河南理工大学毕业设计基于IC卡的智能电能表设计(7)

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图 3-15 数据存储电路与单片机的接口电路

3.4 用电控制电路

用电控制电路电路主要由三极管和继电器组成,当CPU在判断用户电表中剩余电量达到某一标准(如额定赊欠电量或者零电量)或新购电量写入电表时，信号通过三极管放大，驱动继电器线圈，以达到自动断开和开通用户电源的目的，从而打到先购电再用电的目的。硬件电路见图 3-16。

图 3-16 三极管驱动继电器

3.5 报警电路设计

本课题中实现声音报警的接口电路比较简单，其发音元件采用蜂鸣器，蜂鸣器

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约需10mA的驱动电流，当单片机引脚PA5输出高电平1时，Q1导通使输出为低电平0，使压电蜂鸣器引线获得3V以上的直流电压，从而产生蜂鸣器音响。反之，PA5输出低电平时，Q1截止输出端变为高电平，蜂鸣器两引线间的直流电压将至接近于0，发音停止。当电表剩余电量打到一定标准时，启动蜂鸣器，以通知用户及时冲值。电路见如图3-17。

图3-17三极管驱动蜂鸣器

3.6显示电路设计

在单片机应用系统中，显示电路是系统与外界实现人机通话的桥梁和纽带，起着举足轻重的作用。显示采用四位LED七段数码显示器，四位整数，电路如图3-18所示。

图3-18 显示电路

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3.7掉电检测电路

掉电检测电路由比较器（运放LM393）、电压基准LM336（2.5V）、R31、R32、R33、R34、R35、R36和二极管VD7组成，电路如图3-19所示。

图3-19 掉电检测电路

电源电压正常时，V-﹤V+，比较器输出高电平；当电源掉电时，V-跟随电源电压下降，而VZ在一定时间内保持2.5V不变。当下降到V-＞V+时，比较器输出低电平，使微处理器产生外中断，做掉电处理（将剩余电能存入EEPROM中）。

3.8电源电路设计

本设计采用对市电220V电压进行变压、整流、滤波、稳压的方法获得系统所需的电源。输出电压为+5V。电源分为两路，一路为IC卡供电，另一路为电量检测电路和微控制器电路供电。

市电经变压、整流、滤波后送到7805的输入端。7805的输出经滤波后作为系统工作电压Vcc，另外7805的输出经三极管Q3后为IC卡提供工作电压Vcc(IC )。IC卡读写电流很小，一般为几个mA，当IC卡插入卡槽并且单片机获得INT1中断后，单片机会在PD4端输出一个低电平，Q3导通，从而IC卡卡槽获得电压，同时发光二极管D6亮，起读写指示作用。每次对IC卡读写完成后，应及时下电，以减少插拔时带电的可能性。当对IC卡操作完毕后，单片机在PD4端输出一个高电平，Q3截止，发光二极管D6

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熄灭，停止对IC卡卡槽供电，此时可以安全的将IC卡拔出。

电源电路由变压器、整流桥、三端稳压集成电路7805以及滤波环节组成，其原理图参见图3-20所示。

图3-20电源电路

各部分功能：

（1）电源变压器部分：

将交流电网220V的电压变成所需要的电压值。 （2）整流电路部分：

整流电路的任务是将交流电变成直流电。采用的是桥式整流。桥式整流电路与其它形式的整流电路相比的优点是：在相同的输入电压下，具有较高的整流输出电压，波动系数较小，电源变压器在正、负半周都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。由于以上优点，桥式整流电路在集成稳压电源中得到了广泛的应用。

（3）滤波电路部分：

滤波电路主要用于滤除整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。在本题目中选用电容滤波电路，由于电容在电路中具有储能作用，电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电量释放出来，即电容C具有平波作用。

稳压电路部分：

电路设计采用的是集成稳压器W7800系列的7805

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7805的输入端都直接与整流滤波输出相连，输出端接负载，3脚为接地端，故又称为三端式稳压器。

7805都具有很多的优点：有启动电路，使输入电压变化不再直接对基准电压源及偏置电路发生影响。带基准电压源电路结构，具有低噪声、低温漂的特点，温漂大约为0.6mV/℃。还采用了比较完善的保护措施，如过热保护、过压保护及过流护，从而使调整管工作安全可靠。

3.9单片机最小系统设计

3.9.1 Atmega16单片机介绍

ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。

ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

工作于空闲模式时CPU 停止工作，而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC

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