〔大学论文〕智能化煤气表的设计与实现（含word文档） .pdf

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1、2002002002009 9 9 9 届本科毕业论文（设计）届本科毕业论文（设计）届本科毕业论文（设计）届本科毕业论文（设计） 论文题目：论文题目：论文题目：论文题目：智能化煤气表的设计智能化煤气表的设计智能化煤气表的设计智能化煤气表的设计 II 摘摘摘摘要要要要 目前使用的机械式煤气表存在较大的弊端，给管理部门和用户 带来了很大的不方便，为了能从根本上解决此问题，设计一种新型 的智能煤气表收费系统就显得十分必要。针对这种情况，本文设计 了智能 IC 卡煤气表系统，以实现煤气收费管理的电子化和信息化。 本设计是基于 AT89S52 单片机控制的煤气计费模块， 控制简单， 设计中采用非接触式智

2、能卡模块实现预付费功能，具有严谨的保护 和防作弊功能；系统具备液晶显示功能，利用 RT1602 液晶显示模块 显示余额、用气量等数据；为了保证系统的稳定性和可靠性，该设 计中还加入了掉电保护模块，保护用户数据不丢失，使计费系统实 现自动化和最优化。 关键词：关键词：关键词：关键词：煤气表,非接触式卡,预付费,单片机 TheTheTheThe D D D Designesignesignesign O O O Of f f f I I I Intelligentntelligentntelligentntelligent G G G Gasasasas MMMMetereteretereter

3、AbstractAbstractAbstractAbstract The mechanical gas meter at present has a big disadvantages to the management and the users a great deal of inconvenience. In order to fundamentally solve this problem, it is very necessary to design a new type system of intelligent gas meter. In view of this situati

4、on, this paper designed an intelligent IC card gas meter systems in order to achieve the gas tariffs and the management of electronic information. The design is a gas billing module which based on the MCU AT89S52, the control is simple, the design take the non-contact less smart card module to achie

5、ve pre-paid functions, with have strict protection and anti-cheat functions. System use the RT1602-liquid crystal display function to show the Balance data etc. In order to ensure system stability and reliability, the design also joined the power-down protection module to protect the user data is no

6、t lost, make the system enables automated billing system and optimization. II KeyKeyKeyKey Words:Words:Words:Words: Gas meter, Non-contact card, Prepaid, Single-chip 目目目目录录录录 1 绪论.1 1.1 国家宏观政策.1 1.2 国际上煤气表的发展及收费方式.3 1.2.1 国外煤气表的现状3 1.2.2 收费方式4 1.3 国内 IC 卡煤气表的发展.5 1.4 设计目的.6 1.5 设计中需要重点解决的问题.6 2 整体设计

7、方案7 2.1 系统组成.7 2.2 整体方案论述.8 3 单元电路 9 3.1 主控电路 MCU.9 3.1.1 主控芯片介绍10 3.1.2 主控电路11 3.2 流量测量模块.13 2 3.3 显示电路.15 3.3.1 RT1602 介绍.15 3.3.1.1 RT1602 引脚说明16 3.3.1.2 RT1602 指令说明17 3.3.1.3 RT1602 的读写时序20 3.3.2 LCD 接口电路22 3.4 掉电存储模块.23 3.4.1CI 2 总线的基本原理.23 3.4.2 AT24C02 介绍.26 3.4.3 AT24C02 硬件电路连接28 3.5 智能 IC 卡

8、接口模块.29 3.5.1 Mifare S50 卡介绍29 3.5.2 Mifare S50 卡的访问操作与命令.31 3.5.3 读卡器模块33 3.5.4 硬件电路33 3.6 电源监控系统.34 3.7 电磁阀控制电路.36 3.8 煤气泄漏报警电路.37 3.9 声光报警电路.39 4 程序设计 39 4.1 主程序流程图.40 4.2 非接触式卡读写模块.40 4.3 掉电存储模块.43 4.4 液晶显示模块.44 5 结论.45 致谢.46 参考文献 47 附录 1 总体电路图.50 附录 2 液晶显示程序流程图.51 附录 3 主程序.52 附录 4 非接触式卡程序.58 附录

9、 5 掉电存储程序.53 附录 6 液晶显示程序.59 1 1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论 1.11.11.11.1 国家宏观政策国家宏观政策国家宏观政策国家宏观政策 随着社会的进步，人民生活水平的不断提高，城市管道煤气已逐 渐进入千家万户。煤气作为一种清洁和高效的能源已经有越来越多 的用户在使用，据不完全统计，截止 2005 年，我国城市煤气用户已 达 3200 多万。特别是西部大开发“西气东输”计划的启动，管道煤 气将向更多的大，中，小城市扩展，用户更会大幅增长，管道煤气 已经和水，电一样成为城市的基本设施，给人们的日常生活带来极 大的方便。最近中国市场监测中心发布2009 年中国煤气表

10、制造行 业研究咨询报告 ，介绍了煤气表制造行业的运行概况，其中大多计 费装置是以电子卡式和集中式为主， 分别分析了 2008-2009 年全球和 国内煤气表制造行业市场规模及供需发展态势,并详细分析了近几年 国内煤气表制造行业市场的产销状况，并对未来三年煤气表制造行 业的市场供需状况、竞争格局进行了预测分析。报告同时指出研究 和设计新型智能的煤气表对该市场行业的大力推动作用 【1】 。 为了改善煤气部门的经营状况，为了适应社会主义市场经济， 同 时方便人民群众的生活，国家政策十分明确的提出了要改变目前的 查表收费方式。在中国住宅产品发展纲要中明确提出，实现方 便查表，不干扰住户，使大量人工查表

11、工作逐步过度到数据化传递， 2 开发智能化（智能卡式，磁卡式）煤气计量装置及接口箱柜。智能 化计量装置的开发要达到准确计量（二级精度） ，抗干扰能力强，稳 定性与耐久性可靠，使用安全，防盗等基本技术性能要求。 作为“三金工程”之一的金卡工程在我国经过多年的发展，已经 取得了明显的成效，但于国外相比仍有很大的差距。 IC 卡智能终端 是由 IC 卡多功能结算器系统，感应式 IC 卡收费机系统，IC 卡门禁 系统，智能 IC 卡煤气表，水表计费系统，金融商用 IC 卡，POS 机 等组成，产品广泛应用于交通，金融，商业，公用事业，社会保障 等各个领域，是推进信息产业发展，推进金卡工程的基础产品。近

12、 年来，人们对智能 IC 卡电表，水表，煤气表等进行了很多的研究， 使得这些技术越来越成熟，并进入了试用阶段，目前国内许多大中 城市以开始逐渐采用。这些政策和指导方针对于智能家居系统的发 展具有很大的推动作用，而智能煤气计量系统也将会给人们的生活 带来更大的便利。 智能 IC 卡煤气表是一种根据用户 IC 卡购气量实现自动计量收 费，自动控制用气的民用高技术产品，它具有传统人工抄表收费式 煤气表无可比拟的优越性，实现了煤气收费管理系统的电子化，信 息化和网络化，IC 卡煤气表及其收费管理系统已经呈现出广阔的应 用前景。 3 1.21.21.21.2 国际上煤气表的发展及收费方式国际上煤气表的发

13、展及收费方式国际上煤气表的发展及收费方式国际上煤气表的发展及收费方式 1.2.11.2.11.2.11.2.1 国外煤气表的现状国外煤气表的现状国外煤气表的现状国外煤气表的现状 自从 18 世纪英国化学家威廉梅尔道克发现煤气以来,人们就 开始使用人工煤气了，给人们的日常生活带来方便，但是正因为煤 气如此的重要，对煤气使用的管理工作也就显得十分必要。煤气计 量表也被列入国家强检目录的强制检定计量器具，因此煤气计量系 统也是不断在发展，从原来的机械式到电子式的，再在现今的智能 化系统，给人们的生活提供了便利。在当时，煤气的计费通常按照 具有一定规格的火孔数量和使用时间来进行推算,但在具体实施过程

14、中却产生了各种各样的困难和矛盾。煤气计量仪器也不断地发展， 收费方式也不尽相同，国内外一百多年来一直是采用取查表收费的 模式，这种方式极为原始，由抄表人员入户查表计费，然后再由收 费员入户收费或将帐单送到用户家，银行结算。 目前的管道煤气表，普遍采用容积式煤气表，只能指示累计的 用气量，煤气管理部门需要派抄表人员按月来到每家用户抄表，抄 表后再进行计费、收费。这种管理人员定期上门抄表及收费这样一 种管理方式,导致燃气公司的的工作量很大,管理效率很低，也存在很 大的弊端。例如需要大量的抄表人员与收费人员；人为方式弊端多； 工作效率低，严重影响居民的生活，给管理部门造成了人力,物力, 4 时间上的

15、极大浪费和不方便，收费也不容易管理，特别是对煤气费 用拖欠的用户难以限制，研究开发一种新型的煤气表收费系统十分 必要。 1.2.21.2.21.2.21.2.2 收费方式收费方式收费方式收费方式 由于技术条件的限制，一直到 20 世纪中期仍然没有找到有效的 技术手段来解决这个问题。至今许多国家解决这个问题的唯一手段 是将煤气表移到户外。虽然英国等国家早就发明了投币煤气表，但 由于在户外，储币盒丢失，损坏是一个难以解决的问题，同时由于 室外的温度太高，达 30 度到 40 度，因而对计量仪器的可靠性提出 了很高的要求，同时又要求温度变化对计量进行补偿，因而推广应 用上有一定的困难。 随着微型计算

16、机技术和微电子技术的出现和发展，收费方式才 有所改变，人们发明了磁卡煤气表，电子式煤气表，才出现了真正 实用的电子装置，解决了查表收费的问题。目前，许多发达国家采 用遥读方式读取用户的用气量后，在银行通过用户帐户进行结算， 彻底解决查表收费问题。在美国等国家多半是采用无线遥读的方式， 而在欧洲许多国家是采用有线集中读取，即在用户小区内设置煤气 计量集中器，通过固有煤气监测网络来测量煤气量，再有计算机统 计计算费用。煤气公司计费后，用户在银行结算的方式。今年日本 5 等国家又发展了通过电话线采集用户消费量，利用公共电话网络传 输信号，煤气公司统一管理，最后总到银行，银行进行结算的方式， 与欧美等

17、国家相比技术上有了一定的优势，具有遥读和遥控的双向 功能，且方便，准确 【2】 。 1.31.31.31.3 国内国内国内国内 ICICICIC 卡煤气表的发展卡煤气表的发展卡煤气表的发展卡煤气表的发展 对于智能 IC 卡煤气表而言， 它的研究要稍微落后于 IC 卡电表和 水表的研究，这主要是因为它的应用面狭窄一些，而且，气体的计 量技术也比水和电的计量技术难度大，测量技术发展的限制了智能 煤气表的发展。目前已经开发出了一些产品并投入使用，但使用的 这些 IC 卡煤气表都或多或少的存在着一些问题： (1)成本偏高，大多数表的售价在 800 元左右；电路的功耗比较 大，电池的使用寿命比较短。 (

18、2)目前国内生产的卡式表大都是从煤气表生产厂家购入煤气表 后在煤气表的入口前安装一个关断阀门，在计数器部位增装预收费 系统，按照这种技术路线生产出来的煤气表有些技术特性很难达到 国家标准的要求，如压力损失。真正意义上的卡式煤气表的关断阀 应该是设置在煤气表的内部，是机电一体化的装置，而不是在煤气 表之外又加上一个阀门。 6 1.41.41.41.4 设计目的设计目的设计目的设计目的 为了克服机械式煤气表存在的问题和缺陷，以及现收费方式的 弊端，研究新型的智能煤气计费系统就很必要了，该设计的目的就 是为了克服老式煤气表和收费方式的弊端而设计的，使煤气计量更 精确，减少人为弊端，同时解决市场上煤气

19、表种类繁多价格昂贵的 现状，为以后煤气表的发展方向做一个展望，逐渐向智能化、管理 集中化发展。设计中考虑成本问题，使用材料性价比高的模块，尽 量降低成本。本设计利用智能 IC 卡和单片机控制相结合的技术使计 费系统实现智能化和最优化。 1.51.51.51.5 设计中需要重点解决的问题设计中需要重点解决的问题设计中需要重点解决的问题设计中需要重点解决的问题 现行的智能化的煤气表是利用先进的 IC 卡技术和单片机为核心 的终端控制设备实现计费和计量，煤气公司将用户所购气量的钱数 存在卡内，然后将卡和计量器连接由系统程序完成计费。根据实际 要求要着重解决下列几个问题： (1)设计中使用元件及模块的

20、性价比； (2)设计中关于使用寿命和稳定性的解决； (3)设计中关于电源和功耗的相关问题； (4)预付费的问题。 7 对于设计中的细节问题需要注意的是： (1)流量精度的控制。目前家用煤气计量大多采用体积流量计,为 提高使用精度,应该引进非线性修正技术和尽量使仪表示值向标准容 积换算值靠拢,这才是是提高仪表计量价值的有效途径。 (2)智能 IC 卡与单片机的接口，利用 IC 卡实现预付费，单片机 与非接触式智能卡 Mifare S50 的接口是通过 MAX232 芯片串行通信 实现， 同时系统还可能使用远程计算机控制终端， 也是通过 MAX232 芯片实现。关于远程计算机终端控制，这里只做展望

21、，不详细介绍。 2 2 2 2 整体设计方案整体设计方案整体设计方案整体设计方案 2.12.12.12.1 系统组成系统组成系统组成系统组成 该系统是基于单片机实现的，为保证能够完成任务书要求的功 能，设计采用模块化，各部分欲实现的功能相对独立，系统主要有 MCU 流量采集LCD 液晶显示 掉电存储 电磁阀驱动 射频卡模块 电源监控 键盘 声光报警 漏气检测电路 电源 8 单片控制核心（MCU） 、流量采集模块、LCD 液晶显示模块、射频 卡模块、掉电存储模块、电源监控模块、电磁阀驱动、声光报警电 路、漏气检测电路、键盘以及电源组成。各部分电路各司其职，共 同完成整体功能。该系统组成方框图如图

22、 1 所示。 图 1 系统框图 2.22.22.22.2 整体方案论述整体方案论述整体方案论述整体方案论述 本设计是基于单片机实现的，在原有的煤气表的基础上改进完 成的。首先，系统采用智能 IC 卡来实现预付费功能，本设计采用 Mifare S50 卡，具有严谨的保护功能，可以防止伪卡的攻击。用户先 去煤气公司购买预定钱数的煤气量，煤气公司将该信息存入卡内， 然后用户回家后将此卡和系统射频卡模块连接，一般都是非接触式 的，系统在程序的控制下将卡内数据信息传送到单片机内，并保存 在存储器中，并将此卡内数据清零，以确保一卡对一机，防止多次 使用此卡。 其次，对于煤气量的测量采用先进的霍尔传感器进行

23、信号测量， 具有稳定性好，抗干扰能力强的能力，该传感器根据流体流量的大 小，定期输出交替变化的电压脉冲，即数字信号，基本原理将在后 面的流量测量模块里详细介绍。 9 该传感器通过检测每单位煤气量对应输出一个脉冲送给单片 机，系统程序累计积累的脉冲数，按一定的算法计算出总的煤气量。 系统根据程序的要求，将总的用气量换算成对应的钱数，并将存储 器中的数据相应扣除，实现计费。 最后， 系统采用 LCD 液晶显示,用户可以通过键盘输入查询用气 量和卡上余额等信息，当卡内余额不足时，系统会发出报警，提醒 用户及时购买，当卡内余额用完时，将会驱动电磁阀关闭煤气管道 中的阀门。同时，系统还配备了电源监控保护

24、模块和掉电存储电路， 当系统由于供电设备或其他问题而断电时，会将程序正在运行中产 生的重要数据保存到外置存储器中，例如用户当前用气量，计算产 生的数据等，保护用户和煤气公司的利益。 展望未来，煤气表的发展会更智能化和最优化，因此，本设计 中还提出了一个在线监控的功能，即利用智能 IC 卡与单片机的接口 电路 MAX232 模块，将系统通过线路通信链接到远程计算机上，煤 气公司可以设置上位机，在线实时监测用户数据的动态变化，也可 以实现远程抄表计费。该设计对此只做简单的介绍 【3】 。 3 3 3 3 单元电路单元电路单元电路单元电路 3.13.13.13.1 主控电路主控电路主控电路主控电路

25、MCUMCUMCUMCU 10 3.1.13.1.13.1.13.1.1 主控芯片介绍主控芯片介绍主控芯片介绍主控芯片介绍 主控芯片 MCU 采用 AT89S52, 该单片机是美国 ATMEL 公司生 产的低电压，高性能 COMS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复 擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256k bytes 的随机数据存储器 （RAM） ，器件采用 ATMEL 公司高密度、非易失性存储技术生产。 控制方便，供电简单，程序也易于编写，同时市场价格比较便宜， 很容易买到，市场上与其配套的电路、元件也丰富，也利于本系统 的推广。控制器采用 11.0592MHz 的晶体

26、振荡器使时钟更加精确， 该 芯片可以采用程序使电路进入省电状态，即当用户将煤气阀门关闭 后，不使用煤气表时，程序使得电路进入省电模式，节省电量。 该芯片还有 4 个 8 位并行 I/O 端口 P0-P3，每个端口既可以用 作输入，也可以用于输出；内部有两个 16 位的定时器/计数器，每个 定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部进行计数，也可 以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制； 具有 5 个中断源、两个中断优先级的中断控制系统；一个全双工 UART（通用异步接受发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间 或单片机与 PC 机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产

27、生电路， 但 11 石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为 24MHz。 AT89S52 处理的信号全部都是数字信号，具有很高的抗干扰性能。 AT89S52 支持 ISP 在线编程，方便系统的开发与调试 【4】 。 3.1.23.1.23.1.23.1.2 主控电路主控电路主控电路主控电路 单片机控制电路的整体运行，包括流量累积，费用计算，显示， 以及阀门开闭和声光报警电路。其外围电路简单，包括外部晶体振 荡电路和复位电路，各部分电路与单片机的接口如图 2 所示，复位 电路采用上电自动复位和手动复位，原理是：如图所示，当电源接 通时，由于电容 C3 两端电压不能突变，通过电阻 R2 进

28、行充电，在 电阻 R2 两端产生一个压降，瞬间将 RESET 端的电位抬高，使单片 机复位，该复位信号需在振荡稳定后维持至少两个机器周期，不同 的晶振选择的电容也应该有所区别，主要是满足复位条件。电容的 选择要注意在几十微法就可以，电容值太大则充电时间过长影响正 常工作，太小则达不到复位效果。正常工作时，若程序运行时出现 问题需要从头开始执行，这时需要手动复位，按下按键 S4，将电阻 R1 和 R2 串联起来，根据电阻分压的原理可知，在电阻 R2 上产生一 个电压降，高于 R1 两端的电压，接近 5V，RESET 端收到此复位信 12 号，程序就从头开始执行了。 各端口分配如表 1 所示： 表

29、 1 各端口功用 P0.0-P0.7LCD 液晶显示数据线P2.0AT2404 数据线 P1.0LCD 液晶显示 RS 端P2.1AT2404 时钟线 P1.1LCD 液晶显示 R/W 端P2.4 阀门继电器控制 端 P1.2LCD 液晶显示 E 端P2.6煤气泄漏检测端 P1.3LCD 电源控制端P2.7报警控制端 P3.0MAX232 射频接口 1P3.4 MAX706 电源控 制 P3.1MAX232 射频接口 2P3.5 MAX706 电压比 较 P3.2流量脉冲输入P3.6按键输入 13 图 2MCU 主控电路 图中按键 S1 是系统设计的功能键，用户通过此键来查看煤气使 用量、余额

30、以及其他信息，当系统报警时，用户也可以通过按此键 来消除报警。 3.23.23.23.2 流量测量模块流量测量模块流量测量模块流量测量模块 为了保证测量精度，流量检测模块采用霍尔元件 A44E，它是一 种磁传感器，具有稳定性好，抗干扰能力强的能力等优点，用它们 可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。它们 的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，耐震 动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件 14 的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清 晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高 【5】 。取用了各种补偿和保护 措施的霍尔器件的工作温度

31、范围宽，A44E 是霍尔开关元件，输出信 号是数字量，其内部电路及外观引脚如图 3 所示，其工作温度范围 是-55到 150，利用检测脉冲的方法来测量流量。 图 3 A44E 内部电路及外观引脚 霍尔元件的原理图和电路连接图如图 4 所示。其具体工作原理 是：测量时将 A44E、磁铁固定在机械仪表的涡轮上，机械仪表一般 采用膜式煤气表，其为直接体积计量式，A44E 内部的磁检测部分会 随着涡轮转到不同的位置磁场强度信号不同， 在恰当的位置时 A44E 就会输出交替变化的数字信号（磁场强的时候为低电平，磁场弱的 时候为高电平） 。设计时首先应该知道将要改造的机械式仪表的规 格，在仪表的机械式涡轮

32、上安装的磁铁应该具有较强的磁力，而且 重量要适当，以此获得涡轮旋转一周煤气的流量大小的数据，便于 在程序中累计脉冲个数并计算流量的大小；设计中将霍尔元件的信 号输出端接到单片机的外部中断接口上，通过中断处理程序累计脉 15 冲个数，再通过定时器设计累计时间的长短，设计中在定时器内设 计 30 秒计算一次，通过程序实现设计采集时间的长短可以通过修改 程序的参数进行重新设置。 霍尔元件 A44E 的 3 脚是信号端， 输出数 字流量信号，需要外接 5.1K 的上拉电阻，2 脚接地，1 脚为电源。 图 4A44E 连接电路 3.33.33.33.3 显示电路显示电路显示电路显示电路 显示电路采用市面

33、上常用的 RT1602C 液晶显示模块，其安装方 便，与单片机的接口简单，严格来说应该可以显示汉字，但是由于 市面上显示汉字的液晶显示模块较贵，所以开发时使用 RT1602C， 如果需要显示汉字则需要选用 12232F 显示模块 （12232F 模块的接口 与 RT1602C 相同） ，但其价格较贵。 3.3.13.3.13.3.13.3.1 RT1602RT1602RT1602RT1602 介绍介绍介绍介绍 LCD 1602 是常见的 16 2 行，6 8 字符点阵液晶模块， 广泛应用于智能仪表、 通信、 办公自动化设备中， 其字符发生器 ROM 中自带数字和英文字母及一些特殊符号的字符库，

34、我们利用 1602 可以建立 8 个 6 8 点阵自定义字库，能够满足用户要求，而且 1602 液晶显示模块的体积大小合适，便于安装，设计中为了省电， 1602 的电源应由单片机控制，需要显示时供电，否则就不供电。 16 3.3.1.13.3.1.13.3.1.13.3.1.1 RT1602RT1602RT1602RT1602 引脚说明引脚说明引脚说明引脚说明 RT1602C 为工业字符型液晶， 能够同时显示 32 个字符。 RT1602 采用标准的 16 脚接口，其中端口由左至右以此为 1 脚到 16 脚；各 端口说明如表 2 所示,第 1 脚：VSS 为电源地；第 2 脚：VDD 为电源

35、正极，接 5V 直流电源；第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端， 即背光调整，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对 比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整 对比度；第 4 脚：RS 为寄存器选择，用于单片机和芯片的数据和命 令传输，判别数据和命令，高电平时选择数据寄存器，低电平时选 择指令寄存器；第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作， 低电平时进行写操作。 当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或 者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据；第 6 脚：E 端

36、为使能端， 当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚： D0D7 为 8 位双向数据线，用于传输显示的内容数据；第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。RT1602 液 晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了 160 个不同的 17 点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常 用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如 大写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H） ，显示时模块把地 址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 。 表 2 RT1602 引脚说明 编

37、号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS电源地9D2Data 1/0 2VDD电源正极10D3Data 1/0 3VL背光调整11D4Data 1/0 4RS 数据/命令选择 端 12D5Data 1/0 5R/W读/写选择端13D6Data 1/0 6E使能信号14D7Data 1/0 7D0Data 1/015BLA背光电源正极 8D1Data 1/016BLK背光电源负极 3.3.1.23.3.1.23.3.1.23.3.1.2 RT1602RT1602RT1602RT1602 指令说明指令说明指令说明指令说明 RT1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令,它的读写操 18

38、作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明：1 为高 电平、0 为低电平） 。各条指令的说明如下所示： 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置； 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H； 指令 3：置输入模式，光标和显示模式设置，I/D：光标移动方 向， 高电平右移， 低电平左移， S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 指令 4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表 示开显示，低电平表示关显示，C：控制光标的开与关，高电平表示 有光标，低电平表示无光标 ，B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁， 低电平不闪烁； 指令 5：光标或显示移位，S/C：高

39、电平时移动显示的文字，低 电平时移动光标； 指令 6：功能设置命令，DL：高电平时为 4 位总线，低电平时 为 8 位总线，N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示，F: 低 电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符； 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置； 指令 8：DDRAM 地址设置 19 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙， 此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据 指令 11：读数据 指令表如表 3.3 所示： 表 3 LCD 指令表 序 号 指令RS R/ W D 7 D 6 D 5 D 4 D

40、3 D 2 D 1 D 0 1清显示0000000001 2光标返回000000001* 3置输入模式00000001 I/ D S 4 显示开关控 制 0000001DCB 5 光标字符移 位 000001 S/ C R/ L * 6置功能00001DNF* 20 L 7 置字符存储 器地址 0001 字符发生存储器地址 （AGG） 8 置数据存储 器地址 001 显示数据存储器地址 （ADD） 9 读忙标志或 地址 01 B F 计数器地址（AC） 10写指令10要写进的数据 11读指令11读出的数据 3.3.1.33.3.1.33.3.1.33.3.1.3 RT1602RT1602RT1

41、602RT1602 的读写时序的读写时序的读写时序的读写时序 RT1602 液晶显示的操作时序如图 5、图 6 所示，读、写操作时 序参数对数据的读写操作至关重要，只有正确的把握操作时序，才 能对器件进行操作，该器件的时序参数包括脉冲周期、脉冲宽度、 数据的建立和保持时间、地址的建立和保持时间等，详细数据见表 4 21 所示。其中使能端 E 脉冲上升沿和下降沿的时间都为 25ns。 图 5 读操作时序 图 6 写操作时序 表 4 RT1602 的时序参数 时序参数符号 极限值（单位：ns） 最小值典型值最大值 E 信号周期tC400- E 脉冲宽度tpw150- 22 地址建立时间tSP130

42、- 地址保持时间tHD110- 读操作数据建立 时间 tD-100 读操作数据保持 时间 tHD220- 写操作数据建立 时间 tSP240- 写操作数据保持 时间 tHD210- 3.3.23.3.23.3.23.3.2 LCDLCDLCDLCD 接口电路接口电路接口电路接口电路 RT1602 液晶显示器与单片机的接口电路如图 7 所示，通过单片 机 P0 口接 10K 的上拉排阻与 LCD 的八路数据线对应连接，传输需 要显示的数据。同时该电路设计了液晶显示的电源控制端口，可以 通过程序设置 P1.3 口的电平高低，控制三极管 Q1 的通断来决定是 否开启液晶显示，用以节省电源。液晶显示器

43、的 RS、R/W、E 三端 分别由 P1.0、P1.1、P1.2 口控制，控制 LCD 的读写操作以及其他命 令的执行。背光通过一个 10K 的电阻器调节。 23 图 7 LCD 接口电路 3.43.43.43.4 掉电存储模块掉电存储模块掉电存储模块掉电存储模块 3.4.13.4.13.4.13.4.1 CI 2 总线的基本原理总线的基本原理总线的基本原理总线的基本原理 CI 2 (InterIntegrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发 的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。 CI 2 总线产生 于在 80 年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在

44、服务器管理 中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件 进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系 统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增 加了系统的安全性，方便了管理。 24 CI 2 总线特点： CI 2 总线最主要的优点是其简单性和有效性。由 于接口直接在组件之上，因此 CI 2 总线占用的空间非常小，减少了电 路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高 达 25 英尺， 并且能够以 10Kbps 的最大传输速率支持 40 个组件。 CI 2 总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能

45、 够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控芯片能够控 制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控 芯片。 CI 2 总线协议如下： （1）只有在总线空闲时才允许启动数据总线； （2）在数据传送过程中，当时钟线为高电平时，数据线必须保 持稳定状态，不允许有跳变。时钟线高电平时，数据线的任何电平 变化都将被看作是总线的起始或停止信号。 AT24C02 芯片支持 CI 2 总线数据传送协议，总线协议规定，任何 将数据传送到总线的器件作为发送器，任何从总线接收数据的器件 为接收器，数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器 件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器

46、，但由主器 件控制传送数据发送或接收的模式，通过器件地址输入端 A0、A1 25 和 A2 可以实现多个 AT24C02 的连接。 CI 2 总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的 数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线 上的高电平或低电平状态才允许变化。如图 8 所示。 图 8 数据线与时钟线的关系图 起始和终止信号 ： SCL 线为高电平期间， SDA 线由高电平向低 电平的变化表示起始信号；SCL 线为高电平期间，SDA 线由低电平 向高电平的变化表示终止信号。如图 9 所示。 图 9 起始信号与终止信号 数据传送格式：一字节传送与应答，每一个字节必须保

47、证是 8 位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB） ，每一个被传送的字节 26 后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有 9 位） 。如果一段时间内没 有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。如图 10 所示。 图 10 数据传送中的应答与非应答 3.4.23.4.23.4.23.4.2AT24C02AT24C02AT24C02AT24C02 介绍介绍介绍介绍 该系统掉电存储模块采用 ATMEL 公司生产的 AT24C04 芯片， 它的容量是 512 字节8 位，既 4k 位，对于本系统来说已经足够了。 AT24C04 芯片的优点有：与 400KHz 的CI 2 总线兼容；1.8

48、到 6.0 伏 工作电压范围；低功耗 CMOS 技术；写保护功能；有一个 16 字节的 页写缓冲器；1,000,000 次编程/擦除周期；可保存数据 100 年。 AT24C02 的封装如图 11 所示，共有 8 个管脚，第八脚和四脚分 别是电源和地端。1、2、3 脚分别为 A0、A1、A2，用于器件地址选 择。第五、六脚是数据线和时钟线。第七脚为写保护。管脚功能配 27 置如表 5 所示。 图 11 AT24C02 的封装 表 5 管脚功能配置 管脚名称功能 A0、A1、 A2 器件地址选择 SDA串行数据/地址线 SCL时钟线 WP写保护 VSS地 VDD电源正极 SCL 是串行时钟线，时

49、钟输入信号，用于产生器件所有数据发 送和接收的时钟，是一个输入管脚。SDA 是串行数据/地址，用于器 件所有数据的发送和接收，可以双向传送，SDA 是一个开漏输出管 脚。 28 WP 是写保护控制位，如果 WP 管脚连接到 Vcc，所有的内容都 被写保护（只能读） 。当 WP 管脚连接到 Vss 或悬空，允许器件进行 正常的读/写操作。 A0，A1，A2 为器件地址输入端，正好与芯片的 1，2，3 引脚 对应，为当前电路中的地址选择线，三根线可选择 8 个芯片同时连 接在电路中，当要与哪个芯片通信时传送相应的地址即可与该芯片 建立连接，电路中的三根地址线都为 0。 AT24C02 的芯片地址如表 6 所示，1010 为固定，最后一位 R/W 功用是告诉从机下一字节数据是要读还是写，0 为写入，1 为读出。 表 6 AT24C02 的芯片地址（0xa0 为写，0xa1 为读） M SB LS B 1010A2A1A0 R/ W 3.4.33.4.33.4.33.4.3AT24C02AT24C02AT24C02AT24C02 硬件电路连接硬件电路连接硬件电路连接硬件电路连接 29 AT24C02 与单片机的连接简单，只占用两个端口，本电路中是 用了 P2.0 和 P2.1，数据线是 P2.0 口，时钟线是 P2.1 口。