設計任務LCD設計目的IC掌握信號獲取、傳輸、處理及檢測的一般方法；綜合運用已有的理論和技術，制定設計方案，掌握用電量的測量方法；IC力；計的基本技能，為今后的深入學習等奠定基礎。設計要求參考利用存儲電路、IC卡、單片機及其接口技術研制出一種新型電能表，設計內容包括：IC設計合理的計算測量電路；ICLCD應用程序，并對程序作詳細的分析和解釋。列出制作該裝置的元器件，搭建試驗電路，并進行試驗驗證調試。撰寫詳細的設計技術報告。設計方案與技術分析ICLCDEEPROM1AT89C51IC控制等功能。AT89C51單片機簡介Ⅰ、89C51單片機的基本組成本電能表的硬件設計原則是在低功耗的前提下，實現多功能目的，該芯片功耗低，特別PAGEPAGE31適用于電能表控制線路多、功能全、功耗低的要求。它能方便地讀取ICEEPROM89C51一個8位的微處理器CPU。片內256字節數據存儲器RAM/SFR/果、最終結果以及欲顯示的數據等。4KBFlashROM，用以存放程序、一些原始數據和表格。（4）4個8位并行I/O端口P0-P3,每個端口既可以用作輸入，也可以用作輸出。16/計數器都可以設置成計數方式。5LCDLCD顯示IC卡模塊EEPROM存儲器單片機（AT89C51）電能計量芯片電路電源電路圖1硬件系統框圖一個全雙工UART的串行I/OPC行通信。片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。以上各個部分通過片內八位數據總線相連接。Ⅱ、89C51單片機引腳及其功能如圖2所示為單片機AT89C51的引腳圖。圖2單片機AT89C51的引腳圖XTAL（19腳：振蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端。XTAL（18腳：振蕩器反相放大器的輸出端。RS9腳RST將使單片機復位。P0口3932腳P0口是一個漏極開路的8位準雙向I/O端口。作為漏極開路8LSTTLP01，此時P0P3口1017腳P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/OP34個TTLP3“1”P3CPU不對P3SFR/輸入線時，由內部硬件使鎖存器Q1。PEROMALE10ms停止工作。但RAM，RAM電能計量芯片模塊采用現在比較流行的電能計量芯片CS5460ACS5460ACrystalCS5460CS5460AΔΣ模-數轉換器ADC、高速電能計算功能和一個串ΔΣIRMSVRMS23CS5460ACS5460ACS5460A具有方便的片上AC/DC系統校準功能。“自引導”的特點使CS5460A能獨自工作，在系統上電后自動初始化。在自引導模式中，CS5460A從一個外部EEPROM工作時CS5460A概述Ⅰ、基本結構及功能圖3CS5460內部結構圖CS5460A3一個電流通道可編程增益放大器其增益為10502一個電壓通道固定增益放大器，其增益為102兩個同時采樣的AD2兩個高速數字濾波器22一個功率計算引擎2一個片內電壓基準22一個持續監視串口通訊的看門狗2一個雙向串行接口2一個校準用SRAMⅡ、主要特性在片計算和處理功能；可以從串行E2PROM具有ACDC看門狗定時器；（6）片上2.5V基準（60310-6/OC）,單電源+5V或雙向2.5V±10℅電源；具有功率方向輸出指示；脈沖轉換；具有相位補償和系統校準功能；步進電機驅動器；內帶電源監視器；10001±0.1%；<12mW；（15）電源配置：VA+=+5V,VA-=0V;VD+=+3V至+5V或VA+=2.5V,VA-=-2.5V;VD+=+3V1、控制命令字CS5460A包含一系列控制命令，對CS5460A寫入指定的控制字，即可完成相應的操作。這些控制命令包括：、啟動轉換命令只要對CS5460A寫OXE8控制命令，CS5460A即開始進行AD轉換，并輸出計算結果，這個命令一般在CS5460A復位操作完成后輸入，以使CS5460A進入正常工作狀態。0（OXFE）1（OXFF）這兩個命令主要用在一連串的讀寫命令之前，復位串行通信接口。Power_up/HaltControl(OXAO)這個命令主要用在系統校準之前，以中斷CS5460A正在執行的操作，而執行系統校準命令。10VIRGO這個命令完成指定的某項系統校準。V、I、R、G、O的說明如下：VI:00-不允許出現0001-電流通道選擇電壓通道選擇R:0-DC1-AC校準G:0-正常操作1-執行增益校準O:0-正常操作執行偏置校準2、控制寄存器ConfigRegister(OX00)Default:=0x000001PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0GIEWAPH1PH0SI1SI0EODDL1DL0RSVHPFIHPFICPUK3K2K1K0K[3:0]：指示將主頻MCLK分頻作為CS5460A內部時鐘DCLK：有效值分別為1、2、4。0001：DCLK=MCLK/10010：DCLK=MCLK/20100：DCLK=MCLK/4IHPF：電流通道高通濾波器控制位0=VHPF：電壓通道高通濾波器控制位0=禁止高通濾波器，1=使用所有的濾波器RS：CS5460A復位控制位，當RS=1，CS5460A復位，復位周期至少10個機器周期DCO：當EOD=1，EDIR作為通用輸出口，其輸出電平由DC0決定。DC1：當EOD=1，EOUT作為通用輸出口，其輸出電平由DC1決定。EOD：EOUT，EDIR允許控制位。0：允許EOUT/EDIR輸出（DEFAULT）1：用戶定義的控制輸出端SI[1：0]：00：低電平有效DEFAUL。01：高電平有效。10：下降沿有效。11：上升沿有效。EWA：允許多片CS5460A的EOUT和EDIR連接在一起DEFAULT=。GI：電流增益控制0=10；1=50；PC[6：0]：相位補償，CS5460A沒有自動相位補償功能，通過調整PC[6：0]值可以實現-2.8度到+2.8度的相位補償。CYCLECOUNTREGISTER（0X05）Bit23bit22bit0這個寄存器的值決定每秒鐘完成計算的次數，其計算方法請參見后面的例子。PULSERATEREGISTER（0X06）Bit18bit17bit-5這個寄存器的值決定在某一功率時CS5460A每秒鐘輸出的脈沖數。其值的設置請參見后面的計算方法。STATUSREGISTERDRDYEOUTEDIRCRDYMATHRESIORVORPWORIRORVROREOREOORRESID3ID2ID1ID0WDTVODIODLSDO/IC狀態寄存器指示CS5460Abit都會使bit001/IC：數據無效指示。讀狀態寄存器時判斷該位可以確定該寄存器的值是否有效。LSD：低電壓指示，當PFMON相對于VA-電平值低于2.5V時，該位置1。IOD：電流超界指示位，當輸入電流值大于指定的滿度電流時，該位置1。VOD：電壓超界指示位，當輸入電壓值大于指定的滿度電壓時，該位置1。WDT：1。ID[3：0]版本標識。EOR：當計算出的能量值太大或太小超出范圍時，該位置1。EOOR：當EOUTEOUT超界。VROR：電壓超界。IROR：電流超界。PWOR：功率校準超界。VOR：電壓校準超界。IOR：電流校準超界。MATH：（0。CRDY：轉換完成。EDIR：01EOUT：EOUTDRDY：數據準備好或控制操作完成。CONTROLREGISTER（0X1C）RESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESRESMECHRESINTLSYNCNCPUNOSCSTEPSTOP：1=結束EEPROMBOOT模式。RES：保留。MECH：加寬EOUT和EDIR的輸出脈寬。INTL：設置/INT引腳為開漏方式。SYNC：使CS5460A內部AD轉換脈沖與轉換命令同步。NOOSC：停止振蕩器振蕩。STEP：允許EOUT和EDIR輸出作為步進馬達驅動信號。Ⅲ、操作時序CS5460A串行口包括4條控制線：串行時鐘SCL、串行數據輸入SD輸出SD）和片選CS，器讀寫時序如圖4所示：圖4CS5460A操作時序圖CS5460A/SCLK824SCLKADC24位。上電復位后，串行狀態機初始化為命令模式，等待接收有效的命令（輸入串口的前8為數據寄存器輸入輸出數據。81624SCLKSDO8位的邊界上（8，1624。同樣，數據寄存器讀出允許采用“命令鏈16個連續的讀數據串行時鐘脈沖后，執行寫命令字（如狀態寄存器清零命令，數據從SDI引腳輸入，同時剩下的8位讀出數據被傳送到SDO16SDO8SDISDO引腳輸出數據時，必須用SYNC0（NOP）SDI引腳處于選5圖5CS5460A與AT89C51的硬件連接EEPROM存儲器模塊Ⅰ、AT24C01簡介AT24C01是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行256382.～5.5、擦寫次數多（大于10000次、寫入速度快（小于10m）等AT24C011，86為AT24C01圖6AT24C01的引腳圖SCL:串行時鐘。在該引腳的上升沿時，系統將數據輸入到每個EEPROM器件，在下降沿時輸出。SDA：串行數據。該引腳為開漏極驅動，可雙向傳送數據。A0～A2:器件/頁面尋址。為器件地址輸入端。Wp：硬件寫保護。當該引腳為高電平時禁止寫入，為低電平時可正常讀/寫數據。Vcc：電源。一般輸入+5V電壓。Vss：接地。Ⅱ、硬件原理圖7AT89C5124C01I2C/寫校驗操作。圖7記憶單元硬件原理圖LCD顯示模塊為現實多費率下對相應多項參數的顯示，目前大多數相應電能表都采用液晶顯示器LCD或發光二極管顯示器LED。LCD的優點是一屏可以顯示許多字符，工作電流小，供電系統停用圖形液晶顯示模塊GXM12864，它內含KS0108B/HD61202CMOS技術實現的點陣圖形LCD模塊，有8128364位映射DDRAM128364KS0108BKS0107BKS0107B不與CPU和各種同步信號，比較簡單。液晶顯示模塊GXM12864的工作原理圖如圖8所示。圖8LCD顯示模塊GXM12864的工作原理圖電位器R15RSTVout1DB0～DB7P0D/I、R/W線/CSA、/CSBP26、、、0P2.3在進行液晶顯示模塊的硬件調試時務必注意正確的接線錯，否則會燒壞電路上的芯片。為避免液晶模塊的損壞，在加液晶驅動電壓V0/VEE比加邏輯電壓VDD滯后50mV0/VEE需要比邏輯電壓VDD提前50ms關斷。GXM12864的引腳定義如表1所示。表1GXM12864的引腳定義引腳名稱引腳名稱引腳定義/CSA、/CSB、2VSSVSS數字地VDD邏輯電源+5VV0對比度調節D/I指令數據通道R/W讀/寫選擇E使能信號、高電平有效DB0-DB78RST復位信號VEE液晶驅動電源A、K背光正電源端、背光接地端電源電路模塊+5V-10V電壓。本設計中系統采用電池供電，其輸入電壓為+3V，所以電源部分的設計要求為+3V輸入，+5V和-10V雙電壓輸出。MAX1677DC-DCLCD（0.7-5.5V）電池的空間和所需的不同電池電壓與容量，靈活的選擇電池的種類。9MAX1677Vin=3VVout1和Vout2，分別是+5V和-10V，+5V-10V作為液晶顯示模塊的背光電源。電路中的其他器件說明如下。

圖9 直流電源的設計L1、L2為CoilCraft的DO1608C-103表貼磁芯電感，電感值為10Uh。D1、D216V二極管。R11R12式：R11=R12*[Vout/1.25-1]（R12的取值范圍為10-200千歐姆）電阻R14和R13的比值決定了LCD對比度輸出的電壓值VLCD(對應圖中的Vout2)需滿足下面的公式：R14=R13*|VLCD|/1.25（V）（R14的取值范圍為500-2000千歐姆）電阻R8和R7的比值決定了系統欠電壓監測的門檻電壓值VTRIP需滿足下面的公式R8=R7*[VTRIP/0.614-1] (R7≤130千歐)LBO電壓，LBO引腳輸出為低電平。如果不是用欠電壓監測的話，只需要將第三引腳接地即可。1.5VVout1連接MAX1677的第16+5VVout2連接MAX167710-10V前端電路調理模塊的設計1、電壓調理部分對于系統的前端電壓調理部分，我們采用變比為2mA/2mA的電流互感器和高精度電阻作10220V2mA2mA/2mA1125ΩCS5460A然電阻R2RC動電容保護芯片。2、電流調理部分電流調理部分采用變比2000：1的電流互感器，然后經一精密電阻將電流信號轉變成電壓信號。并加入RC補測信號以差模電壓的形式接到CS5460ACS5460A具有相位補償功能（可進行-2.+2.°的相位補償，步進0.3°，可以大大減小互感器角差的影響。圖10前端調理電路實時時鐘電路模塊MCUlOs電源掉電情況下的時鐘保護電路和備份電源自動切換控制電路RAMMCUMCU8DIPCPU23I／ODSl302DALLAS31RAM，日歷時(2．5V5．5V)，功耗低芯11圖11時鐘芯片DSl302的接口電路采用三線串行通訊方式，/RST為通信允許信號，/RST=l，允許通信，/RST=0禁止通信。SCLK為串行數據的位同步脈沖信號。為雙向串行數據傳送信號。AT89C51單片機通過控制I／ODSl302X1X2的石英晶振，VCClVCC2VCCl1數據傳送是以AT89C51AT89C51DSl302入一個命令字節開始。命令字節格式如圖12圖12命令字節格式命令字節的最高位必須為l，RAM／CK位為RAM／時鐘選擇位選擇RAM操作，RAM／CK=0選擇時鐘操作A4至A0為片內日歷時鐘寄存器或RAM地址選擇位。選擇時鐘操作時A4至A0為00H至06H對應日歷時鐘寄存器地址，分別存放秒，分，時，日，月星期，和年等信息。秒寄存器的最高位為時鐘暫停控制位，該位為0時時鐘振蕩器暫停，DSl302進入低功耗狀態，該位為1時啟動時鐘。地址07H為寫保護寄存器，用以控制對片內日歷時鐘寄存器的寫允許，地址08H為涓 流充電控制寄存器，控制內部涓流充電過程及充電電路的連接方式。選擇片內RAMA4AORAM00H～1EH，RD／WDSl302RAM)地址，讀取數據并通過I／OAT89C51，RD／W=0DSl302AT89C51DSl302RAMDSl302AT89C51I／0SCLK字節為單位，低位在前，高位在后，傳送一個字節數據需要8SCLK13圖13字節傳送時序IC卡模塊1、Mifare1射頻IC卡Mifare1ICPhilipsMifare1ICS50系列微晶片，其內1KBEEPROM、數字控制模塊和一個高效率射頻天線模塊。卡片本身不帶電池供2VIC在信道保證和數據完整性方面，Mifare1標準還提供了信道檢測、存儲數據冗余校驗、三Mifare1IC（1）1KB的EEPROM，分為16個扇區，每個扇區分為4塊，每塊16B，以塊為存取單位。每個扇區有獨立的一組）密碼及存取權限設置。32具有防沖突機制、支持多卡操作。無電源，自帶天線，內含加密控制邏輯和通信邏輯電路。101013.56MHZ。（8）106kbps的快速數據傳輸速率。（9）10cm（取決于天線設計。（10）工作溫度范圍：-20--+50。C。Mifare12、H6152圖14H6152基本結構示意圖H6152的基本結構如圖14所示。圖中，對外通信的接口為J3和J4。J37RS-232/422LEDH6152PCB板載天線電路和RS-232/422接口的集成讀寫模塊，還提供了RS-232/422TTLH6152+5V工作頻率：13.56MHz。、19200bps、38400bps57600bps4（3）接口：RS-232/422/485。天線尺寸：45mm370mm。。電流供應：80mA。（8）工作溫度：-40～+85℃.（9）最大讀寫距離：50mm。3、IC卡讀寫電路的原理及說明IC卡應用系統的硬件設計結構框圖如圖15所示單片機AT89C51是本設計的核心器件它主要完成了對射頻卡1卡）的讀寫操作H6152讀寫器對射頻卡進行讀寫后通過串口電平轉換電路將RS－232電平轉換為單片機所識別的 TTL電平，從而達到了使用AT89C51單片機來控制射頻卡的讀寫過程。串口電平串口電平轉換電路IC單片機AT89C51IC報警電路15硬件設計結構框圖H6152316171816單片機模塊圖17串口電平轉換模塊圖18H6152讀寫模塊U1AT89C51P1.0H6152H6152XTAL0和XTAL1分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。本設計的外部時鐘電路是將XTAL0(18XTAL1(19)腳分別對接外部晶體和微調電容的兩端所構成。另外單片機中還帶有復位端，為了安全方便，單片機采用了上電自動復位和手動復位兩種。串口電平轉換電路采用MaximMAX3232MAX3232TTL，然后與H6152的RS-232RS-232C和數據通信設備（DCE）之間的接口標準，是在微機接口應用中常用的一種串行通信總線標準，全稱為EIA-RS-232C（ElectoronicIndustrialAssociateRecommendedStandard-232RS-232C2522229如COM19RS-232C5～15V（MARK信號5～15V表示邏0（SPACE信號，內阻為幾百歐姆，可以帶2500pF的電容負載。負載開路時電壓不得253V13V0電能表程序設計如圖19所示為電能表主流程圖：開始開始電能采集實時時鐘是峰電？谷電加峰電加數據存儲LCD顯示IC卡<5°斷電圖19主流程圖程序如下：#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>sbitSDA=P1^3;sbitSCL=P1^4;#defineucharunsigned#definelcdP0sbitrw=sbitrs=P2^2sbite=P2^3sbitbusy=ACC^7unsignedcharcountunsignedchartimer//unsignedcountAunsignedcountBunsignedcount1 //峰值電量unsignedcount2unsignedcountunsigneddecountcountA=0;

//谷值電量voidmain() //主函數程序{countB=ReadMemory();//讀電量計數模塊值decount=countB-countA; //一樣則開始計數；while(decount==0){count++;while(count<100){timer=readbyte(); //if(timer>12)count1++;elsecount2++ ;Remain=total-count1*0.5-count2*0.6; //計算剩余的金額write(count1);write(count2);write(Remain);}}

//向ＩＣ卡內分別寫入峰值電量、谷值電量、剩余金額if(remian<5.0)flag=1;}

／／如果剩余金額不足則置報警顯示位unsignedcharControl,enumeepromtypeenumer)//EEPROM程序{voidDelay(unsignedcharDelayCount);/*voidStart(void);/**/voidStop(void);/*IICbitRecAck(void);/**/voidNoAck(void);/*IICvoidAck(void);/*IIC*/unsignedcharReceive(void);/*IICvoidSend(unsignedcharsendbyte);/*IIC*/unsignedchardataj,i=ERROR;biterrorflag=1;/*while(i--){Start();/*啟動總線*/Send(Control&0xfe);/*IICif(RecAck())continue;/**/if(RecAck())continue;}Send((unsignedchar)Addr);/*IIC*/if(RecAck())continue;/*if(!(Control&0x01))判斷是讀器件還是寫器件{j=Length;errorflag=0;/*while(j--){Send(*DataBuff++);/*向IIC總線寫數據*/if(!RecAck())continue;/*如寫正確結束本次循環*/errorflag=1;break;}}else{

if(errorflag==1)continue;break;Start();/*啟動總線*/Send(Control);/*IIC*/if(RecAck())continue;//器件沒應答結束本次本層循環while(--Length)/*字節長為0結束*/{*DataBuff++=Receive();Ack();/*IIC*/}*DataBuff=Receive();/*NoAck();/*IIC*/errorflag=0;break;}Stop();/*IICif(!(Control&0x01)){Delay(255);Delay(255);Delay(255);Delay(255);return(errorflag);}/*****以下是對IIC總線的操作子程序*****//******啟動總線*****/voidStart(void){SCL=0;/*SCL,SDA*/SDA=1;/*狀態,SCL=1;_nop_();_nop_();_nop_();SDA=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCL=0;SDA=1;}/*****IIC****voidStop(void){SCL=0;/*SCL,SDASDA=0;表示一個停止狀態,該狀態終止所有通訊*/SCL=1;_nop_();_nop_();_nop_();/*SDA=1;_nop_();_nop_();_nop_();SCL=0;}/*****檢查應答位*****/bitRecAck(void){SCL=0;SDA=1;SCL=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CY=SDA;/*因為返回值總是放在CY中的SCL=0;return(CY);}/****IIC****voidAck(void){SDA=0;/*EEPROM通過在收到每個地址或數據之后,*/SCL=1;/*SDA低電平的方式確認表示收到讀SDA*/_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCL=0;_nop_();SDA=1;}/*********IIC*****/voidNoAck(void){SDA=1;SCL=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCL=0;}/*********IIC總線寫數據*****/voidSend(unsignedcharsendbyte){unsignedchardatafor(;j>0;j--){SCL=0;sendbyte1;/*CY=sendbyte^7;SDA=CY;/*CY*/SCL=1;}SCL=0;}/*********IIC*****/unsignedcharReceive(void){registerreceivebyte,i=8;SCL=0;while(i--){SCL=1;receivebyte=(receivebyte<<1)|SCL=0;}return(receivebyte);}/********一個簡單延時程序*************/voidDelay(unsignedcharDelayCount){while(DelayCount--);}voidlcd_mwcode(uchari) //LCD液晶顯示，{rw=1;rs=0;lcd=0;e=1;do{ACC=lcd; //e=0;}while(busy);rw=0;lcd=i;e=1;e=0;}voidlcd_mwdata(uchari) //輸入數據，{rw=1;rs=0;lcd=0;e=1;do{ACC=lcd;e=0;}while(busy);rw=0;rs=1;lcd=i;e=1;e=0;}voidsetpos(ucharrow,ucharcol)//選擇行，列，{lcd_mwcode(0xb8+row);lcd_mwcode(0x40+col);}voidlcd_init(void) //初始化{lcd_mwcode(0xc0);lcd_mwcode(0x3f);}voiddisp1(ucharcode*hz) //顯示漢字上半區，{uchari;for(i=0;i<16;i++)lcd_mwdata(*(hz+i));}voiddisp2(ucharcode*hz) //{uchari;for(i=16;i<32;i++)lcd_mwdata(*(hz+i));}voidselect(ucharx){switch(x){case1:cs1=0;cs2=1;break;//左屏，case2:cs1=1;cs2=0;break;//右屏，default:cs2=0;cs2=0;}}}ucharreadbyte(temp) //時鐘程序{uchar i；Iongdelay0；temp=0；for(i=0；i<8；i++){temp=temp>>1：if(dat==1)temp=temp+0x80；clk=1：shortdelay0；clk=0；／／時鐘下降沿讀出有效shortdelay0；}returntemp；}ucharDateWrite(1ongidata*_bur)序

//IC卡程{uchartemp=(uchar*)_Value；／／轉存指針ucharwritecheck=DATA_ERR；／／寫入狀態標記，用于返回值_buf[0]=*(temp+3)；_buf[1]=*(temp+2)；_buf[2]=(temp+1)；_buf[3]=*temp；／／數據轉存到緩沖區_buf[4]=~_buf[0]；_buf[5]=~_buf[1]；_buf[6]=_buf[2]；_buf[7]=~_buf[3]；／／值備份_buf[8]=_bur[0]；_buf[9]=_buf[1]；_buf[10]=_buf[2]；_buf[11]=_buf[3]；_buf[12]=_LgeAdr；_buf[13]=~_LgcAdr；_bull14]=LgcAdr；_buf[15]=~_LgcAdr；／／轉存地址，并備份writecheck=writecheck&mifs_write(_block+1，_buf)writecheck=writecheckmifs_write(_block，_buf)writecheck}reset_5460=0;//reset_5460為CS5460A的復位腳 //計量模Delay_10MS();reset_5460=1