【正文】 管腳圖及定義 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件電路及工作原理 22 SM9903 管腳圖如圖 所示，其管腳定義如表 31 所示。 ⑦ 低功耗。 ⑤ 直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 ③ 具有防潛動(dòng)功能。 特點(diǎn) ① 精確測(cè)量正負(fù)兩個(gè)方 向的有功功率，且以一個(gè)方向計(jì)算電能。本芯片模擬部分和數(shù)字部分可分開供電，所以可靠性較高。m硅柵 BICMOS 工藝制成。首先有必要介紹一下 SM99033 的相關(guān)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)。本電路無須機(jī)械計(jì)數(shù)器 [8]。C C7 為積分電容。 5V的工作電壓。Ω的錳銅片作為電流采樣電阻，用精密金屬膜作為電壓采樣電阻。 電子計(jì)量電路圖 在本設(shè)計(jì)中，用 SM9903 構(gòu)成的電能計(jì)量電路如圖 。應(yīng)用電流比率型時(shí)分割乘法器將功率轉(zhuǎn)換成電壓，再通過Ｖ／Ｆ型Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換等電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供ＭＣＵ讀取和直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)機(jī)的數(shù)字信號(hào)。 g．液晶顯示的內(nèi)容和處理如下表。 e．當(dāng)插入無效卡時(shí)，系統(tǒng)提示“ IC 卡型號(hào)不對(duì)，請(qǐng)換卡”。這時(shí)卡中的電能讀取 控制 IC卡數(shù)據(jù)讀取 存儲(chǔ)電能 LCD 顯示 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方案論證與總體設(shè)計(jì) 20 電能被寫入表中，且將卡清零；若為空卡，則顯示空卡。若為有電卡，則顯示“正在讀卡，請(qǐng)稍后”。 ，能顯示剩余電能和已用電能。 預(yù)付費(fèi)電度表的工作過程如下： ，在液晶屏 上顯示“電子電能表”。 具有掉電保護(hù)功能。 有負(fù)荷限制功能。 當(dāng)表內(nèi)剩余電能為 0時(shí)，自動(dòng)斷電，這時(shí)用戶不能用電。 當(dāng)表內(nèi)剩余電能不足 20KW 電度表正常工作時(shí)，液晶顯示剩余電能值、已用電能值、使用戶直觀地了解電度表的工作是否正常及用電負(fù)荷的大小。當(dāng)有非本機(jī)卡或異物插入卡槽時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，切斷卡座的供電，并在液晶顯示屏上給出響應(yīng)的漢字提示信息。 其框 圖如下圖所示： 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方案論證與總體設(shè)計(jì) 19 圖 21 IC卡電度表工作框圖 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表的工作過程 預(yù)付費(fèi)電度表具備以下功能 ： 用戶將存有電能的 IC卡插入卡槽，卡中電能被讀入表中，同時(shí)把 IC卡清“ 0”。隨后不需要任何驅(qū)動(dòng)。 量存儲(chǔ)電路選用串行 EEPROM,AT24C01，在掉電時(shí)存儲(chǔ)剩余電度數(shù)?？刂撇糠謱?shí)現(xiàn)電能脈沖、掉電信號(hào)、ＩＣ 卡信號(hào)、串行 EEPROM 數(shù)據(jù)的采集和讀寫，完成顯示驅(qū)動(dòng)模塊的控制和繼電器的驅(qū)動(dòng)功能。電能測(cè)量由 SM9903 及相應(yīng)的外圍元件組成，能將取自電阻網(wǎng)絡(luò)的交流電壓和交流電流信號(hào)進(jìn)行放大。 以上列舉的四種方案都是可行的，其管理系統(tǒng)也大同小異，只是根據(jù)保密性和可靠性要求選用不同的 IC 卡而已，本次設(shè)計(jì)我們采用方案一。甚至讀卡器成本高于電度表本身的成本。 采用射頻 CPU 卡作為銷售電能的傳輸媒質(zhì)，不但安全性甚強(qiáng)，而且可靠性高，經(jīng)久耐用。由高頻東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方案論證與總體設(shè)計(jì) 18 模塊和耦合組件發(fā)送電磁場(chǎng)，以提供射頻 CPU卡所需要的工作能量以及發(fā)送數(shù)據(jù)給卡，同時(shí)接收來自卡的數(shù)據(jù)。通常，射頻 CPU 卡沒用自己的供電電源，只是在讀寫器響應(yīng)范圍之內(nèi)，卡才是有源的，卡所需要的能量以及時(shí)鐘脈沖、數(shù)據(jù)，都是通 過耦合單元的電磁耦合作用傳輸給卡的。 此方案保密程度高，適用于大范圍（如全國(guó)性的）預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng) 方案四：射頻 CPU 卡 射頻 CPU 卡是射頻識(shí)別系統(tǒng)的電子數(shù)據(jù)載體，卡中嵌有耦合組件和微電子芯片。 ROM 用于存放 COS， 3KB~16KB. RAM 用于存放中間處理結(jié)果及作為卡與讀寫器間信息交換的中間緩沖器，128B~1KB。 其中： CPU 一般均為兼容于 8 位字長(zhǎng)單片機(jī)的微處理器。 此方案的保密性優(yōu)于方案一，可用于社區(qū)或以村為單位的預(yù)付費(fèi)用電系統(tǒng)。 從芯片制造到交貨，均采用較好的安全保護(hù)措施。 加密內(nèi)存卡的特點(diǎn)： 具有安全控制邏輯，安全性能較好。 對(duì)于某單位或?qū)W校內(nèi)部進(jìn)行定量用電，超標(biāo)付款則可采用此方案。 非加密內(nèi)存卡信息存儲(chǔ)方便、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，很多場(chǎng)合可替代磁卡。 卡片制造中也很少采取安全保護(hù)措施。 內(nèi)存卡的特點(diǎn)： 卡內(nèi)嵌入的芯片多為通用 EEPROM。下面分別對(duì)其方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證。所以本次設(shè)計(jì)采用方案四。 CPU 采用 AT89C52，它內(nèi)部有 8KB 的程序內(nèi)存，應(yīng)用于此系統(tǒng)綽綽有余。 基于以上分析，方案四明顯優(yōu)于其它三種方案。 這種方案不但兼有方案三的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì) CPU 的要求低，采用 MCS51 系列單片機(jī)完全可以勝任。 這種方案 CPU 要實(shí)現(xiàn)讀寫卡控制、求功率因子（ ?cos ）、電能計(jì)算等功能，負(fù)擔(dān)較重，一般的 MCS5 MCS96和 PIC 系列單片機(jī)難以勝任 [3]。同時(shí)，電壓和電流分別經(jīng)過零檢測(cè)電路。無須專門的 A/D 轉(zhuǎn)換器，大大減少了硬件成本。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方案論證與總體設(shè)計(jì) 16 方案三：電壓頻率轉(zhuǎn)換式 采用電壓 /頻率（ V/F）轉(zhuǎn)換器加單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電流和電壓的 A/D 轉(zhuǎn)換。為抑制這種干擾，必須 在軟件上加數(shù)位濾波器或在硬件上采用隔離放大器和高精度的運(yùn)算放大器。并在 CPU 中設(shè)置一個(gè)定時(shí)器定時(shí)對(duì)功率進(jìn)行累加。但它仍然具有機(jī)械式感應(yīng)電度表的缺點(diǎn)，即耗電多、笨重。這樣轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)意圈，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，再通過對(duì)脈沖的整形、計(jì)數(shù)、顯示完成電能的計(jì)量。具體方案是在轉(zhuǎn)盤上涂上大約 1cm 寬的‘黑條’，在轉(zhuǎn)盤的上方或下方設(shè)置一紅外線發(fā)射接收對(duì)管。下面分別對(duì)其方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證。電能計(jì)量系統(tǒng)完成了電能測(cè)量、電能顯示、超負(fù)荷斷電等功能。 關(guān)鍵問題：電能測(cè)量； Ic卡數(shù)據(jù)讀 ?。浑娔茱@示 預(yù)期成果：電能計(jì)量準(zhǔn)確，精度高，要求至少達(dá)到二級(jí)表的精度；要求 IC卡的保密性高；電度表正常工作時(shí)，能顯示剩余電能值，已用電能值，使用戶直觀地了解電度表的工作是否正常及用電負(fù)荷大?。划?dāng)表內(nèi)剩余電能不足 20KWh時(shí)，能提醒用戶余電不多及時(shí)購(gòu)電；具有掉電保護(hù)功能； 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方案論證與總體設(shè)計(jì) 15 2 方案論證與總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案 預(yù)付費(fèi)電度表的硬件電路可分為電能測(cè)量電路、控制電路、顯示電路、ＩＣ卡接口、電量存儲(chǔ)器、掉電檢測(cè)和電源幾大模塊。⑷當(dāng)表內(nèi)剩余電能不足 20KWh 時(shí)，能提醒用戶余電不多及時(shí)購(gòu)電。⑵要求 IC 卡的保密性高。當(dāng)然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤 差，但晶體本身的誤差對(duì)波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì) [2]。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 和 12M，定時(shí)器 1 為模式 2， SMOD 設(shè)為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。在這個(gè)定時(shí)模式 2 下定時(shí)器 1 溢出速率的計(jì)算公式 12, 公式 12： 溢出速率＝（計(jì)數(shù)速率） /(256－ TH1) 上式中的“計(jì)數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在 51 芯片中定時(shí)器啟動(dòng)后會(huì)在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器 TH 的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個(gè) 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計(jì)數(shù)速率就為 1M。 公式 11： 波特率＝（ 2SMOD/32）定時(shí)器 1 溢出速率 上式中如設(shè)置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時(shí)就可以把波特率提升2 倍。模式 1 和模式 3 的波特率是可變的，取決于定時(shí)器 1 或 2（ 52 芯片）的溢出速率。 51 芯片的串口工作模式 0的波特率是固定的，為 fosc/12，以一個(gè) 12M 的晶振來計(jì)算，那么它的波特率可以達(dá)到1M。有一些初學(xué)的朋友認(rèn)為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn) 9600 會(huì)被誤認(rèn)為 每秒種可以傳送 9600 個(gè)字節(jié)，而實(shí)際上它是指每秒可以傳送 9600 個(gè)二進(jìn)位，而一個(gè)字節(jié)要 8 個(gè)二進(jìn)位，如用串口模式 1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用 10 個(gè)二進(jìn)位， 9600 波特率用模式 1 傳輸時(shí)，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是 9600247。 波特率在使用串口做通訊時(shí)，一個(gè)很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機(jī)的波特率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時(shí)器 1 或定時(shí)器 2 的定時(shí)值（溢出速率）。同樣 RI 也必須要靠軟件清除。 RI=1，申請(qǐng)中斷，要求 CPU 取東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 13 走數(shù)據(jù)。在模式 0，接收第 8 位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。在任何模式下， TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到 SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開），這時(shí) TI=1，表明發(fā)送已完成， TI 不會(huì)由硬件清除，所以這時(shí)必須用軟件對(duì)其清零。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。 TI 發(fā)送中斷標(biāo)識(shí)位。在模式 0 中， RB8 為保留位沒有被使用。 RB8 接收數(shù)據(jù)位 8，在模式 2 和 3 是已接收數(shù)據(jù)的第 9 位。 TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位 8，在模式 2 和 3 是要發(fā)送的第 9 位。如果在一個(gè)電路中接收和發(fā)送引腳 , 都和上位機(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個(gè)子程序的開始處加入 REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入 REM=1 再次打開串口接收。 REM 為允許接收位， REM 置 1 時(shí)串口允許接收，置 0 時(shí)禁止接收。 SM2 在模式 模式 3 中為多處理機(jī)通信使能位。表中的 fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。串行口工作模式設(shè)置。 51 芯片的串口可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用 SCON 寄存器。 SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器。通常在標(biāo)準(zhǔn)的 或 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用 include 引用就可以了。操作 SBUF 寄存器的方法則很簡(jiǎn)單，只要把這個(gè) 99H 地址用關(guān)鍵字 sfr 定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作了，如 sfr SBUF = 0x99。 CPU 在讀SBUF 時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時(shí)的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器 SBUF？而不是收發(fā)各用一個(gè)寄存器。 串口通訊 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 編輯本段 ]芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則 在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 11 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩 器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： 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 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，