【正文】 考慮實(shí)際需要，該智能電表可以改用LCD以便可以顯示更復(fù)雜的內(nèi)容；鍵盤也可以改為矩陣式鍵盤以對(duì)電表進(jìn)行更復(fù)雜的控制；系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成帶IC卡的預(yù)付費(fèi)電表，更方便的實(shí)現(xiàn)繳費(fèi)功能。單片機(jī)C語(yǔ)言編程，可讀性好，但代碼效率低，適合編較大程序和整體程序；單片機(jī)匯編語(yǔ)言代碼執(zhí)行率高，但可讀性差，適合編較小程序和子程序。采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)一些功能, 可以提高速度,減少存儲(chǔ)容量和軟件研制的工作量, 但會(huì)增加硬件成本, 降低硬件的利用率和系統(tǒng)的靈活性與適應(yīng)性?？偨Y(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，我們可以得出一下幾點(diǎn)結(jié)論：6 結(jié)論及前景展望本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能的精確測(cè)量及智能化管理，可以正常顯示電量、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、鍵盤控制、串行通信及紅外通信，基本完成了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，證明了該設(shè)計(jì)方案的可行性及正確性。由此可知，紅外通信功能擴(kuò)展基本實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。測(cè)試結(jié)果：數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，傳輸距離超過(guò)1000米，可知該設(shè)計(jì)較好的完成了設(shè)計(jì)要求。分析測(cè)試結(jié)果可知，本次設(shè)計(jì)的三相智能電表系統(tǒng)已達(dá)到1級(jí)精度要求。紅外中斷服務(wù)程序的流程如圖410所示。開串口中斷 CLR 。定時(shí)器初值，波特率4800bit/sMOV TL1,0F3HSETB EA 。波特率加倍 MOV TMOD, 20H 。MOV SCON, 50H 。電能表紅外通信采用串口通信，并采用串口中斷方式。YNNYNY進(jìn)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)RI=1?CLR RI0FFH？發(fā)送電量數(shù)據(jù)R31R3=0?恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)退出中斷SETB CLR CLR SETB 圖49 智能電表系統(tǒng)與上位機(jī)485通信程序流程圖 紅外通信程序進(jìn)行紅外通信之前，通信雙方首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求制訂某種特定的通信協(xié)議，然后才能編寫相應(yīng)的通信程序。表43 RS485初始化設(shè)置表寄存器 設(shè)置寫入數(shù)據(jù)功能TMOD20HT1工作方式2PCON80H波特率加倍TH10F3H波特率為4800bit/sTL10F3HEXO‘1’允許INT0中斷SCON50H串口工作方式1智能電表系統(tǒng)通過(guò)RS485總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,其中R3存的是發(fā)送的數(shù)據(jù)位數(shù)；0FFH是上位機(jī)要求發(fā)送數(shù)據(jù)指令；，高電平時(shí)接收允許，低電平時(shí)發(fā)送允許。串口通信的的起始位為低電平，恰好可以作為單片機(jī)外部中斷源，此處485通信采用INT0中斷方式。其中EEPROM讀寫程序流程圖見圖47和圖48。X5045時(shí)鐘端SIO EQU 。X5045片選端WP EQU 。程序中X5045與單片機(jī)所連接的引腳定義成如下變量。7219顯示緩沖區(qū)2NYNYR1=RAM0，R3=08寫數(shù)位及顯示數(shù)據(jù)R3=0?R0+1，R1+1，R31返回FLAG=0?R0=BFLED1首地址R0=BFLED2首地址開始圖 46 顯示程序流程圖 X5045相關(guān)程序X5045集串行EEPROM、電壓監(jiān)控、看門狗于一體，采用SPI總線驅(qū)動(dòng)，有SCLK、SI、SO、CS四根驅(qū)動(dòng)線。 BUFFLED1 EQU 40H 。BUFFLED1中40H、41H存儲(chǔ)電表機(jī)號(hào)，42H～47H存儲(chǔ)電能數(shù)據(jù)；BUFFLED2中48H、49H存儲(chǔ)電表機(jī)號(hào)，4AH～4FH存儲(chǔ)電流互感器原副邊系數(shù)。表42 MAX7219 各寄存器初始化表寄存器 選項(xiàng)地址寫入數(shù)據(jù)功能掃描邊界寄存器0BH 07H 8位LED顯示亮度控制寄存器0AH04H10/32亮度顯示顯示檢測(cè)寄存器0CH01H正常顯示狀態(tài)譯碼方式寄存器09H0FFHBCD譯碼方式設(shè)置0CH設(shè)置09H設(shè)置0CH設(shè)置0AH開始返回圖 45 MAX7219初始化流程圖 顯示程序 該智能電表系統(tǒng)顯示模塊中，顯示界面有兩種顯示狀態(tài)：第一種是顯示機(jī)號(hào)和電量狀態(tài)，第二種時(shí)設(shè)置機(jī)號(hào)和互感器原副邊系數(shù)狀態(tài)。7219數(shù)據(jù)裝載信號(hào)輸入端 MAX7219 初始化MAX7219的初始化需要對(duì)顯示位數(shù)、顯示亮度、譯碼方式、顯示模式等寄存器的設(shè)置，具體如表42所示。7219數(shù)據(jù)輸入端CLK EQU 。 YNYNYNNYYNNY開始CF1=0?延時(shí)20msCF1=0?CF1=1?返回65H=99?66H=99?67H=99?65H+166H+165H=067H+166H=065H=067H=066H=065H=0圖44電能脈沖計(jì)量子程序流程圖 MAX7219初始化及顯示程序本智能電表顯示部分選用可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示八位LED管的MAX7219，它采用SPI總線驅(qū)動(dòng)方式，有CLK、DIO、LOAD三根驅(qū)動(dòng)線，單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳在程序中定義變量如下。低電平為有效脈沖。設(shè)置位置計(jì)數(shù)器鍵盤程序可分為鍵值判斷程序和鍵盤處理程序兩部分。功能號(hào)存儲(chǔ)區(qū)KNUM EQU 61H 。表41 鍵盤引腳分配表列L1列L2列L3列L4行H10鍵1鍵2鍵3鍵行H24鍵5鍵6鍵7鍵行H38鍵9鍵A鍵B鍵行H4MENU鍵D鍵E鍵F鍵鍵盤處理程序中定義以下存儲(chǔ)單元變量，以便于程序編寫和閱讀，流程圖見圖42。開始初始化X5045初始化7219設(shè)置串口工作方式顯示程序鍵盤處理子程序計(jì)量脈沖程序喂狗指令讀EEPROM寫EEPROM開串口中斷開INT0中斷圖41 系統(tǒng)主流程圖 鍵盤程序本智能電表采用44行列式鍵盤，包含功能選擇鍵（MENU）和數(shù)字鍵（09），分別用來(lái)設(shè)置電表機(jī)號(hào)和電流互感器互感系數(shù)。 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序流程圖如圖41所示，主程序首先完成對(duì)X504MAX7219的初始化，設(shè)置串口工作方式，開中斷，然后重復(fù)調(diào)用鍵盤掃描程序，計(jì)量脈沖程序，數(shù)據(jù)對(duì)EEPROM寫入程序等。圖333 紅外接收模塊電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要完成三相有功電能的計(jì)量工作并顯示，另外需進(jìn)行485遠(yuǎn)距離通信、紅外通信，同時(shí)為便于設(shè)置機(jī)號(hào)和電流互感器系數(shù)，增加鍵盤電路。 系統(tǒng)中我們將紅外接收器輸出數(shù)據(jù)直接連接到單片機(jī)的串口接收RXD端，單片機(jī)讀取串口接收緩沖寄存器并譯碼即可還原信息。 圖332 紅外接收模塊方塊圖 紅外接收器部分我們采用紅外專用接收集成電路HS0038來(lái)完成紅外信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換及接收。圖330 紅外發(fā)射模塊電路圖 圖331 紅外發(fā)射調(diào)制時(shí)序圖 （2）紅外接收模塊的實(shí)現(xiàn) 圖332為紅外接收的工作方塊圖，其主要控制組件為紅外接收模塊，其內(nèi)部含有高頻載波電路，專門用來(lái)濾除紅外線合成信號(hào)的載波信號(hào)（38KHz）而送出發(fā)射器的控制信號(hào)。數(shù)位‘1’時(shí)三極管截止，紅外發(fā)射管不發(fā)光。38K晶振與電阻、電容及與非門組成振蕩器以產(chǎn)生38KHz頻率載波，并通過(guò)與非門對(duì)串行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。圖 329 紅外發(fā)射模塊方塊圖 本系統(tǒng)采用基于UART口的紅外發(fā)射電路，此模式是紅外通信原理與串口通信原理的有機(jī)結(jié)合。其中脈沖振蕩器選用38K晶振，用于產(chǎn)生載波信號(hào)；紅外發(fā)射管用來(lái)發(fā)射950nm的紅外光束。 紅外通信接口的硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，但可以利用單片機(jī)的串行接口與片外的紅外發(fā)射和接收電路，組成一個(gè)應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外串行通信接口。發(fā)送端采用脈時(shí)調(diào)制（PPM）方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)紅外通信的關(guān)鍵在于紅外接口電路的設(shè)計(jì)以及接口驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。 75LBC184與單片機(jī)連接圖如圖328所示圖328 75LBC184與單片機(jī)連接圖 紅外通信模塊 本智能電表系統(tǒng)需要完成與抄表器數(shù)據(jù)傳輸功能，紅外通信具有控制簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、傳輸可靠性高的特點(diǎn)，是一種較為常用的通信方式。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－485電平的功能。75LBC184 本智能電表系統(tǒng)采用RS485差分總線收發(fā)器75LBC184進(jìn)行485通信，它性能優(yōu)于MAX485。在接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平范圍通常在200mV至6V 之間。對(duì)于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將AA與BB 對(duì)應(yīng)相連。在RS485 器件中，一般還有一個(gè)“使能”控制信號(hào)。圖326 RS485 發(fā)送器的示意圖 通常情況下，發(fā)送發(fā)送器A、B 之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在2～6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。同時(shí)，RS485 電路具有控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。200mV接收器輸入電阻（ohm）3K～7K4K(最小)≥12KRS485標(biāo)準(zhǔn)RS485 標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為1219 米，最大傳輸速率為10Mbps。3V177。25V～+6V7V～12V發(fā)送器負(fù)載阻抗(ohm)3K～7K10054接收器輸入電壓范圍177。 表格314列出了三種串行通信標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。RS422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA422A 標(biāo)準(zhǔn)。RS232于1962年發(fā)布作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。圖 324 MAX7219與單片機(jī)連接圖 鍵盤模塊 設(shè)計(jì)中鍵盤作用主要用來(lái)設(shè)置電表號(hào)和電流互感器系數(shù)，有功能選擇鍵（MENU）和數(shù)字鍵（09）采用行列式鍵盤，與單片機(jī)連接如圖325所示。在此狀態(tài)下，8個(gè)數(shù)據(jù)都將被掃描，工作周期為31/32，表313列出了顯示檢測(cè)寄存器的格式。表312 MAX7219掉電模式寄存器格式模式地址碼寄存器數(shù)據(jù)D7D6D5D4D3D2D1D0關(guān)斷0XXCXXXXXXX0正常0XXCXXXXXXX1（6）顯示測(cè)試寄存器（0FH）顯示寄存器有正常和檢測(cè)兩種工作狀態(tài)。為了滿足掉電模式最低的工作電流，邏輯輸入應(yīng)該在GND或V+(CMOS邏輯電位)。MAX7219掉電后，掃描振蕩器關(guān)閉，所有電流源和地連接，所要數(shù)字驅(qū)動(dòng)與V+相連接，所以顯示熄滅。調(diào)制器將段電流平均分為16個(gè)階次，最大值為由Rset設(shè)置的最大電流為31/32，最小值為電流峰值的1/32。顯示亮度可以通過(guò)亮度寄存器來(lái)控制。這個(gè)電阻可以是固定的，也可以是可變電阻，通過(guò)前面板控制以選擇合適的亮度：。表311 MAX7219掃描界限寄存器顯示位數(shù)12345678寄存器HEX碼0xx00xx10xx20xx30xx40xx50xx60xx7（4）亮度控制寄存器（0AH）MAX7219通過(guò)加在V+和ISET之間的外部電阻來(lái)控制顯示亮度。實(shí)際應(yīng)用中可以按位設(shè)置選擇B譯碼或是非譯碼方式。（2）譯碼控制寄存器（09H）如表310所示，MAX7219有兩種譯碼方式：B譯碼方式和非譯碼方式。工作時(shí)序圖見圖323表39控制字（即地址及命令字節(jié)）DFDEDDDCDBDAD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0XXXX地址碼高位 數(shù)據(jù) 低位圖323 MAX7219讀寫時(shí)序圖各類寄存器介紹（1）數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器MAX7219內(nèi)部的寄存器主要有：譯碼控制寄存器、亮度控制寄存器、掃描界限寄存器、關(guān)斷模式寄存器、測(cè)試控制寄存器。在CLK脈沖作用下，DIN的數(shù)據(jù)以串行方式依次移入內(nèi)部16位寄存器，然后在一個(gè)LOAD上升沿作用下，鎖存到內(nèi)部的寄存器中。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)，MAX7129的控制字格式如表39。圖322 MAX7219 引腳分配圖管腳描述各引腳的功能為：DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端；DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端，用于級(jí)連擴(kuò)展；LOAD：裝載數(shù)據(jù)輸入；CLK：串行時(shí)鐘輸入；DIG0~DIG7：8位LED位選線，從共陰極LED中吸入電流；SEG A~SEG G DP 7段驅(qū)動(dòng)和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)；ISET： 通過(guò)一個(gè)10k電阻和Vcc相連，設(shè)置段電流。共陰極LED驅(qū)動(dòng) 亮度的數(shù)字和模擬控制 數(shù)字的譯碼和非譯碼選擇 10MHz連續(xù)串行口 此外它還支持多片7219串聯(lián)方式，這樣MCU就可以通過(guò)3根線（即串行數(shù)據(jù)線、串行時(shí)鐘線和芯片選通線）控制更多的數(shù)碼管顯示。該芯片具有10MHz傳輸率的三線串行接口可與任何微處理器相連，只需一個(gè)外接電阻