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。

　　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。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)到二級表（誤差為2%）的精度；

　?。?） 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） ?？▽Ｓ谩．?dāng)有非本機(jī)卡或異物插入卡槽時(shí)，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；

　?。?） 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)荷的大小；

　?。?） 當(dāng)表內(nèi)剩余電能不足20KW.H時(shí)，在液晶顯示器上顯示“請及時(shí)購電”以提醒用戶余電不多，及時(shí)購電；

　?。?） 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。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；

　?。?） 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；

　?。?） 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)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。此處，預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)并非本論文討論的重點(diǎn)。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。

　?。?］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、掉電檢測和電源等模塊。

　　電能計(jì)量電路：采用電子電度表專用集成電路SM9903。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。

　　控制部分為整個(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。

　　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。

　　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。

　?。?］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。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。

　　方案二：模數(shù)轉(zhuǎn)換式

　　對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。并在CPU中設(shè)置一個(gè)定時(shí)器定時(shí)對功率進(jìn)行累加，其系統(tǒng)如圖2-1所示。

　　圖2-1 方案二的系統(tǒng)圖