xiàn)代管理的發(fā)展趨勢之一。完成電能數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。文中在硬件上對CPU、展、電能采集和顯示電路都做了詳細(xì)的論述。在軟件上對數(shù)據(jù)脈沖采集、通信、顯示子程。序、校驗子程序等做了詳細(xì)的說明。電磁兼容問題給了一些相應(yīng)的解決措施，從而使系統(tǒng)抗干擾性能有了明顯的提高。高的社會推廣價值。

　　

【正文】 ，將端口 P0的地址總線 (A0A7)鎖存到鎖存器中。在非訪問外部儲存器期間， ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅(qū)動其 他的外圍芯片的時鐘輸入。當(dāng)訪問外部存儲器期間，將以 1/2振蕩頻率輸出； ⑦ EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼 (存于外部 EPROM來執(zhí)行程序，在 8051中， EA引腳必須接低電位，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 AT89S51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器，當(dāng)程序指針 PC值超過片內(nèi)程序儲存地址 (如 8051/8751 /89S51的 PC超過 0FFFH)時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序儲存器繼續(xù)運行。此外，在程序代碼燒錄至 8951內(nèi)部 EPROM, 89S51內(nèi)部 FLASH時，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓(AT89S51為 12V)； ⑧ PSEN：此為 “Program Store Enable”的縮寫。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次 PSEN信號，在執(zhí)行片內(nèi)程序儲存器指令時，不產(chǎn)生 PSEN信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時，亦不產(chǎn)生PSEN信號； ⑨ P0 、 P P2.、 P3口 ⑩ P0口 (~)是一個 8位漏極開路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線 (低 8位 )和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴展而單片 應(yīng)用時，則作為一般的雙向v0口用。 P0口每一個引腳可以帶 8個 LSTTL負(fù)載； P1口 ((P ~P )是具有內(nèi)部提升電路的雙向 vo端口 (準(zhǔn)雙向并行 vo口 )，其輸出可以帶 4個 LSTTL負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口； P2口 (~)是具有內(nèi)部提升電路的雙向 v0端口 (準(zhǔn)雙向并行 I/O口 )，當(dāng)訪問外部程序存儲器時，它是高 8位地址。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作為一般雙向 v0口用。每一個引腳可以推動 8個 LSTTL負(fù)載； P3口 (~)是具有內(nèi)部提升電路 的雙向 v0口 (準(zhǔn)雙向并行 I/O口 )，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ埽涮厥夤δ芤_分配如下： ◆ RXD串行通信輸入； ◆ TXD串行通信輸出； ◆ INT0外部中斷 0輸入，低電平有效； ◆ INT1外部中斷 I輸入，低電平有效； ◆ T0計數(shù)器 0外部事件計數(shù)輸入端； ◆ T1計數(shù)器 1外部事件計數(shù)輸入端； ◆ WR外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效； ◆ RD外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效； 基于單片機遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計與研究 17 看門狗電路及 外圍存儲 設(shè)計 幾乎所有的單片機都需要復(fù)位電路，對復(fù)位電路的基本要求是：在單處機上電時能可靠復(fù)位；在下電時能防止程序亂飛，保證 E2PROM中的數(shù)據(jù)不被修改；另外，單 片 機系統(tǒng)在工作時，由于干擾等各因素的影響，有可能出現(xiàn)死機現(xiàn)象，導(dǎo)致單片機系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機本身的看門狗定時器（有些單片機無看門狗定時器）外，還需外加個看門狗電路，在一定的時 間后提供復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位；除此以外，有些單片機系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機能將重要數(shù)據(jù)保存下來，因為掉電的發(fā)生往往是很隨機的，因而此類單片機系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時的告知單片機。為了滿足這些要求，這里我們采用 X25045微處理器監(jiān)控芯片 ， 使用該芯片大大降低了微控制器系統(tǒng)中進行電源監(jiān)控、電池控制的各功能電路的復(fù)雜性，以及元件數(shù)量 [14][15]。 X25045是美國 Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8腳集成電路，它將 E2PROM、看門狗定時器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計，提 高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機外圍芯片。X25045引腳如圖 。 圖 X25045芯片引腳 （１） 功能及其引腳描述 ： X25045 的 看門狗 電路使用十分方便。 X25045 內(nèi)部還集成了 512B E2PROM 和電壓運行監(jiān)視系統(tǒng)，只需這樣一塊芯片，外加晶振和復(fù)位電路就可以組成單片機的運用系統(tǒng)，有助于簡化系統(tǒng)的設(shè)計，減少印制板的占用面積，提高系統(tǒng)的可靠性。 ① CS：芯片選擇輸入，當(dāng) CS 是高電平時，芯 片未選中，并將 SO 置為高阻態(tài)，器件處于標(biāo)準(zhǔn)的功耗模式，除非一個向非易失單元寫的周期開始，在 CS 是高電平時，將 CS 拉低將使器件處于選擇狀態(tài)，器件將處于工作功耗狀態(tài)，在上電后任何操作之前， CS 必須有一個高變低的過程。看門狗輸入，在看門狗定時器超時并產(chǎn)生復(fù)位之前，一個加載 WDI 引腳上的由高到低的電平的變換將復(fù)位看門狗定時器。 ② SO： 串行輸出， SO 是一個推 /拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在 SCK 脈沖的下降沿由這個引腳送出。 ③ SCK： 串行時鐘，串行時鐘的上升沿時通過 SI 引腳進行數(shù)據(jù)的輸入，下降沿通過SO 引腳進行 數(shù)據(jù)輸出。 ④ WP： 寫保護，當(dāng) WP 引腳是低電平時，向 X25045 中寫的操作被禁止，但是其他的功能正常，當(dāng)引腳是高電平時，所有操作正常，包括寫操作，如果在 CS 是低的時候， WP 變?yōu)榈碗娖剑瑒t會中斷向 X25045 中寫的操作，但是，如果此時內(nèi)部非基于單片機遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計與研究 18 易失性寫周期已經(jīng)初始化了， WP 變?yōu)榈碗娖讲黄鹱饔谩? ⑤ SI：串行輸入， SI 是串行數(shù)據(jù)輸入端，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個引腳進行輸入，在 SCK 的上升沿時進行數(shù)據(jù)的輸入，并且高位 W SB 在前。 ⑥ Vss：地； ⑦ Vcc：電源電壓； ⑧ RESET： RESET:復(fù)位輸出， RESET 是一個開 漏型輸出引腳，只要 Vcc 下降到最小允許 Vcc 值，這個引腳就會輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過最小允許值之后200ms，同時它也受看門狗定時器控制，只要看門狗處于激活狀態(tài)，并且 WDI 引腳上電平保持為高或者為低超過了定時時間，就會產(chǎn)生復(fù)位信號， CS 引腳上的一個下降沿將會復(fù)位看門狗定時器，由于這是一個開漏型的輸出引腳，所以在使用時候必須接上拉電阻。 （２） X25045 看門狗電路設(shè)計 ： X25045 硬件連接圖如圖 所示。 X25045 芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預(yù)置的時間 內(nèi)若沒有總線活動，則X25045 將從 RESET 輸出一個高電平信號，經(jīng)過微分電路 C R3 輸出一個正脈沖，使 CPU 復(fù)位。圖 電路中， CPU 的復(fù)位信號共有 3 個：上電復(fù)位 (C R2)，人工復(fù)位 (S、 R R2)和 Watchdog 復(fù)位 (C R3)，通過或門綜合后加到 RESET 端。 CR3 的時間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因為這時 CPU 的振蕩器已經(jīng)在工作。 圖 X25045 看門狗電路硬件連接圖 看門狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循 環(huán)周期的時間略長即可。編程時，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠達不到預(yù)置時間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，則看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 基于單片機遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計與研究 19 通訊模塊設(shè)計 為了完成 PC 機與數(shù)據(jù)采集板之間的信息交換，通訊電路必不可少，本課題采用的是 RS485 通訊接口形式，關(guān)于這部分本文將在第 3 章中說明。 時鐘模塊 該系統(tǒng)，屬于自動測控系統(tǒng)，需要數(shù)據(jù)的記錄，并且還需要記錄下該數(shù)據(jù)被記錄的時間，在有異 常情況的數(shù)據(jù)出現(xiàn)時，可以根據(jù)時間的記錄查處數(shù)據(jù)出錯的時間。為了達到自動抄表的目的，并且能記錄抄表的時間，在這里采用了時鐘芯片，當(dāng)設(shè)定了抄表時間后，系統(tǒng)將根據(jù)芯片所提供的時間為基準(zhǔn)進行電表的數(shù)據(jù)查抄。 (1)芯片的選擇 [16]： DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi) 部有一個 318 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細(xì)電流充電的能力。 (2) DS1302 芯片功能介紹： 圖 示出 DS1302 的引腳排列 ， 其中 Vcc1 為后備電源， VCC2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。當(dāng) Vcc2 大于 Vcc1＋ 時， Vcc2 給 DS1302 供電。當(dāng) Vcc2 小于 Vcc1 時， DS1302由 Vcc1 供電。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過把RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc≥， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST置 為高電平。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )， SCLK 始終是輸入端。 圖 DS1302 的引腳圖 基于單片機遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計與研究 20 (3) DS1302 與 CPU 的連接 ： 圖 DS1302 與 CPU 連接電路圖 顯示模塊設(shè)計 （ 1） PS7219 是一種新型的串行接口的 8 位數(shù)字靜態(tài)顯示芯片。它是由武漢力源公司新推出的 24 腳雙列直插式芯片，采用流行的同步串行外設(shè)接口（ SPI），可與任何一種單片機方便接口，并可同時驅(qū)動 8 位 LED（或 64 只獨立 LED），其引腳圖如圖 所示 [17][18]。 圖 PS7219 引腳圖 PS7219 內(nèi)部具有 158RAM 功能控制寄存器，可方便選址，對每位數(shù)字可單獨控制、刷新、不需重寫整個顯示器。顯示數(shù)字亮度可由數(shù)字進行控制，每位具有閃爍使能控制位。當(dāng)引腳 CON（ 13 腳）置高電平，可禁止所有顯示，達到降低功耗的效果，但同時并不影響對控制寄存器的修改。 PS7219 還有一個掉電模式、一個允許用戶從 1 位數(shù)顯示到 8 位數(shù)基于單片機遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計與研究 21 顯示選擇的掃描界限寄存器和一個強迫所有 LED 接通的測試模式。另外， PS7219A 型內(nèi)置一個可靠的 uP 監(jiān)控電路，可為外部提供一個脈寬 140ms，觸發(fā)門限典型值為 的高電平復(fù)位信號。 （ 2） 主要的功能引腳說明： 表 PS7219 芯片的主要引腳功能 引腳 名稱 功能 1 RST 復(fù)位引腳 2 LOAD 裝載數(shù)據(jù)輸入，當(dāng) LOAD 位高電平，串行輸入數(shù)據(jù)的最后 16 位被鎖定 3 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入，在 CLK 的 上升 沿，數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部 16 位移位寄存器 4 CLK 時鐘輸入，最高頻率為 500KHZ。在 CLK 的下降沿，數(shù)據(jù)被移入到內(nèi)部移位寄存器，在時鐘的下降沿，數(shù)據(jù)從 DOUT 輸出 512， 14 DIG18 8 位數(shù)字驅(qū)動線，它從顯示器吸入電流 12 GND 地 13 CON 顯示控制器，低電平選通，高電平顯示無效 15 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出，輸入到 DIN 的數(shù)據(jù)在 個時鐘周期后 DOUT 有效 16， 1723 SDP,GA 7 段驅(qū)動器和小數(shù)點線，它供給顯示器電流 24 V+ 電源電壓 (3) 電路連 接： 這里 89S51 的 作為串行數(shù)據(jù)的輸出，連接到 PS7219 的 DIN 腳， 和 通過程序分別 模擬 PS7219的時鐘脈沖 CLK及數(shù)據(jù)加載 LOAD信號。 PS7219的 SA~SG、SDP 端連接到各 LED 數(shù)碼管對應(yīng)是的 a~f及 dp 端， DIG0~DIG8 分別接 8 位 LED 數(shù)碼管共陰級，以實現(xiàn)位選，如圖 所示： 基于單片機遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計與研究 22 圖 顯示電路連接圖 (4)工作原理： DIN 是串行數(shù)據(jù)的輸入端，在 CLK 上升沿，一位數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部 16 位寄存中，CLK 的最高時鐘頻率可達 500KHz，在輸入時鐘信號的每個上升沿，均有一位數(shù)據(jù)由 DIN移入到內(nèi)部寄存器中 LOAD 來卸載數(shù)據(jù)，在 LOAD 的上升沿， 16 位串行數(shù)據(jù)被鎖存到 數(shù)字或控制寄存器中， LOAD 必須在 16 個時鐘上升沿的同