【正文】 系如圖38所示。表34 SMG12232B2的接口信號(hào)說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明1RST復(fù)位端（高電平復(fù)位）9DB1數(shù)據(jù)口12VCC電源正極10DB0數(shù)據(jù)口03DB7數(shù)據(jù)口711GND電源地4DB6數(shù)據(jù)口612寫(xiě)信號(hào)（低電平有效）5DB5數(shù)據(jù)口513讀信號(hào)（低電平有效）6DB4數(shù)據(jù)口414CS1片選IC1信號(hào)7DB3數(shù)據(jù)口315CS2片選IC2信號(hào)8DB2數(shù)據(jù)口216A0數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）EL+背光源驅(qū)動(dòng)電壓輸入端EL背光源驅(qū)動(dòng)電壓輸入端③SMG12232B2控制器接口說(shuō)明l 基本操作時(shí)序（L為低電平，H為高電平）讀狀態(tài)：輸入A0=L，CS1或CS2=L，RD=L，WR=H輸出 DB7～DB0=狀態(tài)字寫(xiě)指令：輸入A0=L，CS1或CS2=L，RD=H，WR=L，DB7～DB0=指令碼 輸出無(wú)讀數(shù)據(jù)：輸入A0=H，CS1或CS2=L，RD=L，WR=H輸出 DB7～DB0=數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入A0=H，CS1或CS2=L，RD=H，WR=L，DB7～DB0=數(shù)據(jù)輸出無(wú)l 狀態(tài)字說(shuō)明SMG12232B2狀態(tài)字說(shuō)明如表35,36表35 SMG12232B2的狀態(tài)字說(shuō)明STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0D7D6D5D4D3D2D1D0表35 SMG12232B2的狀態(tài)字說(shuō)明STA0～4未用STA5液晶顯示狀態(tài)1：關(guān)閉；0：顯示 STA6未用STA7讀寫(xiě)操作使能1：禁止；0：允許在使用時(shí)，對(duì)控制器的每次讀寫(xiě)操作之前，都必須進(jìn)行讀寫(xiě)檢測(cè)。 SMG12232B2顯示器介紹①主要技術(shù)參數(shù)SMG12232B2的主要技術(shù)參數(shù)如表33所示。選用的器件型號(hào)是：SMG12232B2，顯示容量為12232點(diǎn)陣。圖37 AT89C52單片機(jī)控制電路、 顯示電路的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)采用液晶顯示器。電阻R30和按鍵S1構(gòu)成鍵盤(pán)，用以實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的切換。電容C13可濾除高頻干擾，防止單片機(jī)誤復(fù)位。CPU就可復(fù)位。電源開(kāi)啟時(shí)，電源對(duì)電容C13充電，在CPU的復(fù)位端產(chǎn)生一高脈沖。電容C1C15可起頻率微調(diào)作用，電容值在5pF～30pF之間選擇，本電路選20pF。IC4與時(shí)鐘電路（包括晶體振蕩器、電容C1C15），上電復(fù)位電路（包括R2C1SVDC3R50）構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器，但不改變RAM中的內(nèi)容，在Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。由硬件復(fù)位終止空閑狀態(tài)只需兩個(gè)機(jī)器周期有效復(fù)位信號(hào)，在此狀態(tài)下，片內(nèi)硬件禁止訪問(wèn)內(nèi)部RAM，但可以訪問(wèn)端口引腳，當(dāng)用復(fù)位終止空閑方式時(shí)，為避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫(xiě)入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫(xiě)入指令。此時(shí)，同時(shí)將片內(nèi)RAM 和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容凍結(jié)。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。用戶(hù)也可以采用外部時(shí)鐘。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。3　 時(shí)鐘振蕩器　　AT89C52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。欲使CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無(wú)效。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。l ALE/PROG——當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，外接石英晶體和微調(diào)電容。使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。l GND——電源地。在振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)候，在RST腳施加兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。P3口還提供各種替代功能，如表32所示。在編程/校驗(yàn)時(shí)，P3口接收某些控制信號(hào)。P3口作為普通的I/O口。P2口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口也可作普通I/O口使用。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器或外擴(kuò)I/O口時(shí)，P2口輸出高8位地址。；定時(shí)器2的計(jì)數(shù)方向控制端。P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。在編程和校驗(yàn)時(shí)，可用做輸入低8位地址。l P1口——8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)作為普通輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置1。在編程時(shí)，P0口可用于接收指令代碼字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，P0口可輸出指令字節(jié)（這時(shí)需要加外部上拉電阻）。引腳排列及功能1　 AT89C52的引腳排列如圖35所示圖35 AT89C52引腳圖②功能：l P0口——8位、漏極開(kāi)路的雙向I/O口。其主要工作特性是：l 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)壽命為1000次；l 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；l 具有32根可編程I/O口線(xiàn)；l 具有3個(gè)可編程定時(shí)器；l 中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；l 串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；l 具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；l 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；l 具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；l AT89C52工作電源電壓為5（1177。所以本次設(shè)計(jì)選用Atmel公司的AT89C52，其內(nèi)部有8KB的程序存儲(chǔ)器，無(wú)須外部擴(kuò)展，使硬件電路簡(jiǎn)單。單片機(jī)的選擇是決定電度表性能的關(guān)鍵因素，本設(shè)計(jì)采用MCS51系列單片機(jī)，其特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，易。從第8腳輸出的有功功率積算脈沖，經(jīng)過(guò)光耦合器送給AT89C52。CC7為積分電容。其中VZVZ2分別為+5V電源、－5V電源中的穩(wěn)壓管。CR1VDVDCCVZVZ2為電容降壓式電源，為SM9903提供177。基本量程為5A，最大量程可達(dá)20A。在圖34中，采用340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。③管腳圖及定義SM9903管腳如圖33所示，其管腳定義如表31所示。應(yīng)用乘法器將功率轉(zhuǎn)換成電壓，再通過(guò)V/F（電壓／頻率轉(zhuǎn)換）型A/D轉(zhuǎn)換器等電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供MCU讀取和直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字信號(hào)。l 20年使用壽命。l 適用于單相、三相電度表。l MCU數(shù)據(jù)接口。①特點(diǎn)l 精確測(cè)量正負(fù)兩個(gè)方向的有功功率，且以同一個(gè)方向計(jì)算電能。SM9903采用3硅柵BICMOS工藝制成。 SM9903芯片介紹電能計(jì)量電路采用電子電度表專(zhuān)用集成電路SM9903。 電能計(jì)量電路的實(shí)現(xiàn)單相電子式付費(fèi)電度表的硬件電路可分為電能計(jì)量電路、復(fù)位晶振電路、顯示電路、IC卡接口、電能存儲(chǔ)器、掉電檢測(cè)幾大模塊。 經(jīng)四象限模擬乘法器相乘后的瞬時(shí)功率為：可見(jiàn)，瞬時(shí)功率有恒定分量和正弦分量?jī)刹糠?，正弦分量的頻率是電壓（或電流）頻率的兩倍。只需對(duì)輸出脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，就可計(jì)量出電能。采用非加密存儲(chǔ)器卡作為售電的傳輸媒質(zhì)，具體型號(hào)是AT24C01。 本章給出了單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表總體方案的設(shè)計(jì)，包括電能計(jì)量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)方案設(shè)的設(shè)計(jì)。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)。CPU卡（Smart Cards接觸型）內(nèi)嵌芯片相當(dāng)于一個(gè)特殊類(lèi)型的單片機(jī)，內(nèi)部除了帶控制器、存儲(chǔ)器、時(shí)序控制邏輯外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)。l RAM用于存放中間處理結(jié)果及作為卡與讀寫(xiě)器間信息交換的中間緩沖器，128B～1KB。它將在COS(Chip Operation System，片內(nèi)操作系統(tǒng)）控制下，實(shí)現(xiàn)卡與外界的信息傳輸、加密、解密和判別處理等。③方案三 CPU卡CPU卡的硬件構(gòu)成包括CPU、存儲(chǔ)器（含RAM、ROM、EEPROM等）、卡與讀寫(xiě)終端通信的I/O接口及加密運(yùn)算協(xié)處理器CAU。這類(lèi)器件保密性較好，應(yīng)用較廣泛。允許連續(xù)密碼核驗(yàn)的錯(cuò)誤次數(shù)很少（一般在十次以?xún)?nèi)），可以有效防止非法試探。在訪問(wèn)存儲(chǔ)器前，需要核對(duì)密碼。l 為提高安全性，加密存儲(chǔ)器卡的存儲(chǔ)空間被分為多個(gè)不同的功能區(qū)。l 同時(shí)采用ROM、PROM、EEPROM等存儲(chǔ)技術(shù)。②方案二　加密存儲(chǔ)器卡加密存儲(chǔ)器卡（Security Cards接觸型）的芯片由非易失性存儲(chǔ)器和硬件加密邏輯構(gòu)成。l AT45D041大容量（4KB）閃速存儲(chǔ)卡。l SLE4418智能型1KB EEPROM。但由于本身不具備信息保密功能，因此只能用于保密性要求不高的場(chǎng)合，其典型型號(hào)有：l AT24C01A/02/04/08/16/32/64二線(xiàn)串行EEPROM。l 多采用2線(xiàn)串行通信協(xié)議（I2C總線(xiàn)協(xié)議）。l 無(wú)安全控制邏輯，可對(duì)片內(nèi)信息不受限制地任意存取。 預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)①方案一　采用非加密存儲(chǔ)器卡作為銷(xiāo)售電能的傳輸媒質(zhì)非加密存儲(chǔ)器卡的卡內(nèi)嵌入芯片為通用存儲(chǔ)器芯片。CPU采用AT89C52，它內(nèi)部有8KB的程序存儲(chǔ)器，應(yīng)用于此系統(tǒng)綽綽有余。圖23 方案四的系統(tǒng)框圖基于以上分析，方案四明顯優(yōu)于其他三種方案。 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。單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào)f進(jìn)行累加，即可得出電能。圖22 方案三的系統(tǒng)框圖這種方案的CPU要實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)卡控制、求功率因數(shù)（）、電能計(jì)算等功能，負(fù)擔(dān)較重，一般的MCS5MCS96和PIC系列單片機(jī)難以勝任。將過(guò)零脈沖送CPU處理，得出電流和電壓的相位差（），經(jīng)過(guò)查表得功率因數(shù)（）計(jì)算,便得有功功率,再定時(shí)累加就是電能值。CPU只需對(duì)V/F轉(zhuǎn)換后的脈沖進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)，便可測(cè)出電壓和電流的數(shù)字量。這樣，模擬通道中本身的干擾信號(hào)被抑制。這將增加CPU的負(fù)擔(dān)和硬件電路成本，其方案可行而不可取。這種方案對(duì)信號(hào)的采樣速率快，但A/D轉(zhuǎn)換器的精度要求高，而且由于電網(wǎng)的電力諧波引入前置通道，導(dǎo)致A/D轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。②方案二 模數(shù)轉(zhuǎn)換式對(duì)電流和電壓分別采樣，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入單片機(jī)進(jìn)行相乘運(yùn)算。這樣轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，再通過(guò)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(pán)上涂上大約1cm寬的“黑條”，在轉(zhuǎn)盤(pán)的上方或下方設(shè)置一紅外線(xiàn)發(fā)射接收對(duì)管。監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)：初始化、電能計(jì)量、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)、顯示等子程序的設(shè)計(jì)。前者主要追求可靠性，后者要求高安全性。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表系統(tǒng)主要包括電能計(jì)量系統(tǒng)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。h時(shí)，能提醒用戶(hù)余電不多，及時(shí)購(gòu)電。②要求：電度表正常工作時(shí)，能顯示剩余電能值，使用戶(hù)直觀地了解電度表的工作是否正常。掉電時(shí)，自動(dòng)把剩余電量從RAM轉(zhuǎn)儲(chǔ)在E2PROM中[12]。l 當(dāng)表內(nèi)剩余電能20kWh時(shí)，在LED顯示屏上顯示以提醒用戶(hù)余電不多，及時(shí)購(gòu)電。②功能：l 用戶(hù)將存有電量的IC卡插入卡槽,卡中電量被讀入表內(nèi)，同時(shí)把IC卡清“0”。 正因?yàn)槿绱?，該單?xiàng)電子式預(yù)付費(fèi)電度表與以往的電表相比具有接口簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。所謂慢上電是指電度表的電源電壓從零到最大的時(shí)間太長(zhǎng)，不能使單片機(jī)很可靠的復(fù)位，致使電度表工作異常；慢下電是指電源斷開(kāi)時(shí)，單片機(jī)的電源不會(huì)馬上為零，而需要一段時(shí)間，在這段時(shí)間中，單片機(jī)中的程序指針PC可能會(huì)出錯(cuò)，即程序跳出正常軌道，出現(xiàn)混亂，甚至陷入死循環(huán)。而且單相電子式預(yù)付費(fèi)電度的工作條件相當(dāng)惡劣，因此對(duì)該系統(tǒng)的可靠性要求也相對(duì)較高，一般來(lái)說(shuō)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:l 常年不間斷運(yùn)行，這要求設(shè)備具有高質(zhì)量和高可靠性。本課題設(shè)計(jì)的單相電子式預(yù)付費(fèi)電度表完全可滿(mǎn)足這種社會(huì)需求的?，F(xiàn)在高等院校的學(xué)生公寓，一般對(duì)學(xué)生用電實(shí)行敞開(kāi)供應(yīng)，用電收費(fèi)。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)（MCU）和電源廣泛用于測(cè)量領(lǐng)域的大規(guī)模集成電路，其技術(shù)水平和儀表的性能得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。總之，非接觸式IC卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特點(diǎn)。非接觸式IC卡又稱(chēng)射頻卡是國(guó)外近幾年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)它成功地將IC卡技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來(lái)，解決了無(wú)源和免接觸的難題。目前，很多居民區(qū)都已經(jīng)開(kāi)始采用 IC 卡來(lái)數(shù)據(jù)管理，包括抄表、收費(fèi)、控制，這使 IC卡表成為目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)。隨著國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)服務(wù)意識(shí)的增強(qiáng)，IC 卡技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越迅速，在居民用戶(hù)日常生活中，IC 卡技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[7][8]。 IC卡國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀I(lǐng)C卡又稱(chēng)集成電路卡，是1974年一名法國(guó)新聞?dòng)浾甙l(fā)明的。按照國(guó)家電網(wǎng)公司的新標(biāo)準(zhǔn)的要求，除了具有測(cè)量，最基本的預(yù)付費(fèi)控制功能，對(duì)電氣安全的要求更加重視，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。他們根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境,以及用戶(hù)所需要的功能的不同，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中分別扮演重要的角色。它有更多的功耗,重,需要手工抄表,不防竊電、低性能的缺點(diǎn)[3]。 電度表的發(fā)展 電表作為電力測(cè)量工具,廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)。它避免過(guò)多的現(xiàn)金交易出現(xiàn)的糾紛，減輕了工作人員的工作手續(xù)和強(qiáng)度，而且，供電公司建立了用戶(hù)信息管理系統(tǒng)，存儲(chǔ)在IC卡內(nèi)，保證一戶(hù)一卡，信息系統(tǒng)里有完善的