【正文】 拉克拉，邁克爾同時(shí)感謝所有教育過我的老師，你們傳授識(shí)是我不斷成長(zhǎng)進(jìn)步的源泉，也是我能夠順利完成本次設(shè)計(jì)的根本。在閑聊中他總是 能像知心朋友一樣鼓勵(lì)你，在論文的寫作和措辭等方面他也總會(huì)以“專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”嚴(yán)格要求你，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復(fù)修改、潤(rùn)色，馬東老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我深刻而細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。一塊 2Ah 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 的鋰電池可用 6 年以上，達(dá)到國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 當(dāng)用戶插入購(gòu)水后的 IC 卡時(shí)，水表自動(dòng)將水表剩余的水量與本次購(gòu)水量進(jìn)行累計(jì)。當(dāng)余額低于 875 時(shí)，水表的報(bào)警設(shè)施提醒用戶及時(shí)發(fā)出蜂鳴響聲提示用戶繳納金額。 當(dāng)用戶將購(gòu)的水表卡插入水表時(shí)，水表內(nèi)的系統(tǒng)在識(shí)別確認(rèn)該卡有效后，自動(dòng)打開閥門，進(jìn)行正常的供水。其設(shè)計(jì)主要包括 IC 卡讀寫、液晶顯示、記憶單元、電磁閥控制 4 個(gè)模塊。再次在編程與調(diào)試部分主要對(duì)開發(fā) Keil做了詳細(xì)介紹。如圖 所示 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 圖 充值模式 用水扣費(fèi)狀態(tài) 用鍵盤選擇用水選項(xiàng)后，如果 IC 卡內(nèi)預(yù)存金額足夠的話，系統(tǒng)自動(dòng)開始供水并同時(shí)開始扣費(fèi)。 實(shí)物調(diào)試 本次設(shè)計(jì)的 IC 卡智能水表，通電后系統(tǒng)會(huì)通過 LCD 顯示屏開啟水閥或者是充值兩個(gè)選項(xiàng)，根據(jù)需要 選擇對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)進(jìn)行操作。開發(fā)工具選項(xiàng)可以對(duì)應(yīng)目標(biāo)、組或單個(gè)文件， uVision4 包含一個(gè)器件數(shù)據(jù)庫(kù) (device database)，可以自動(dòng)設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項(xiàng)，來滿足用戶充分利用特定微控制器的要求。源代碼編輯窗口；反匯編窗口；觀察和堆棧窗口；存儲(chǔ)器窗口； CPU 寄存器窗口；串行窗口；邏輯分析窗口；符號(hào)觀察窗口。 Keil uVision 系列可以支持單片機(jī) C51 程序設(shè)計(jì)語言，也可以直接進(jìn)行匯編語言的設(shè)計(jì)與編譯。 消費(fèi)過程流程如圖 所示 校驗(yàn)密碼 輸入充值金額 充值成功 結(jié)束 開 始 按下充值鍵 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 消費(fèi)過程流程圖 按下用水按鍵 開啟水閥 開始扣費(fèi) 開始讀卡 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 5 編程與系統(tǒng)調(diào)試 編程工具 Keil 在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中， 51 系列微處理器被廣泛應(yīng)用 在各式各樣的 產(chǎn)品中。 當(dāng)工作人員完成 操作 后 ，屏幕 上會(huì)顯示 充值后 IC 卡中的余額。 主程序設(shè)計(jì) 主程序主要 是用來 完成 對(duì) 系統(tǒng) 的 初始化、 IC 卡插入 卡槽后的 檢測(cè)、 信息的 讀寫和鍵盤輸入與處理、異常情況 的處理 等工作， 以此來 完成 交換信息的 功能。這樣將一個(gè)完整的程序分成若干個(gè)可以獨(dú)立完成某些任務(wù)的功能模塊，各模塊又分為若干子模塊，各子模塊之間相互獨(dú)立，又受主程序模塊的控制。 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分 就是軟件程序的設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)能后實(shí)現(xiàn)既定的功能也要看軟件程序編寫的成功與否。 SLE4442IC 卡 的主要指標(biāo) （ 1） 32 位保護(hù)存儲(chǔ)器 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 （ 2） 256 字節(jié) EEPROM （ 3） 3 字節(jié)用戶密碼，密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)： 3 次 （ 4） 溫度范圍： 0℃ ~70℃ （ 5） 至少十萬次擦寫 （ 6） 至少十年數(shù)據(jù)保存期 （ 7） 工作電壓： 5V IC 卡電路如圖 所示 圖 IC 卡接口電路 鍵盤設(shè)計(jì) 由于此設(shè)計(jì)單片機(jī)的接口使用比較緊張，所以本次設(shè)計(jì)采用 4*4 矩陣式鍵盤的接口電路。 LCD12864 顯示器如圖 所示 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 LCD12864 顯示屏 LCD12864 的基本特性如下： （ 1） 低電源電壓（ VDD:++） （ 2） 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)真漢字 （ 3） 顯示方式： STN、半透、正顯 （ 4） 顯示分辨率 : 12864 點(diǎn) （ 5） 內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符 （ 6） 通訊方式：串行、并口可以選擇 （ 7） 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，不需要外加負(fù)壓 （ 8） 不需要片選信號(hào)，可以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì) （ 9） 工作溫度： 0℃ ~﹢ 55℃ ，存儲(chǔ)溫度： ﹣ 20℃ ~﹢ 60℃ SLE4442IC 卡部分 SLE4442 是西門子公司的 新一代的 具有可編程安全代碼和寫保護(hù)功能的智能型存儲(chǔ)芯片。再?gòu)?fù)雜點(diǎn)就有三極管等等配合程序來進(jìn)行了 。除了正常 使用的 初始化之外，當(dāng)操作錯(cuò)誤 或者程序運(yùn)行錯(cuò)誤 使系統(tǒng)處于死鎖 狀態(tài)時(shí)， 也需要按下復(fù)位鍵來 重新啟動(dòng) 單片機(jī) 。 外部方式 產(chǎn)生 的時(shí)鐘電路 引腳 XTAL1接地， XTAL2接外部振蕩器。 引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器， 在此期間 其他芯片功能 將受到禁止 ，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “ 1” 且在任何非空沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 每腳可吸收 8TTL 門電流。其將通 用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 （ 1）單片機(jī)的 CPU 是否有相對(duì)應(yīng)的處理能力 （ 2）單片機(jī)片內(nèi)是否有系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的外接口 （ 3）單片機(jī)是否有系統(tǒng)所需要的 I/O 端口數(shù)量 （ 4）單片機(jī)的極限性能是否能夠 滿足設(shè)計(jì)的要求 綜合上述幾條敘述，本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為主控芯片 單片機(jī) AT89C51 介紹 AT89C51 是 51 系列單片機(jī) 大家族中的一員， 由 ATMEL 公司生產(chǎn) 制作 的 。 編輯器中含有：生成電氣連接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)表、進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、制作出設(shè)計(jì)報(bào)告和打印高質(zhì)量圖紙等一系列設(shè)計(jì)活動(dòng)所需的軟件工具。如同 Windows 文件管理器，設(shè)計(jì)管理器在右 邊顯示 這個(gè)文件夾的內(nèi)容。 設(shè)計(jì)管理器的心臟就是左邊的導(dǎo)航面板。 提示：在文件夾上單擊右鍵會(huì)顯示浮動(dòng)菜單，然后選擇在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)新建文件。這里對(duì) 在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建文件夾的分 層深度沒有限制。在 Protel99 中與設(shè)計(jì)的接口叫設(shè)計(jì)管理器。 Protel99 容易使用的特性就是新的 “ 這是什么 ” 幫助。 Protel 99 是在桌面環(huán)境下第一個(gè)以獨(dú)特的設(shè)計(jì)管理和團(tuán)隊(duì)合作技術(shù)為核心的全方位的印制板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 Altium Designer 是業(yè)界首例將設(shè)計(jì)流程、集成化 PCB 設(shè)計(jì)、可編程器件（如 FPGA）設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時(shí)進(jìn)行 PCB 和 FPGA 設(shè)計(jì)以及嵌入式設(shè)計(jì)的解決方案，具有將設(shè)計(jì)方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。在國(guó)內(nèi)PROTEL 軟件較易買到，有關(guān) PROTEL 軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 3 系統(tǒng)各模塊硬件電路設(shè)計(jì) 本 次設(shè)計(jì)的 IC 卡水表 系統(tǒng)硬件 主要 由以下幾個(gè)部分組成： （ 1） AT89C51 單片機(jī) 作為主控制 電路 （ 2） SLE4442 智能 IC 卡，及插卡電路 （ 3） LED 指示電路 （ 4） 矩陣鍵盤輸 入電路 （ 5） LCD12864 液晶顯示電路 （ 6） 報(bào)警電路 （ 7） 5V 的電源電路 Protel 電路原理圖設(shè)計(jì)軟件 在設(shè)計(jì)硬件電路之前我們需要了解將要使用的 protel 制圖軟件。 顯示器的選擇 有兩種可供選擇的顯示器，一種是 HJ1602 液晶顯示屏，一種是 LCD12864 液晶顯示屏。 將 按鍵 放 置在行線和 列線的交叉點(diǎn)上，按鍵開關(guān)的兩端分別接到行 線和 列線 上， 平時(shí)當(dāng)沒有按鍵 操作的時(shí) 候 ，列線 將會(huì) 處于高電平狀態(tài)； 而當(dāng)有按鍵按下時(shí)， 行列線 就會(huì) 導(dǎo)通，列線的電平 也會(huì) 由此連接 在一起 ， 每個(gè)按鍵的操作與否控制著該按鍵所在行列線的電平變化， 這樣行列線配合起來進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，就可以確定按鍵的位置。 在 按下 按鍵 和沒有按下 按鍵 時(shí) I/O 口電平剛好 是相反的 。 由于具有較高的安全性， 這種卡常常 被 用于對(duì)信息保密性 要求較高 的領(lǐng)域， 涉及到 金融等方面 非常適合選用這種 IC 單 片 機(jī) 顯 示 屏 鍵 盤 復(fù) 位 電 路 報(bào) 警 電 路 IC 卡 接 口 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 卡 。 （ 1） 存儲(chǔ)卡的容量 跨度很大可以從 幾十字節(jié)到幾千字節(jié)不等。 下面來說明一下兩種 IC 卡的特點(diǎn)： （ 1） 射頻 IC 卡 表面上沒有 金屬觸點(diǎn)而是在卡 的 內(nèi) 部設(shè) 置 了 天線 ， 射頻卡處在讀卡器一定距離內(nèi)時(shí)，讀寫卡器 就可以 通過發(fā)射射頻信號(hào)對(duì) IC 卡進(jìn)行讀寫操作。并且，該芯片功耗低，特別適用于水表控制線路多、功能全、功耗低的要求。并通過顯示屏顯示 IC 卡中充值后的余 額。 研究?jī)?nèi)容 在 IC 卡插入水表后后，系統(tǒng)通過 LCD12864 顯示金額，利用鍵盤輸入可以選擇充沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 值還是用水，開啟用水功能后能實(shí)現(xiàn) 1 元 /s 扣除金額，操作完成后 LCD12864 可以實(shí)時(shí)顯示余額，并且可以通過加密碼（ 111111）來進(jìn)行充值。莫雷諾 RolandMoreno 在 1974 年發(fā)明的帶集成電路芯片的塑料卡片，并且取得了該項(xiàng)的專利權(quán)，這就是早期 IC 卡發(fā)展過程?，F(xiàn)在 IC 卡已廣泛應(yīng)用于金融、社會(huì)保障、交通、電信、旅游、商貿(mào)、以及銀行賬戶管理等領(lǐng)域。我國(guó)在 1993 年正式啟動(dòng)以電子貨幣應(yīng)用為重點(diǎn)的“金卡工程”。如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)水表，這個(gè)跨越基本是無法實(shí)現(xiàn)的，而采用 IC 卡智能水表，將為運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行 現(xiàn)代化管理奠定一個(gè)技術(shù)基礎(chǔ)。 采用傳統(tǒng)水表 收取水費(fèi)的做法需要很大的工作量，不僅效率低，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還可能遇到用戶欠繳、遲繳或漏繳水費(fèi)等問題。國(guó)內(nèi)城市規(guī)模在快速的擴(kuò)大，居民戶數(shù)也在迅速的增加，供水部門的工作量也會(huì)不斷的加大。 隨著水資源的日益緊張，國(guó)家將會(huì)逐步實(shí)行階梯式水價(jià)等較為復(fù)雜的用水管理模式，這樣可以有效地控制用水量，但是 同時(shí)也對(duì)供水交易系統(tǒng)提出了更高的技術(shù)要求。這些新的高要求不但促使著要對(duì)傳統(tǒng)水表進(jìn)行不斷地改進(jìn)和發(fā)展，也必然會(huì)產(chǎn)生一種新型的水表 —— 智能水表。傳統(tǒng)水表的功能也比較單 一，它只具流量的采集和機(jī)械指針顯示用水量這鞋比較簡(jiǎn)單的功能。直到現(xiàn)在依然被作為供水公司的主要經(jīng)營(yíng)模式。 這種經(jīng)營(yíng)模式已經(jīng)跟不上社會(huì)發(fā)展的腳步了。目前在我國(guó) 600 多個(gè)城市中有將近 400 個(gè)城市出現(xiàn)了 供水不足的現(xiàn)象。 本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的整體原理，分析了系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，并制作了實(shí)物。顯示部分采用 LCD12864 液晶顯示器，能夠支持漢字和數(shù)字輸出，簡(jiǎn)單明了。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于單片機(jī)的 IC卡水表的設(shè)計(jì) 摘 要 智能 IC 卡水表是一種集計(jì)量功能和控制功能為一體的水量計(jì)量裝置，是一種利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)量并能進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。鍵盤采用 矩陣 鍵盤模塊，輸入方便。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) ； IC 卡 ；智能水表 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract The intelligent IC card water meter is a kind of water metering measuring function and control functions of the device, is the use of modern microelectronic technology, modern sensor technology, 39。節(jié)約水資源我們可以采取兩方面的措施，一是加大力度研發(fā)和推廣節(jié)水新技術(shù)；二是對(duì)用水進(jìn)行更加