畢業(yè)設(shè)計--智能預(yù)付費(fèi)電能表設(shè)計

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）</p><p>　　題 目：智能預(yù)付費(fèi)電能表設(shè)計</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p>　　專 業(yè)：自動化</p><p>&

2、lt;b>　　班 級： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　智能預(yù)付費(fèi)電能表設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在世界能源匱乏和環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，電能的節(jié)約與高效利用，對人類社會的發(fā)展具有重要意義。

3、用電制度的不斷改革，計量儀表也隨之向多功能的方向發(fā)展。當(dāng)電力負(fù)荷高峰和低谷差別過大時，若不能充分利用發(fā)電設(shè)備和供電設(shè)備的容量，則會使電網(wǎng)運(yùn)行效率大打折扣。為了平擬電網(wǎng)負(fù)荷曲線，提高電網(wǎng)負(fù)荷率，可以針對用戶實施用電引導(dǎo)分流，使其避開用電高峰期，并鼓勵用戶低谷期用電，利用經(jīng)濟(jì)杠桿，在用電高峰期和低谷期按照不同的費(fèi)率收取電費(fèi)不失為一種嘗試，有利于消峰填谷，改善用電質(zhì)量，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　預(yù)付費(fèi)技術(shù)

4、，是我國近幾年形成的新型技術(shù)領(lǐng)域，旨在解決公共事業(yè)領(lǐng)域收費(fèi)難(特別是在人口流動頻繁的地區(qū))的問題。預(yù)付費(fèi)控制技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)品化，并形成了一個新興產(chǎn)業(yè)。預(yù)付費(fèi)電能表可以將供電部門的收費(fèi)方式由過去的上門查表收費(fèi)改變?yōu)橛捎脩糁鲃永U費(fèi)，免去了供電部門抄表的繁重工作，而且電能表由單片機(jī)智能控制，大大減輕了供電管理人員的工作量，它的采用將在很大程度上解決長期困擾我國供電部門的收費(fèi)難問題。在預(yù)付費(fèi)電能表中，購電介質(zhì)有多種，IC卡是使用最為普遍的一種。IC

5、卡具有讀寫方便、可靠性高、安全性好、易于實現(xiàn)智能控制等突出優(yōu)點(diǎn)，使用IC卡預(yù)付費(fèi)電能表可以獲得可觀的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　智能預(yù)付費(fèi)電能表的詳細(xì)設(shè)計是本文的重點(diǎn)。智能預(yù)付費(fèi)電能表以單片機(jī)AT89S52和ADE7755為核心，采用模塊化設(shè)計。該電表不僅具有電能計量、費(fèi)率管理等功能，還可以分時段計量用戶的電能使用量，達(dá)到避峰填谷的目的，提高了電網(wǎng)的利用率，且體積小，功耗低。</p>

6、<p>　　關(guān)鍵詞：電能表；預(yù)付費(fèi)；IC卡；電能計量</p><p>　　Smart Prepaid Energy Meter</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the world energy shortage and environmental pollution is serious

7、 today, energy saving and efficient use of human and social development of great significance. Continuing reform of power system, measuring instruments also will be the direction of the multi-functional. When the load is

8、 too large differences between peaks and troughs, if not full use of power equipment and power supply equipment capacity, the efficiency of power grid operation will be greatly reduced. In order to level the load </p&

9、gt;<p>　　Prepaid technology, is formed in recent years and new technology, designed to address areas of public utility charges is difficult (especially in the area of ??intense population movement) problems. Contr

10、ol technology has been pre-paid product of, and formed a new industry. Prepayment meter charges for the electricity sector can be way of look-up table from the previous site the user take the initiative to pay fees to ch

11、ange the ground, eliminating the need for meter reading of the heavy workloa</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p&g

12、t;<b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的背景、來源及意義1</p><p>　　1.2 電能計量儀表的發(fā)展歷程1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計要求4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4</p><p><b>　　2

13、.2設(shè)計要求5</b></p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計與實現(xiàn)7</p><p>　　3.1單片機(jī)控制芯片的選擇7</p><p>　　3.1.1主要性能7</p><p>　　3.1.2功能特性描述7</p><p>　　3.1.3引腳功能介紹8</p><p&

14、gt;　　3.2電能計量模塊10</p><p>　　3.2.1 ADE7755芯片特點(diǎn)10</p><p>　　3.2.2 ADE7755功能介紹11</p><p>　　3.2.2.1 ADE7755芯片結(jié)構(gòu)11</p><p>　　3.2.2.2ADE7755工作原理12</p><p>　　3.2.3

15、電能計量電路設(shè)計14</p><p>　　3.2.3.1 電流、電壓采樣電路設(shè)計15</p><p>　　3.2.3.2基準(zhǔn)源電路設(shè)計16</p><p>　　3.2.3.3脈沖輸出17</p><p>　　3.2.3.4電源電路17</p><p>　　3.3 時鐘芯片與控制器的連接18</p>

16、;<p>　　3.3.1時鐘芯片介紹18</p><p>　　3.3.2 I2C總線20</p><p>　　3.3.2.1 I2C總線特性20</p><p>　　3.3.2.2 啟動和停止條件20</p><p>　　3.3.2.3 位傳送20</p><p>　　3.3.2.4 標(biāo)志位2

17、0</p><p>　　3.3.2.5 I2C總線協(xié)議21</p><p>　　3.3.3時鐘電路設(shè)計21</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)存儲AT24C0222</p><p>　　3.4.1 AT24C02簡介22</p><p>　　3.4.2 存儲電路設(shè)計23</p><p>

18、　　3.5 IC卡接口電路24</p><p>　　3.5.1 IC卡概述24</p><p>　　3.5.2 lC卡的分類25</p><p>　　3.5.3 SLE4442IC邏輯加密卡26</p><p>　　3.5.3.1 SLE4442IC卡主要功能26</p><p>　　3.5.3.2 SL

19、E4442IC卡的存儲器配置26</p><p>　　3.5.3.3操作模式29</p><p>　　3.5.4 IC卡與單片機(jī)的接口電路31</p><p>　　3.6 鍵盤與顯示電路31</p><p>　　3.6.1 HD7279A簡介31</p><p>　　3.6.2 CL5461AS簡介33&

20、lt;/p><p>　　3.6.3 鍵盤與顯示電路設(shè)計34</p><p>　　3.7 報警電路設(shè)計35</p><p>　　3.7.1 74LS74簡介35</p><p>　　3.7.2 報警電路圖36</p><p>　　3.8斷電控制電路36</p><p>　　3.9電源及掉電

21、檢測電路37</p><p>　　第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計38</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序39</p><p>　　4.2 脈沖中斷處理子程序40</p><p>　　4.3 插卡中斷處理子程序41</p><p>　　4.4 I2C總線讀寫子程序42</p><p>　　4.

22、5鍵盤與顯示電路46</p><p>　　4.5.1 下載數(shù)據(jù)且按方式0譯碼46</p><p>　　4.5.2 下載數(shù)據(jù)且按方式1譯碼47</p><p>　　4.5.3讀鍵盤數(shù)據(jù)指令48</p><p>　　4.5.4 鍵盤中斷流程圖48</p><p>　　第五章結(jié)論與展望49</p>

23、<p><b>　　參考文獻(xiàn)51</b></p><p><b>　　致謝52</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題的背景、來源及意義</p><p>　　預(yù)付費(fèi)技術(shù)是我國近幾年形成的新型技術(shù)領(lǐng)域，旨在解決公共事

24、業(yè)領(lǐng)域(特別是人口流動頻繁的地區(qū))收費(fèi)難的問題。預(yù)付費(fèi)控制技術(shù)己經(jīng)產(chǎn)品化，并形成了一個新興產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)付費(fèi)技術(shù)的控制水平也在不斷提高，許多科研和生產(chǎn)單位爭相研制和開發(fā)各種具有預(yù)付費(fèi)功能的電能計量儀表。 預(yù)付費(fèi)電能表可以將供電部門的收費(fèi)方式由過去的上門查表收費(fèi)改變?yōu)橛脩糁鲃永U費(fèi)，如不繳費(fèi)或欠費(fèi)電能表就會自動切斷電路。預(yù)付費(fèi)電能表的采用將在很大程度上解決長期困擾我國供電部門的收費(fèi)難問題。<

25、;/p><p>　　在預(yù)付費(fèi)電能表中，購電介質(zhì)有很多種，IC卡是使用最為普遍的一種，IC卡具有讀寫方便、可靠性高、安全性好、易于實現(xiàn)智能控制等突出優(yōu)點(diǎn)，而且免去了供電部門抄表的繁重工作，由單片機(jī)智能控制，大大減輕了供電管理人員的工作量，同時用戶對自己的購電量心中有數(shù)，可以更合理的安排使用。</p><p>　　采用IC卡智能電能表后，可以改變用電收費(fèi)及管理的現(xiàn)狀，達(dá)到以下管理目標(biāo)：</p

26、><p>　　1．智能電能表代替?zhèn)鹘y(tǒng)電能表后，用IC卡實現(xiàn)預(yù)付費(fèi)，實現(xiàn)“先付費(fèi)后用電”持卡結(jié)算的理想管理模式，從根本上杜絕了欠繳、遲繳、漏繳電費(fèi)的現(xiàn)象，使供電公司應(yīng)收費(fèi)用及時到位。</p><p>　　2．建立供電公司計算機(jī)信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對供電、用電用戶及供電公司員工的科學(xué)化管理；建立完善的財務(wù)核算管理，使供電公司的日常工作和管理流程化、自動化、科學(xué)化，提高供電公司的服務(wù)質(zhì)量和競爭力。&l

27、t;/p><p>　　3．減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，消滅／減少現(xiàn)金交易，減少人為差錯和杜絕貪污案件的發(fā)生。</p><p>　　4．提供方便的統(tǒng)計查詢功能，便于全面、及時地了解情況，為決策提供依據(jù)。</p><p>　　綜上，采用IC卡預(yù)付費(fèi)電能表于國于民都有利，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分明顯。</p><p>　　1.2 電能計量儀表的發(fā)展歷程 &

28、lt;/p><p>　　電能表是電力部門的一桿“秤”。準(zhǔn)確、可靠是追求的目標(biāo)。它作為測量電能的專用儀表自誕生至今已有一百多年的歷史。 </p><p>　　最早出現(xiàn)且至今仍在普遍采用的是感應(yīng)式電能表。感應(yīng)式電能表結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高且價格便宜，目前我國生產(chǎn)電能表的廠家約有600多家，年產(chǎn)量約1億萬臺，其中70％以上為感應(yīng)式電能表。但是感應(yīng)式電能表存在的問題不容忽視 ： </p>&

29、lt;p>　?。?）合格率低，誤差嚴(yán)重。資料表明，1996年、1997和1999年國家曾三次對感應(yīng)式電能表進(jìn)行抽查，其合格率分別為7.1%、30.4%和55.6％。有的產(chǎn)品最大實測基本誤差竟高達(dá)-13.4％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國家規(guī)定的+2％的技術(shù)指標(biāo)要求。機(jī)械磨損是感應(yīng)式電能表無法克服的缺陷，必須定期進(jìn)行誤差調(diào)整校驗，這對于大用戶表可以這樣處理，而對于小用戶及居民用戶，則很難實現(xiàn)。 </p><p>　?。?）偷

30、竊電現(xiàn)象嚴(yán)重。感應(yīng)式電能表由于電流、電壓接線端子外露，很容易采用改接線或倒表方式來偷竊電，這是包括我國在內(nèi)的發(fā)展中國家普遍存在的嚴(yán)重問題。在我國一些地區(qū)或單位，偷漏電量竟超過了總用電量的30％，其經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國每年因竊電而造成的電費(fèi)損失超過50億。 </p><p>　?。?）抄表方式單一落后。感應(yīng)式電能表采用的是人工登門手工抄表方式，隨著電能表的數(shù)量增加，抄表、核算的工作量越來越大。抄表

31、人員要走家串戶，上樓，下樓，極不方便，這與現(xiàn)代化用電管理極不適應(yīng)。目前市場上，有配以光電脈沖轉(zhuǎn)換裝置的感應(yīng)式電能表，稱之為機(jī)電式電能表，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表，但其應(yīng)用并未得到推廣。 </p><p>　　（4）功能單一，測量準(zhǔn)確度較低。目前，以機(jī)械式電能表為前身發(fā)展而來的機(jī)械電子式多功能電能表，給計量管理帶來許多方便，但其擴(kuò)展的功能并不夠豐富，推廣不易。感應(yīng)式電能表由于存在摩擦力矩等因數(shù)的影響，誤差較大，達(dá)到0.

32、5級已很不易，若要進(jìn)一步提高就顯得十分困難。且受其工作原理和制造工藝所限，在最小負(fù)載和最大負(fù)載情況下測試，其誤差數(shù)據(jù)各有不同，在整個負(fù)荷范圍內(nèi)，誤差曲線不夠平直，表計誤差的調(diào)整比較困難。 </p><p>　　當(dāng)今，電能已成為最重要的能源，在市場經(jīng)濟(jì)下，人們對電能的計量要求準(zhǔn)確度高，使用壽命長，而對用電的管理要求實現(xiàn)智能化、自動化，這些都是感應(yīng)式電能表所無能為力的。近20年來，由于微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)

33、的高速發(fā)展，出現(xiàn)的高準(zhǔn)確度、長壽命且能實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表等多種功能的智能電能表，取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表已勢在必行。 </p><p>　　智能電能表采用電子技術(shù)，將單相或三相交流功率轉(zhuǎn)換為脈沖量或數(shù)字量，運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)各種運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理以及擴(kuò)展功能。與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表相比，具有很大優(yōu)勢，智能電能表的特點(diǎn)是高技術(shù)、高工藝、高效益，它使電能表從傳統(tǒng)的勞動密集型變?yōu)榧夹g(shù)密集型 ?，F(xiàn)將其主要特點(diǎn)分析如下： </

34、p><p>　?。?）測量精度高。智能電能表是在數(shù)字式功率表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采用電子乘法器實現(xiàn)對電功率的測量，使其在很寬的電壓、電流范圍內(nèi)實現(xiàn)1.0級及以上高精度的電能測量。與普通感應(yīng)式電能表相比，智能電能表從負(fù)載下限到最大負(fù)載，誤差數(shù)據(jù)基本不變，在整個負(fù)荷范圍內(nèi)曲線保持平直，表計誤差易于調(diào)整，且其每年的校驗數(shù)據(jù)變化較小。 </p><p>　?。?）本身功耗低。智能電能表接入電壓互感器

35、（PT）二次回路后，電壓二次回路的輸入電流僅為10mA左右，感應(yīng)式電能表則有70～100mA；而且1只智能電能表可同時實現(xiàn)有功、無功及最大需量測量，即至少取代3只感應(yīng)電能表；并且，可適當(dāng)減小PT二次回路壓降，這對于提高電能計量精度、減小電量損失作用較大。 </p><p>　　（3）抄表方便，可實現(xiàn)遠(yuǎn)方測量。智能電能表以LCD屏顯示時間、表號、電量數(shù)據(jù)及監(jiān)測信息，所有的電量數(shù)據(jù)都配以相應(yīng)的代碼自動循環(huán)顯示，這使得

36、抄表人員一目了然，也可以通過紅外抄表器或掌上電腦抄表。此外，智能電能表配有脈沖輸出端子及數(shù)據(jù)通信接口，很容易實現(xiàn)電量數(shù)據(jù)的采集與傳送，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表。 </p><p>　?。?）易于實現(xiàn)功能擴(kuò)展。智能電能表采用單片機(jī)處理與控制技術(shù)，可方便地實現(xiàn)正／反向有功、感／容性無功、四象限無功的累計和多月電量的存儲，并依據(jù)內(nèi)部時鐘分時計量，從而實現(xiàn)時段／費(fèi)率功能。同時，又具有最大需量計算功能，并很方便地改變需量積分周期

37、和滑差時間。另外，根據(jù)需求，表計可實現(xiàn)用戶負(fù)荷曲線記錄、失壓次數(shù)記錄、失壓累計時間記錄、接線方式判別、編程時間及次數(shù)記錄、異常情況報警等功能。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與設(shè)計要求</p><p>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖是系統(tǒng)產(chǎn)品化的基礎(chǔ)，它包含了系統(tǒng)的硬件選擇及軟件開發(fā)，是在對系統(tǒng)功能、技術(shù)指標(biāo)、性價比、元器件

38、的可購性等因素進(jìn)行可行性分析的基礎(chǔ)上，對多個方案比較權(quán)衡后確定。 </p><p>　　預(yù)付費(fèi)電能表又叫做定量電能表、IC卡電能表，除了具有普通電能表的計量功能外，特別的是用戶先買電，買電后才能用電，若用完電后用戶不繼續(xù)買電，則自動切斷電源停止供電。智能預(yù)付費(fèi)電能表是一個集電能計量、收費(fèi)管理、配電保護(hù)等多功能于一體的控制裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、安裝維護(hù)方便、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且能把電能計量、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳

39、輸集成在一起，很好地達(dá)到智能控制的效果。本設(shè)計采用的是IC卡式預(yù)付費(fèi)電能表。</p><p>　　IC卡預(yù)付費(fèi)電能表的工作原理是：用戶先買IC卡（用戶卡），并攜IC卡至收費(fèi)工作站或指定銀行交費(fèi)購電，工作人員將購電量等信息寫入卡中。用戶將卡插入IC卡電能表（以下簡稱卡表），卡表內(nèi)控制單片機(jī)識別IC卡及進(jìn)行IC卡與卡表的相互認(rèn)證并確認(rèn)IC卡密碼無誤后，將卡中購電量和表內(nèi)剩余電量相加后，寫入卡表內(nèi)存儲器，進(jìn)而控制電磁閥

40、開啟。用戶用電過程中，卡表內(nèi)剩余電量相應(yīng)減少。當(dāng)剩余電量低于一定量，如5KWh時，卡表報警，提示用戶購電。當(dāng)電量用完時，卡表內(nèi)電磁閥自動關(guān)閉，停止供電。當(dāng)用戶重新購電讀卡存入后，打開電磁閥供電。也可以根據(jù)供電部門的規(guī)定，實行可透支方式。當(dāng)剩余電量為零時，電磁閥自動關(guān)閉，切斷電流回路，以報警提醒電量已經(jīng)用完；用戶插入IC卡（無電卡），開啟電磁閥，接通電流回路透支繼續(xù)供電；當(dāng)透支電量達(dá)到最大透支電量時，自動關(guān)閉電磁閥，切斷電流回路，停止供電

41、。輸入新的購電量后自動恢復(fù)供電。</p><p>　　電能表的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示，為了便于調(diào)試和檢修，本系統(tǒng)的電路采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，選用單片機(jī)AT89S52和ADE7755為核心，采用I²C總線技術(shù)實現(xiàn)對存儲器AT24C02，時鐘芯片PCF8563和IC卡的讀寫，利用鍵盤設(shè)置顯示當(dāng)前余量、時間及日歷等。</p><p>　　圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><

42、;p><b>　　2.2設(shè)計要求</b></p><p>　　本系統(tǒng)應(yīng)用于IC卡單相電能表中，以實現(xiàn)居民用電的預(yù)付費(fèi)，方便人們生活，提高電力部門的管理水平。</p><p>　　電能表的主要設(shè)計任務(wù)</p><p><b>　　1．基本性能參數(shù)：</b></p><p>　?、賲⒈入妷海?20

43、V</p><p>　?、陔娏鞣秶簡斡脩糌?fù)載最大電流30A</p><p>　?、垲l率范圍：50Hz±5%</p><p>　?、軠?zhǔn)確度等級：1.0級</p><p>　?、蓦娔苊}沖常數(shù)：3200imp／KWh</p><p><b>　　2．功能要求：</b></p>

44、<p>　?、匐娔苡嬃抗δ埽簡蜗郔C卡電能表計量芯片采用ADE7755。</p><p>　?、陔娔芾奂庸δ埽壕哂袦y量有功累計（遞增）電量的功能，能夠計量（遞減）剩余電量的功能。</p><p>　?、蹠r段控制功能：將用電時段分為峰、平、谷三段。</p><p>　?、苜M(fèi)率可預(yù)置功能：用軟件編程來實現(xiàn)。</p><p>　?、蒿@示功

45、能：能夠顯示日歷、時間、有功電量、剩余電量、費(fèi)率、時段等。⑥警示功能：超限定功率跳閘及剩余少電量報警功能。</p><p>　?、呋爻δ埽河秒奍C卡插入電能表時，電能表自動將剩余電量、累計電量、電能表清零次數(shù)、插卡操作結(jié)果、電能表用電狀況等數(shù)據(jù)和狀態(tài)返寫到IC卡上，以供售電管理系統(tǒng)查詢與管理。</p><p>　?、嘤洃浌δ埽簲嚯姾?，所存數(shù)據(jù)不丟失，并能保存10年以上。</p>

46、;<p>　　第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　本章節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、功能模塊劃分和元器件選型。圍繞ADE7755外圍電路設(shè)計，闡述了電能計量原理，并進(jìn)行有關(guān)電路參數(shù)計算；圍繞AT89S52外圍電路設(shè)計，闡述了各功能模塊與單片機(jī)的接口電路設(shè)計；最后介紹了電源模塊設(shè)計及其特點(diǎn)。</p><p>　　3.1單片機(jī)控制芯片的選擇</p><

47、;p>　　AT89S52芯片是本系統(tǒng)的核心，其主要功能是數(shù)據(jù)存儲，接收電能脈沖信號、IC卡數(shù)據(jù)信息、時間信息等，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后存儲、顯示和輸出處理結(jié)果。</p><p>　　3.1.1主要性能 </p><p>　　●與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 </p><p>　　●8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器 </p><p&

48、gt;　　●1000次擦寫周期 </p><p>　　●全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz </p><p>　　●三級加密程序存儲器 </p><p>　　●32個可編程I／O口線 </p><p>　　●三個16位定時器／計數(shù)器 </p><p><b>　　●八個中斷源 </b></

49、p><p>　　●全雙工UART串行通道 </p><p>　　●低功耗空閑和掉電模式 </p><p>　　●掉電后中斷可喚醒 </p><p><b>　　●看門狗定時器 </b></p><p><b>　　●雙數(shù)據(jù)指針 </b></p><p>&

50、lt;b>　　●掉電標(biāo)識符</b></p><p>　　3.1.2功能特性描述 </p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性</p><p>　　能CMOS8位微控制器，具有8K在 圖3.1 AT89S52引腳圖</p><p>　　系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用 Atmel <

51、/p><p>　　公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，</p><p>　　與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位 CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 </p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k

52、字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位 I／O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器／計數(shù)器，一個6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器／計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p&

53、gt;<p>　　3.1.3引腳功能介紹</p><p>　　P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I／O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址／數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻

54、。 </p><p>　　P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分別作定時器／計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0／T2）和定時器／計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1／T2EX）

55、，具體如表3.1所示。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　表3.1 P1口第二功能</p><p>　　P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電

56、流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送“1”。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 </p><p>　　P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I

57、／O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3.2所示。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。</p><p>　　表3.2 P3口第二功能</p><p>

58、　　RST：復(fù)位輸入。晶振工作時，RST引腳持續(xù)2個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 </p><p>　　ALE／PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作

59、編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行 MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個 ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p>

60、;<p>　　PSEN：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。 </p><p>　　EA／VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器。讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在

61、flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。 </p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 </p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p><b>　　3.2電能計量模塊</b></p><p>　　3.2.1 ADE7755芯片特點(diǎn)</p>

62、<p>　　ADE7755是AD公司最新推出的脈沖輸出高精度電功率測量芯片，相對于其前身AD7755提升了更加優(yōu)良和精確的計量性能，在電量測量中具備更實用的價值。ADE7755是一種用于功率測量和電能計算的高準(zhǔn)確度專用集成電路芯片，它可與不同量程的傳感器直接相連，從而簡化了接口設(shè)計。該芯片可完成有功功率的測量和數(shù)字／頻率轉(zhuǎn)換，由于它的輸出為脈沖信號，所以CPU通過中斷引腳可以方便準(zhǔn)確的進(jìn)行電量累計。它只在ADC和基準(zhǔn)原中使

63、用模擬電路，其他信號都使用數(shù)字電路，即使在惡劣的環(huán)境條件下，ADE7755仍然保持較好的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。</p><p>　　ADE7755測量電流的動態(tài)范圍為500：1，讀數(shù)的誤差百分率小于0.1%，可在輸出端同時輸出平均功率和瞬時功率的頻率信息。ADE7755的2路模擬輸入端傳輸高阻抗的雙極性電壓輸入信號，并帶有內(nèi)部保護(hù)電路，可避免芯片在持續(xù)過電壓、欠電壓和有靜電放電等情況下被損壞。該芯片還具有以下特點(diǎn)：模擬

64、電源一直處于電源監(jiān)視器的監(jiān)視狀態(tài)中，當(dāng)電壓低于4V±5%，ADE7755被復(fù)位；具有正負(fù)電能指示、防竊電功能；輸出頻率可選，可作為驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的低頻脈沖或校正測試的高頻脈沖輸出；包含無負(fù)載門檻和初始電流，可消除電能表的潛動效應(yīng)。ADE7755規(guī)定了最小輸出頻率，如果任何負(fù)載產(chǎn)生的頻率低于最小頻率，則不再輸出端引起脈沖輸出。</p><p>　　3.2.2 ADE7755功能介紹</p>&

65、lt;p>　　3.2.2.1 ADE7755芯片結(jié)構(gòu)</p><p>　　ADE7755的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.2所示，它主要由信號輸入和信號處理兩部分組成。</p><p>　　圖3.2 ADE7755功能框圖</p><p>　　電流輸入通道中的增益可編程放大器可根據(jù)引腳G1和G0的輸入信號來選擇不同的放大倍數(shù)。通過G0和G1來選擇通道1的增益的具體

66、方法如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 通道1的增益選擇</p><p>　　兩個16位的A／D轉(zhuǎn)換器采用Σ-△結(jié)構(gòu)，采樣頻率為900kHz，這種模擬輸入結(jié)構(gòu)可使得芯片在很大的動態(tài)范圍內(nèi)直接與傳感器相連接，因而簡化了與傳感器的接口設(shè)計。芯片的REVP腳能夠檢測電路的正負(fù)功率，其邏輯狀態(tài)隨CF輸出脈沖同時變化，即在CF產(chǎn)生一個脈沖的同時檢測正負(fù)功率，這樣可以有效地防止用戶利用反接

67、線進(jìn)行竊電。信號處理部分包括相位校正環(huán)節(jié)、高通濾波器（High Pass Filter，HPF）、乘法器、低通濾波器（Low Pass Filter，LPF）和數(shù)字／頻率轉(zhuǎn)換電路等。</p><p>　　ADE7755有24腳DIP和SSOP兩種封裝形式。下表3.4對其做了詳細(xì)的闡述。</p><p>　　表3.4 ADE7755引腳說明</p><p>　　3.

68、2.2.2ADE7755工作原理</p><p>　　兩個ADC對來自電流和電壓傳感覺器的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化，這兩個ADC都是16位二階∑—△模數(shù)轉(zhuǎn)換器，過采樣速率達(dá)900KHz，ADE7755的模擬輸入結(jié)構(gòu)具有寬動態(tài)范圍，大大簡化了傳感器接口(可以與傳感器直接連接)，也簡化了抗混疊濾波器的設(shè)計。被測電流經(jīng)可編程增益放大器(PGA)放大后接電流通道的ADC，并由ADC轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號。再經(jīng)相位校驗和高通濾波，

69、進(jìn)入乘法器。乘法器的另一路輸入是由電壓通道ADC轉(zhuǎn)換而來的與被測電壓對應(yīng)的數(shù)字信號。相乘后產(chǎn)生瞬時功率信號。此信號經(jīng)低通濾波器濾除其中的交流分量，提取出負(fù)載消耗的瞬時有功功率。ADE7755對這個瞬時有功功率信號進(jìn)行一段時間的累計和平均后，求得平均有功功率，并從管腳F1，F(xiàn)2輸出。與此同時，以較短時間對瞬時有功功率進(jìn)行累計，求得與瞬時有功功率成正比的高頻頻率并經(jīng)CF輸出。圖3.3給出了信號處理框圖。ADE7755引腳F1和F2以較低頻率

70、形式輸出有功功率平均值，能直接驅(qū)動機(jī)電式計度器。引腳CF以較高頻率輸出有功功率瞬時值，用于較驗或于MCU接口相連。</p><p>　　圖3.3 信號處理框圖</p><p>　　內(nèi)部相位匹配電路使電壓和電流通道的相位始終是匹配的，無論通道1內(nèi)的高通濾波器是接通的還是斷開的。電壓和電流信號通過乘法器相乘后再經(jīng)低通濾波器的數(shù)字輸出包含有功功率信息，然而這個LPF不是理想的濾波器，因此輸出信號

71、仍含有經(jīng)衰減的線路的基波和諧波頻率成分，即cos(hwt)，其中h=l，2，3……。</p><p>　　該濾波器的幅頻響應(yīng)特性為：</p><p>　　︱Hf︱=1／(1+f／8．9Hz) 式（3.1） </p><p>　　在線路頻率為工頻50Hz的情況下，對20w(100Hz)成分的衰減大約為

72、-22dB，</p><p>　　這是兩倍于線路頻率的主諧波，即cos(20t)，這是由瞬時有功功率引起的。LPF輸出的瞬時有功功率信號還包含了相當(dāng)大的瞬時功率信息，即cos(20t)。這個信號通過數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器，隨時間被積分(累加)，進(jìn)而產(chǎn)生輸出頻率。這種累加起到平均作用，將抑制了瞬時有功功率信號中的非直流成分，正弦信號的平均值等于零。因此，ADE7755產(chǎn)生的頻率與平均有功功率成正比。</p>

73、<p>　　由圖3.3可知，即使在穩(wěn)定負(fù)載條件下CF輸出頻率仍然隨時間變化，這種頻率的變化主要是由瞬時有功功率信號中的cos(20t)成分引起的。CF輸出頻率能高達(dá)F1和F2輸出頻率的2048倍。CF能以較高的頻率輸出，是因為在對瞬時有功功率進(jìn)行累加完成頻率轉(zhuǎn)換的過程中，采用了較短的累加時間。較短的累加時間意味著減弱了對cos(20t)成分的平均作用，于是部分瞬時功率信號成分通過了數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器。設(shè)計中CF用于帶MCU的電能計

74、量場合，CF是進(jìn)行平均后再進(jìn)行功率計算的。頻率輸出CF端連接到單片機(jī)的計度器，MCU在內(nèi)部定時器設(shè)定的積分時內(nèi)對CF輸出的脈沖計數(shù)，平均功率正比與平均頻率。</p><p>　　平均功率=平均頻率 式（3.2）</p><p>　　=脈沖個數(shù)／積分時間</p><p>　　在一個積分周期內(nèi)消耗的電能為：&

75、lt;/p><p>　　電能=平均功率×積分時間 式（3.3） </p><p>　　=(脈沖個數(shù)／積分時問)×積分時間 </p><p><b>　　=脈沖個數(shù)</b></p><p>　　3.2.3電能計量電路設(shè)計</p><p

76、>　　ADE7755采用+5V、功耗15mV的單電源供電，加電后，ADE7755芯片被初始化后開始工作，電流通道和電壓通道的信號經(jīng)放大器放大后，通過內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為2路數(shù)字信號。在進(jìn)行功率測量時，電流通路信號還需要通過高通濾波器以去除通道中的直流偏置，此時可能引起2通道的相位不一致，對此，可通過相位調(diào)整電路對相角變化量進(jìn)行補(bǔ)償，然后將2路信號同時加到數(shù)字乘法器，再經(jīng)過低通濾波器，最后進(jìn)入數(shù)字∕頻率轉(zhuǎn)換器，得到與瞬時功率成比例

77、的高頻脈沖及與平均功率成比例的低頻脈沖，并分別在CF、F1、F2端輸出，從電網(wǎng)采樣獲得電壓信號送入通道2上的V2P和V2N后，直接進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器，然后進(jìn)入乘法器以提供功率計算，芯片內(nèi)的2個模數(shù)轉(zhuǎn)換器共用1個25V的基準(zhǔn)電源。工作原理如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4電能計量模塊工作原理框圖</p><p>　　3.2.3.1 電流、電壓采樣電路設(shè)計</p><

78、;p>　　電流采樣電路使用分流器，如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 電流采樣電路</p><p>　　其中R1、R2為采樣電阻，C1、C2為采樣電容，他們?yōu)椴蓸油ǖ捞峁┝瞬蓸与妷盒盘枺蓸与妷盒盘柕拇笮∮煞至髌鞯淖柚岛土鬟^其上的電流決定。電流采樣通道采用完全差動輸入，V1P為正輸入端，V2P為負(fù)輸入端，電流采樣通道最大差動峰值電壓應(yīng)小于470mV，電流采樣通道的PGA其

79、增益可由ADE7755的G1和G0來選擇，見表3.1</p><p>　　當(dāng)使用分流器采樣時，G1和G0都接高電平，增益選16，通過分流器的峰值電壓為±30mV。本設(shè)計電表為5（30）A規(guī)格，分流器阻值選擇350uΩ，當(dāng)流過分流器的電流為最大電流時，其采樣電壓為350uΩ×30A=10.5mV，不超過峰值電壓半滿度值。</p><p>　　電壓采樣電路如圖3.6，電壓輸

80、入通道也為差分電路，V2N引腳連接到電阻分壓電路的分壓點(diǎn)上，V2P接地。電壓輸入通道的采樣信號是通過衰減線電壓得到的，其中R4至R14為校驗衰減網(wǎng)絡(luò)，通過短接跳線J1至J9可將采樣信號調(diào)節(jié)到需要的采樣值上，當(dāng)電能表為基本電流時，電壓采樣值為174.2mV，為了允許分流器的容差和片內(nèi)基準(zhǔn)源8％的誤差，衰減校驗網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該允許至少30％的校驗范圍，根據(jù)圖3.6的參數(shù)，其調(diào)節(jié)范圍為168.9 mV —250 mV，完全滿足了調(diào)節(jié)的需要。這個衰減網(wǎng)

81、絡(luò)的-3dB頻率是由R4和C3決定的，R15、R16、R17確保了這一點(diǎn)，即使全部跳線都接通，R15、R16、R17的電阻值仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R4， </p><p>　　圖3.6 電壓采樣電路</p><p>　　R4和C3的選取要和電流采樣通道的R1、C1匹配，這樣才能保證兩個通道的相位進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ洌辔皇д{(diào)帶來的誤差影響。</p><p>　　3.2.3.2基

82、準(zhǔn)源電路設(shè)計</p><p>　　ADE7755片內(nèi)基準(zhǔn)源電路的溫度系數(shù)典型值為30×10-6／℃,但A級ADE7755的溫度系數(shù)高，達(dá)80×10-6／℃。在-20℃或+60℃情況下，80×10-6／℃的溫度系數(shù)使ADE7755相對25℃標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的誤差高達(dá)0.65％。本基準(zhǔn)源采用LM336-2.5集成電路，它是精密的2.5V并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，動態(tài)阻抗為0.2Ω，芯片的第三個引腳能夠方

83、便的對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行微調(diào)。其設(shè)計如下圖3.7</p><p><b>　　圖3.7基準(zhǔn)電源</b></p><p>　　3.2.3.3脈沖輸出</p><p>　　ADE7755的CF為頻率校驗輸出引腳，其輸出頻率反應(yīng)瞬時有功功率的大小，常用于儀表校驗，電路如3.8圖所示。</p><p>　　圖3.8 脈沖輸出電路&l

84、t;/p><p>　　R19為限流電阻，LED為脈沖指示燈，在檢驗時，可用常規(guī)光電法采集脈沖指示燈發(fā)出的信號進(jìn)行誤差校驗，U3為隔離光耦，C6為去耦電容，其作用一是濾除高頻干擾信號對LED的影響，二是在高溫高濕環(huán)境下，對疊加到U3的輸入引腳的干擾信號起到一個放電通路的作用，防止U3誤導(dǎo)通。</p><p>　　3.2.3.4電源電路</p><p>　　ADE7755采

85、用+5V、功耗15mV的單電源供電。其設(shè)計電路如圖3.9</p><p>　　圖3.9 ADE7755電源電路</p><p>　　3.3 時鐘芯片與控制器的連接</p><p>　　3.3.1時鐘芯片介紹</p><p>　　PCF8563是PHILIPS公司生產(chǎn)的低功耗CMOS實時時鐘／日歷芯片，芯片最大總線速度為400kbits／s，

86、每次讀寫數(shù)據(jù)后，其內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。PCF8563可廣泛應(yīng)用于移動電話、便攜儀器、傳真機(jī)、電池電源等產(chǎn)品。</p><p>　　圖3.10 PCF8563的引腳排列圖</p><p>　　PCF8563的引腳排列如圖3.10所示，各引腳功能說明如表3.5所列。</p><p>　　PCF8563有16個8位寄存器，其中包括：可自動增量的地址寄存器、內(nèi)

87、置32.768kHz的振蕩器（帶有一個內(nèi)部集成電容）、分頻器（用于給實時時鐘RTC提供源時鐘）、可編程時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和400kHz的I2C總線接口。</p><p>　　表3.5 PCF8563的引腳說明</p><p>　　所有16個寄存器設(shè)計成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。當(dāng)一個RTC寄存器被讀時，所有計數(shù)器的內(nèi)容將被鎖存，因此，在傳送條件下，可以禁

88、止對時鐘／日歷芯片的錯讀。</p><p><b>　　表3.6寄存器概況</b></p><p>　　表3.6、表3.7所列為各寄存器概況及對應(yīng)的內(nèi)存地址和功能，同時列出了它們的BCD格式編碼。表中“——”表示無效位，“0”表示此位應(yīng)置邏輯。表3.7中的世紀(jì)位C=0指定世紀(jì)數(shù)為20XX，C=1指定世紀(jì)數(shù)為19XX。當(dāng)年寄存器中的99變00時，世紀(jì)位才會改變。<

89、;/p><p>　　表3.7 BCD格式寄存器概況</p><p>　　3.3.2 I2C總線</p><p>　　3.3.2.1 I2C總線特性</p><p>　　I2C總線用兩條線（SDA和SCL）在芯片和模塊間傳遞信息。SDA為串行數(shù)據(jù)線，SCL為串行時鐘線，這兩條線必須用一個上拉電阻與正電源相連，其數(shù)據(jù)只有在總線不忙時才可傳送。I2C總

90、線的系統(tǒng)配置參見圖3.11，產(chǎn)生信號的設(shè)備是傳送器，接收信號的設(shè)備是接收器，控制信號的設(shè)備是主設(shè)備，受控制信號的設(shè)備是從設(shè)備。</p><p>　　圖3.11 I2C總線的系統(tǒng)配置</p><p>　　3.3.2.2 啟動和停止條件</p><p>　　總線不忙時，數(shù)據(jù)線和時鐘線保持在高電平。數(shù)據(jù)線（SDA）在下降沿而時鐘線（SCL）為高電平時，為起動條件（S）

91、；數(shù)據(jù)線在上升沿而時鐘線為高電平時為停止條件（P），參見圖3.12。</p><p>　　圖3.12 I2C總線的啟動和停止條件</p><p>　　3.3.2.3 位傳送</p><p>　　每個時鐘脈沖傳送一個數(shù)據(jù)位，SDA線上的數(shù)據(jù)在時鐘脈沖高電平時應(yīng)保持穩(wěn)定，否則將成為控制信號。</p><p>　　3.3.2.4 標(biāo)志位</

92、p><p>　　在起動條件和停止條件之間，傳送器傳送給接收器的數(shù)據(jù)數(shù)量沒有限制。在每個8位字節(jié)后加一個標(biāo)志位，傳送器便產(chǎn)生一個高電平的標(biāo)志位，這時主設(shè)備產(chǎn)生一個附加標(biāo)志位時鐘脈沖。</p><p>　　從接受器必須在接收到每個字節(jié)后產(chǎn)生一個標(biāo)志位，主接收器也必須在接收從傳送器傳送的每個字節(jié)后產(chǎn)生一個標(biāo)志位。在標(biāo)志位時鐘脈沖出現(xiàn)時，SDA線應(yīng)保持低電平（應(yīng)考慮起動和保持時間）。傳送器應(yīng)在從設(shè)備接

93、收到最后一個字節(jié)時變?yōu)榈碗娖?，而使接收器產(chǎn)生標(biāo)志位，這時主設(shè)備即可產(chǎn)生停止條件。參見圖3.13</p><p>　　圖3.13 I2C總線上的位標(biāo)志</p><p>　　3.3.2.5 I2C總線協(xié)議</p><p>　　用I2C總線傳遞數(shù)據(jù)前，接收的設(shè)備應(yīng)先標(biāo)明地址，在I2C總線起動后，這個地址與第一個傳送字節(jié)一起被傳送出去。PCF8563可以作為一個從接收器或

94、從傳送器，此時的時鐘信號線SCL只能輸入信號線，數(shù)據(jù)信號線SDA則為一條雙向信號線。PCF8563的從地址參見圖3.14。</p><p>　　圖3.14 PCF8563的從地址</p><p>　　3.3.3時鐘電路設(shè)計</p><p>　　依據(jù)I2C總線協(xié)議，PCF8563有唯一的器件地址0A2H，PCF8563與單片機(jī)接口電路原理圖如圖3.15所示，R27，

95、R28為上拉電阻，BT為備用電源，二極管D4，LED3使得在+5V供電時，不合用備用電源BT，時鐘線與數(shù)據(jù)線分別接至單片機(jī)的I／O口，電容C11為晶振的起振電容。C12，CD3為電源的去耦電容，當(dāng)時鐘備用電源失壓時，發(fā)光二極管LED3點(diǎn)亮，起到指示作用。</p><p>　　圖3.15 PCF8563與單片機(jī)接口電路原理圖</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)存儲AT24C02</p&

96、gt;<p>　　3.4.1 AT24C02簡介</p><p>　　AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)， CATALYST 公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02 有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個專門的寫保護(hù)功能。</p><p>　　AT24C02支持 I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)

97、議，I2C總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0 、A1 和A2可以實現(xiàn)將最多8個AT24C02器件連接到總線上。管腳封裝如圖3.16所示。為雙列直插式封裝，是最簡單的一種封裝技術(shù)。</p><p>　　

98、圖3.16 AT24C02管腳封裝</p><p><b>　　SCL 串行時鐘</b></p><p>　　AT24C02串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。</p><p>　　SDA 串行數(shù)據(jù)／地址</p><p>　　AT24C02雙向串行數(shù)據(jù)／地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的

99、發(fā)送或接收， SDA 是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或（ wire-OR ）。</p><p>　　A0 、A1、A2 器件地址輸入端</p><p>　　這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時默認(rèn)值為 0 。當(dāng)使用 AT24C02 時最大可級聯(lián)8個器件。如果只有一個AT24C02被總線尋址，這三個地址輸入腳（ A0 、A1 、A2 ）可懸空

100、或連接到 Vss，如果只有一個 AT24C02 被總線尋址，這三個地址輸入腳（ A0 、A1 、A2 ）必須連接</p><p><b>　　到Vss 。</b></p><p><b>　　WP 寫保護(hù)</b></p><p>　　如果WP 管腳連接到Vcc，所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)只能讀。當(dāng)WP管腳連接到Vss或懸空允許器

101、件進(jìn)行正常的讀／寫操作 。</p><p>　　3.4.2 存儲電路設(shè)計</p><p>　　存儲芯片采用AT24C02。該芯片具有I2C總線接口，具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失的特點(diǎn)。與單片機(jī)的接口電路參考圖3.17所示。存儲主要是電量參數(shù)的存儲?？紤]到AT24C02芯片擦寫次數(shù)的有限性，能量的累加在單片機(jī)的RAM存儲空間中完成，采用定時方式進(jìn)行電量參數(shù)的存儲。單片機(jī)不斷檢測時間參數(shù)，當(dāng)存儲時間到

102、則啟動I2C總線把電量參數(shù)存儲到AT24C02中分配的地址單元。AT24C02存儲單元配置參考表3.7所示。</p><p>　　表3.7 AT24C02存儲單元配置</p><p>　　為了保證電量參數(shù)存儲的可靠性，在軟件設(shè)計上要有充分的冗余和糾錯。比如考慮到這種情況，在進(jìn)行電量存儲時突然發(fā)生掉電事故，新的數(shù)據(jù)存儲尚未完</p><p>　　圖3.17 AT

103、24C02與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　成，而原有數(shù)據(jù)已經(jīng)被覆蓋，造成數(shù)據(jù)的丟失。為了避免這種情況，對每一個電量參數(shù)分配兩組存儲單元；以E0為例，0x00~0x03為一組存儲單元，0x04~0x07為另一組存儲單元。即使一組數(shù)據(jù)在存儲時被損壞，另一組數(shù)據(jù)則不受影響。</p><p>　　3.5 IC卡接口電路</p><p>　　3.5.1 IC卡概述&

104、lt;/p><p>　　IC卡是集成電路卡(IniegratedCireultcard)的英文簡稱，它將大規(guī)模集成電路(IC)封裝在卡片中，卡片上印有說明文字和圖像。由于其內(nèi)部具有現(xiàn)代高科技產(chǎn)品：集成電路，因此，IC卡不僅可以存儲大量的信息，具有較強(qiáng)的保密性能，而且抗干擾能力強(qiáng)、無磨損、壽命長。因此已在各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。IC卡采用了先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)和信息安全技術(shù)，它相對于其它種類的卡具有以下幾大特點(diǎn)：&

105、lt;/p><p>　　1.存儲量大。其內(nèi)部有RAM、ROM、EEPROM等存儲器，存儲容量從幾個字節(jié)到幾兆字節(jié)，卡上可以存儲文字、聲音、圖形、圖像等各種信息。</p><p>　　2.體積小、重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，便于攜帶，易于使用。</p><p>　　3.安全性高。IC卡從硬件和軟件等幾個方面實施其安全策略，可以控制卡內(nèi)不同區(qū)域的存取特性。存儲卡本身具有安全密碼，

106、如果試圖非法對之進(jìn)行數(shù)據(jù)存取則卡片自毀，即不可進(jìn)行讀寫。</p><p>　　4.對網(wǎng)絡(luò)要求不高。IC卡的安全可靠性使其在應(yīng)用中對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實時性、敏感性要求降低。</p><p>　　3.5.2 lC卡的分類</p><p>　　根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，IC卡有多種分類方法，通常劃分IC種類的依據(jù)有：IC卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)讀取的方式、IC卡與外界傳輸數(shù)據(jù)的方式、IC卡

107、的應(yīng)用領(lǐng)域等。根據(jù)IC卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為非加密存儲卡、加密存儲卡、CPU卡和超級智能卡。</p><p><b>　　(l)非加密存儲卡</b></p><p>　　這種IC卡的芯片一般為電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。它的特點(diǎn)是：存儲容量大；信息可以長期保存，也可以在讀寫器中進(jìn)行擦除和改寫；讀寫速度快，操作簡單。卡上數(shù)據(jù)的保護(hù)主要依賴于讀寫器中的軟件口令以及

108、向卡上寫入的加密信息，軟件讀出時破譯，因此這種IC卡的安全性能不高，主要應(yīng)用于對安全性要求不高的場合。</p><p><b>　　(2)邏輯加密卡</b></p><p>　　邏輯加密卡除了具有非加密存儲卡的EEPROM外，還帶有加密邏輯，每次讀／寫操作之前要先進(jìn)行密碼驗證。如果連續(xù)幾次密碼驗證錯誤，卡片將會自鎖，成為死卡。從數(shù)據(jù)管理、密碼校驗和識別方面來說，邏輯加

109、密卡是一種被動型卡，該類卡片的存儲容量相對較小，價格相對便宜，適用于有一定保密要求的場合。</p><p><b>　　(3)CPU卡</b></p><p>　　CPU卡芯片內(nèi)部包含微處理器(CPU)、存儲單元(RAM，ROM和EEPROM)和輸入／輸出接口單元。其中，RAM用于存放運(yùn)算過程中的中間數(shù)據(jù)，ROM中固化片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(eardOperatingSy

110、stem)，而EEPROM用于存放持卡人的個人信息以及發(fā)行單位等有關(guān)信息。CPU管理信息的加／解密和傳輸，防范非法訪問卡內(nèi)信息，若發(fā)現(xiàn)數(shù)次非法訪問，將鎖死相應(yīng)的信息區(qū)(可通過高一級命令解鎖)。CPU卡的容量有大有小，價格比邏輯加密卡要高。CPU卡的良好處理能力和上佳的保密性能，使其成為IC卡發(fā)展的方向。CPU卡適用于保密性要求特別高的場合，如金融卡、軍事密令傳遞卡等。</p><p><b>　　(4)