【正文】 限模擬乘法器積分器V/F轉(zhuǎn)換器ＰＰ圖23 SM9903內(nèi)部電路模型示意圖在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，設(shè)正弦電壓和電流分別為： (21) (22)式中，u為交流電壓瞬時(shí)值，i為交流電流瞬時(shí)值，U為交流電壓有效值，I為交流電流有效值，為交流電的角頻率，=ui為電壓電流的相位差。只需對(duì)輸出脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，就可計(jì)量出電能。這時(shí)卡中的電能被寫入表中，且將卡清零；若為空卡，則顯示“空卡”；（4）當(dāng)用電時(shí)，剩余電能遞減，已用電能遞增；（5）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”；（6）當(dāng)電用完時(shí)，切斷電源，并顯示：“電用完，請(qǐng)及時(shí)購電”；（7）液晶顯示器顯示的內(nèi)容與處理，如表21所示。若為有電卡，則顯示“正在讀卡，主稍候”。2．2 預(yù)付費(fèi)電度表工作過程及基本原理 結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，我們可知，預(yù)付費(fèi)電度表的工作過程如下：（1）上電時(shí)，在液晶屏上顯示“電子電能表”。系統(tǒng)框圖如圖22所示。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，大大減小了硬件成本。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)字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，其系統(tǒng)如圖21所示。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)一圈，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的“黑條”，在轉(zhuǎn)盤上方或者下方設(shè)置一紅外線發(fā)射接收對(duì)管。根據(jù)電能計(jì)量系統(tǒng)的功能要求，有以下一些設(shè)計(jì)方案，對(duì)各類方案進(jìn)行描述并比較論證，得出結(jié)論。前者追求可靠性，后者追求高安全性。第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)與比較論證預(yù)付費(fèi)電度表主要包括電能計(jì)量系統(tǒng)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。[2]軟件設(shè)計(jì)硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，則軟件是系統(tǒng)的靈魂。顯示電路：采用液晶顯示，其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容豐富（可顯示漢字），功耗小，可靠性高，電路簡單。芯片內(nèi)部包含了模擬乘法器、電壓N頻率轉(zhuǎn)換器、VFC、計(jì)數(shù)器（分頻器）及控制邏輯。[1]硬件設(shè)計(jì)預(yù)付費(fèi)電度表根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的需要，其硬件電路主要包括電能計(jì)量電路、控制電路、顯示電路、IC卡接口、電能存儲(chǔ)器、掉電檢測(cè)和電源等模塊。此處，預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)并非本論文討論的重點(diǎn)。在用戶將重新購電的IC卡插入槽中時(shí)，表完成上述第一項(xiàng)的功能，恢復(fù)供電；(7) 有負(fù)荷限制功能：當(dāng)用戶電流大于25A時(shí)自動(dòng)斷電，1min后恢復(fù)供電；(8) 具有掉電保護(hù)功能：掉電時(shí)，自動(dòng)把剩余電能從RAM轉(zhuǎn)儲(chǔ)在EEPROM中。預(yù)付費(fèi)電度表的設(shè)計(jì)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能及要求，符合現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活的需要。(7) IC插座自保護(hù)功能，當(dāng)金屬片等異體物質(zhì)插入IC插座時(shí)，讀卡部分自動(dòng)保護(hù)但不影響正常計(jì)費(fèi)和其他功能，確保電表不會(huì)損壞。(5) 剩余電量為0時(shí)跳閘斷電，此時(shí)若用戶使用短路方式竊電，該表可記錄竊電時(shí)間，并回寫至售電系統(tǒng)。結(jié)合用戶的群眾性及經(jīng)濟(jì)利益等諸多特殊要求與條件，本電度表引入微控制器，其具有更多的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)越功能，具體如下：(1) 采用新型IC卡，一戶一卡，互不通用，具有良好的可靠性和安全性。該表在設(shè)計(jì)過程中，充分考慮到在線儀表的特點(diǎn)，在可靠性和抗干擾能力方面采取了一系列措施，完全符合電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。 IC卡式單片機(jī)預(yù)付費(fèi)電度表概述IC卡式單片機(jī)預(yù)付費(fèi)電度表是一種新型的IC卡式預(yù)付費(fèi)儀表，具主要包括電能計(jì)量系統(tǒng)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。 隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，微控制器（單片機(jī)）和大規(guī)模集成電路在電能計(jì)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使電度表的技術(shù)水平和性能得到長足發(fā)展。在我國發(fā)展過程中，電度表技術(shù)經(jīng)歷了“仿制探索階段、聯(lián)合攻關(guān)階段、引進(jìn)消化階段、自舉創(chuàng)新階段”四個(gè)階段的發(fā)展。 數(shù)理與信息工程學(xué)院《單片機(jī)原理及應(yīng)用》期末課程設(shè)計(jì)題 目： IC卡式單片機(jī)預(yù)付費(fèi)電度表的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 計(jì)算機(jī)072班（非師范） 姓 名： 唐 華 學(xué) 號(hào)： 07220337 指導(dǎo)老師： 余 水 寶 成 績： ( )目 錄第1節(jié) 引 言 …………………………………………………………………………1 IC卡式單片機(jī)預(yù)付費(fèi)電度表概述………………………………… …………1 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容…………………………………………………………2第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) ………………………………………………………4 方案設(shè)計(jì)與比較論證……………………………………………………………4 …………………………………………………4 預(yù)付費(fèi)電度表工作過程及基本原理……………………………………………5 …………………………………………………5 ………………………………………………6 ………………………………………………………………7 電能計(jì)量電路……………………………………………………………7 控制部分 ………………………………………………………………8 顯示電路 ………………………………………………………………9 IC卡接口電路 …………………………………………………………10 電能存儲(chǔ)電路 …………………………………………………………11 掉電檢測(cè)電路 …………………………………………………………12 磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)電路 ………………………………………………12第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) …………………………………………………………………14 主程序設(shè)計(jì)流程圖以及相應(yīng)代碼………………………………………………14 IC卡檢測(cè)及讀寫程序設(shè)計(jì)………………………………………………………15 外中斷0服務(wù)程序流程圖以及相應(yīng)代碼………………………………………18 定顯示器0中斷服務(wù)程序流程圖以及相應(yīng)代碼………………………………20第4節(jié) 結(jié)束語 …………………………………………………………………………30參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………32IC卡式單片機(jī)預(yù)付費(fèi)電度表的設(shè)計(jì)數(shù)理與信息工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（非師范）072班 唐 華指導(dǎo)教師： 余水寶第1節(jié) 引 言 在工業(yè)和日常生活中，電已經(jīng)成為不可或缺的生活品之一，其重要地位不言而喻。同時(shí)，電度表作為電能計(jì)量產(chǎn)品被國家列為影晌國計(jì)民生的重點(diǎn)儀器儀表產(chǎn)品，無論是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代還是市場經(jīng)濟(jì)時(shí)代電度表都是國家重點(diǎn)支持的產(chǎn)品。使用的電度表種類有機(jī)械式、電子式等，但是，諸如此類的電度表均存在數(shù)據(jù)的重復(fù)性和一致性較差、笨重、耗電、需要手工抄表、防竊電差、抗惡劣環(huán)境能力差等缺點(diǎn)。本系統(tǒng)利用單片機(jī)的可靠性高、便于擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗等優(yōu)點(diǎn)展開設(shè)計(jì)，并采用IC卡設(shè)置預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，得到電能計(jì)量準(zhǔn)確、精度高、保密性好、抗干擾強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)預(yù)付費(fèi)電度表。電能計(jì)量系統(tǒng)采用成熟的電子式電能表技術(shù)，整體結(jié)構(gòu)合理、工藝先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)電能測(cè)量、電能值顯示、超負(fù)荷斷電等功能，并具有電子式電能表的各種優(yōu)點(diǎn)；預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)主要利用IC卡實(shí)現(xiàn)先付費(fèi)、再用電。該產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)符合JBT83281996《預(yù)付費(fèi)電度表》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表的全部技術(shù)要求。(2) 具有負(fù)荷設(shè)定功能，超負(fù)荷跳閘功能并記錄超負(fù)荷次數(shù)（可選功能）(3) 可在20A電流下長期工作，溫升小于30度(4) 具有數(shù)據(jù)回寫功能，回寫累積電量，剩余電量，超負(fù)荷次數(shù)，非正常用電時(shí)間，電能脈沖常數(shù)至售電系統(tǒng)，便于電力部門管理。(6) 剩余電量不足報(bào)警。 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本論文主要研究IC卡式單片機(jī)預(yù)付費(fèi)電度表，分別對(duì)電能計(jì)量、預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)、控制電路、顯示、IC卡接口等方面進(jìn)行了深入研究，并增加采用IC卡付費(fèi)和掉電保護(hù)功能。其必須滿足具備以下一些要求和功能：(1) 電能計(jì)量準(zhǔn)確、精度高、要求至少達(dá)到二級(jí)表（誤差為2%）的精度；(2) 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”；(3) ,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相應(yīng)的漢字提示信息，且保密性高；(4) 電度表正常工作時(shí)，液晶顯示剩余電能值、已用電能值，并隨時(shí)改寫剩余電能和已用的工作是否正常及用電負(fù)荷的大??；(5) ，在液晶顯示器上顯示“請(qǐng)及時(shí)購電”以提醒用戶余電不多，及時(shí)購電；(6) 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。預(yù)付費(fèi)電度表的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括電能計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)和預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩方面的內(nèi)容。但是為了描述的方便，我們從整體上進(jìn)行考慮，具體分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等兩個(gè)方面進(jìn)行討論。電能計(jì)量電路：采用電子電度表專用集成電路SM9903?？刂撇糠譃檎麄€(gè)電能表的心臟，實(shí)現(xiàn)電能脈沖、掉電信號(hào)、IC卡信號(hào)、串行EFPROM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)等功能。IC卡接口電路：采用Atmel公司的存儲(chǔ)IC卡AT23C01,用于存儲(chǔ)由售電管理系統(tǒng)寫入密碼、卡號(hào)、電度數(shù)等。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要依托于硬件設(shè)計(jì)，采用模塊化編程，可分為系統(tǒng)初始化程序、主程序MAIN、IC卡檢測(cè)及讀寫程序、定時(shí)器0中斷服務(wù)程序、外中斷0服務(wù)程序（掉電保護(hù)）等。電能計(jì)量系統(tǒng)完成了電能測(cè)量、電能值顯示、超負(fù)荷斷電等功能；預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)主要是利用IC卡實(shí)現(xiàn)先付費(fèi)，再用電的模式。因?yàn)轭A(yù)付費(fèi)系統(tǒng)在此設(shè)計(jì)中并非重點(diǎn)，所以接下去僅對(duì)電能計(jì)量系統(tǒng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證比較。方案一：機(jī)械電子式前置通道采用原感應(yīng)式電度表電路，通過對(duì)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的計(jì)數(shù)來測(cè)量電能。當(dāng)紅外線照射在“黑條”處，紅外線被吸收，無反射，即接收管接收不到紅外線；當(dāng)紅外線照在其他部分時(shí)，被反射，接收管能接收到紅外線。這種方案顯示直觀，讀數(shù)容易。方案二：模數(shù)轉(zhuǎn)換式對(duì)電流和電壓分別采樣，再通過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。A/D變換I／U變換A/D變換CPU液晶顯示器控制鍵盤IC卡卡座圖21 方案二的系統(tǒng)圖這種方案對(duì)信號(hào)的采樣速度快，但A/D轉(zhuǎn)換器的精度要求高，而