多功能电度表的设计硬件部分(附件)
本设计所研制的多功能电度表系统的硬件主要包括单片机、实时时钟、液晶显示、读卡器等。系统主要采用了单片机AT89C52主控模块、IC卡模块、红外通信模块、以电能芯片SM9903为主的电能采集模块、按键模块等来实现上述各种功能。 整个系统具有电能测量、预付费、分时计费，遥测几个功能，其中，预付费功能可以有效地改善先用电后付费的不合理状况，分时计费通过经济杠杆手段刺激人们在低谷时段用电，有效地提高了电力设备利用率。遥测功能代替传统的人工抄表，大大提高了工作效率，因此，系统的实用性较强，具有一定的应用前景。关键字 单片机，预付费，红外通信，IC卡，电能测量目 录
1 引言 1
2 硬件设计 2
2.1芯片选择及特点 2
2.2系统总体设计方案 3
2.3 系统工作概述 4
3 系统各组成部分具体硬件设计 5
3.1主控电路设计 5
3.2按键电路设计 7
3.3断电机构电路设计 8
3.4时钟电路设计 9
3.5显示电路设计 12
3.6红外通信电路设计 15
3.7电能计量电路设计 17
3.8 IC卡预付费模块硬件设计 20
4 硬件调试及仿真 22
4.1硬件调试过程 22
4.2仿真 24
5 软件设计 24
5.1主程序设计 24
5.2 部分子程序设计流程 27
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
附录A系统电路总图 34
附录B实物图 35
附录C仿真图 36
附录D程序代码 37
1 引言
人类从远古社会到当今的21世纪，历经了几千年的发展与变迁，在这几千年的人类文明史上，闪耀着无数的人类的智慧的结晶。其中，电的发现在人类文明史上绝对具有划时代的意义，电的发现以及关于电的各种发明，给人们的生活带来了极大的改变，比如电灯、电话、电视.....可以说我们如今就是生活在“电”的怀抱中，没有电的生活简直不敢想象[1]。但是如今“电”作为一种商品，我们
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br /> 1 引言
人类从远古社会到当今的21世纪，历经了几千年的发展与变迁，在这几千年的人类文明史上，闪耀着无数的人类的智慧的结晶。其中，电的发现在人类文明史上绝对具有划时代的意义，电的发现以及关于电的各种发明，给人们的生活带来了极大的改变，比如电灯、电话、电视.....可以说我们如今就是生活在“电”的怀抱中，没有电的生活简直不敢想象[1]。但是如今“电”作为一种商品，我们要使用就得要付费，于是在这样的背景下，电能表就应运而生了。
我选择多功能电度表这个研究课题的主要原因就是电度表和我们的日常生活息息相关，而且随处可见，研究这个课题比较有实际意义，可以让我更加了解平常在生活中随处可见的电度表。电度表的发展历史悠久，可以追溯到19世纪80年代，1880年爱迪生首先制成了世界上第一个直流电度表，随后交流电的出现又催生出交流电度表，根据电路进表相线的不同交流电度表又可分为单相电度表、三相三线电度表和三相四线电度表，普通家庭使用的都是单相电度表，对用电量需求较大的用户，比如工厂一般使用的是三相三线和三相四线电度表[2]。随着科学技术和生产力的高速发展，电度表也在不断更新换代，而且由于不同的需求，对电能表的性能及各方面功能都提出了更高的要求，比如在电力系统中，某一时刻各类用电设备消耗的电功率总和称为电力负荷，由于人们的正常作息时间都是“日出而作，日落而息”，所以集中在白天用电对电网的负荷大量增加，而在晚上用电量较少，电网的负荷又会大大减少，当电力负荷上的峰值和谷值相差很大时会使发、供电设备容量不能充分利用，运行不经济[3]。为了解决这个问题，人们采用了分时计费的方法，即在用电高峰时间段抬高电价，在用电低谷时降低电价，利用经济杠杆的方式来刺激人们多在用电低谷时用电，让发、供电设备容量能够得到充分利用[4]。还有为了改善先用电后付费的不合理状况，又研制出了预付费电能表，现在市场上已经有了很多具有特色功能的电度表，比如复费率电度表、预付费电度表、远程抄表电度表等，本次设计的主要任务就是把这些具有单一功能的电度表的特色功能集中到一块电度表上，即一款具有多种功能的多功能电度表。
本文以单片机为中心，紧紧围绕预付费、复费率、遥测几个主要功能展开了细致的研究，以下就是具体的硬件设计和软件设计部分。
2 硬件设计
2.1 芯片选择及特点
2.1.1单片机芯片的选择
选择一
AT89C51是一种带4K字节FLASH只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器的低电压、高性能CMOS 8位处理器若采用89C51芯片作为硬件核心，由于89C51不具ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，每对程序修改一次，则需要对芯片进行一次拔插，而多次拔插会对芯片造成一定的损坏[5]。
选择二
AT89C52和AT89C51在大部分功能上都是基本一致的，只不过AT89C52的存储容量比AT89C51大，RAM和ROM空间都是后者的2倍，另外，AT89C52具有独特的在线编程可擦除技术，所以在调试电路时，既免去了反复拔插芯片的麻烦又不会对芯片造成磨损。
本设计由于客观需要，程序较多，对单片机的存储空间提出了更高的要求，并且需要将程序反复下载进单片机。所以最终采用AT89C52单片机。
2.1.2显示器选择
选择一
液晶显示屏体积小、重量轻，能够显示的内容比较多，包括常用的数字、字母、简单符号等，在单片机应用系统中经常会见到液晶显示被应用在各种不同的场合中[6]。
选择二
LED数码管显示。LED数码管无疑是显示数字的最合适的选择，首先它的成本较低，而且与单片机连接时，只需要少量的单片机口线，降低了系统的复杂程度。
本次多功能电度表设计需要显示的参数多，数码管需要的数量较多综合用了LCD1602液晶显示屏作为显示 。性价比所以采
2.1.3时钟芯片选择
选择一
单片机内部自带的定时计数器，可以直接用来计时，这样不需要任何的外围电路，成本降低，缺点是在系统掉电的时候，计时信息会丢失，直接影响整个系统的工作。
选择二
DS1302实时时钟芯片源自于美国DALLAS公司，它在保持高性能的前提下把功耗降到了最低。DS1302与CPU之间通信采用的是SPI接口方式，实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5~5.5V。采用双电源供电[8]。
本次设计在时间显示方面需要尽可能的减少误差与现实时间同步，并且在系统断电后，不会影响电表系统正确计费，所以综合以上因素最终选择DS
1 引言 1
2 硬件设计 2
2.1芯片选择及特点 2
2.2系统总体设计方案 3
2.3 系统工作概述 4
3 系统各组成部分具体硬件设计 5
3.1主控电路设计 5
3.2按键电路设计 7
3.3断电机构电路设计 8
3.4时钟电路设计 9
3.5显示电路设计 12
3.6红外通信电路设计 15
3.7电能计量电路设计 17
3.8 IC卡预付费模块硬件设计 20
4 硬件调试及仿真 22
4.1硬件调试过程 22
4.2仿真 24
5 软件设计 24
5.1主程序设计 24
5.2 部分子程序设计流程 27
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
附录A系统电路总图 34
附录B实物图 35
附录C仿真图 36
附录D程序代码 37
1 引言
人类从远古社会到当今的21世纪，历经了几千年的发展与变迁，在这几千年的人类文明史上，闪耀着无数的人类的智慧的结晶。其中，电的发现在人类文明史上绝对具有划时代的意义，电的发现以及关于电的各种发明，给人们的生活带来了极大的改变，比如电灯、电话、电视.....可以说我们如今就是生活在“电”的怀抱中，没有电的生活简直不敢想象[1]。但是如今“电”作为一种商品，我们
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
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人类从远古社会到当今的21世纪，历经了几千年的发展与变迁，在这几千年的人类文明史上，闪耀着无数的人类的智慧的结晶。其中，电的发现在人类文明史上绝对具有划时代的意义，电的发现以及关于电的各种发明，给人们的生活带来了极大的改变，比如电灯、电话、电视.....可以说我们如今就是生活在“电”的怀抱中，没有电的生活简直不敢想象[1]。但是如今“电”作为一种商品，我们要使用就得要付费，于是在这样的背景下，电能表就应运而生了。
我选择多功能电度表这个研究课题的主要原因就是电度表和我们的日常生活息息相关，而且随处可见，研究这个课题比较有实际意义，可以让我更加了解平常在生活中随处可见的电度表。电度表的发展历史悠久，可以追溯到19世纪80年代，1880年爱迪生首先制成了世界上第一个直流电度表，随后交流电的出现又催生出交流电度表，根据电路进表相线的不同交流电度表又可分为单相电度表、三相三线电度表和三相四线电度表，普通家庭使用的都是单相电度表，对用电量需求较大的用户，比如工厂一般使用的是三相三线和三相四线电度表[2]。随着科学技术和生产力的高速发展，电度表也在不断更新换代，而且由于不同的需求，对电能表的性能及各方面功能都提出了更高的要求，比如在电力系统中，某一时刻各类用电设备消耗的电功率总和称为电力负荷，由于人们的正常作息时间都是“日出而作，日落而息”，所以集中在白天用电对电网的负荷大量增加，而在晚上用电量较少，电网的负荷又会大大减少，当电力负荷上的峰值和谷值相差很大时会使发、供电设备容量不能充分利用，运行不经济[3]。为了解决这个问题，人们采用了分时计费的方法，即在用电高峰时间段抬高电价，在用电低谷时降低电价，利用经济杠杆的方式来刺激人们多在用电低谷时用电，让发、供电设备容量能够得到充分利用[4]。还有为了改善先用电后付费的不合理状况，又研制出了预付费电能表，现在市场上已经有了很多具有特色功能的电度表，比如复费率电度表、预付费电度表、远程抄表电度表等，本次设计的主要任务就是把这些具有单一功能的电度表的特色功能集中到一块电度表上，即一款具有多种功能的多功能电度表。
本文以单片机为中心，紧紧围绕预付费、复费率、遥测几个主要功能展开了细致的研究，以下就是具体的硬件设计和软件设计部分。
2 硬件设计
2.1 芯片选择及特点
2.1.1单片机芯片的选择
选择一
AT89C51是一种带4K字节FLASH只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器的低电压、高性能CMOS 8位处理器若采用89C51芯片作为硬件核心，由于89C51不具ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，每对程序修改一次，则需要对芯片进行一次拔插，而多次拔插会对芯片造成一定的损坏[5]。
选择二
AT89C52和AT89C51在大部分功能上都是基本一致的，只不过AT89C52的存储容量比AT89C51大，RAM和ROM空间都是后者的2倍，另外，AT89C52具有独特的在线编程可擦除技术，所以在调试电路时，既免去了反复拔插芯片的麻烦又不会对芯片造成磨损。
本设计由于客观需要，程序较多，对单片机的存储空间提出了更高的要求，并且需要将程序反复下载进单片机。所以最终采用AT89C52单片机。
2.1.2显示器选择
选择一
液晶显示屏体积小、重量轻，能够显示的内容比较多，包括常用的数字、字母、简单符号等，在单片机应用系统中经常会见到液晶显示被应用在各种不同的场合中[6]。
选择二
LED数码管显示。LED数码管无疑是显示数字的最合适的选择，首先它的成本较低，而且与单片机连接时，只需要少量的单片机口线，降低了系统的复杂程度。
本次多功能电度表设计需要显示的参数多，数码管需要的数量较多综合用了LCD1602液晶显示屏作为显示 。性价比所以采
2.1.3时钟芯片选择
选择一
单片机内部自带的定时计数器，可以直接用来计时，这样不需要任何的外围电路，成本降低，缺点是在系统掉电的时候，计时信息会丢失，直接影响整个系统的工作。
选择二
DS1302实时时钟芯片源自于美国DALLAS公司，它在保持高性能的前提下把功耗降到了最低。DS1302与CPU之间通信采用的是SPI接口方式，实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5~5.5V。采用双电源供电[8]。
本次设计在时间显示方面需要尽可能的减少误差与现实时间同步，并且在系统断电后，不会影响电表系统正确计费，所以综合以上因素最终选择DS
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