除此之外,单片机由于自己的原因还具有一些别的有点:
(1) 单片机由于技术很成熟所以价格低廉,相对于别的系统高昂的系统硬件采购费用,单片机成本低廉.
(2) 单片机系统文护方便,结构小,不用建立专门的空间来安放该系统,只需在原来的安防电表的地方占用一点空间,可以灵活的配置外围设备,能够多个控制任务.
单片机系统也存在一些缺点:
(1)单片机一旦安放,其资源可能得不到充分的利用。
(2)单片机智能用于简单控制,而且其编程过程相对复杂一些,不便于日常过程的简单文护。
第二章 单片机的选择
由于本次设计针对的是一个200户的小社区,而本设计是该系统的入户部分,因此硬件要求比较简单。
2.1 从功能上的选择
因为有一些数据需要入户单片机来记录和保留,因此需要一个有存储空间的单片机来完成。
由于入户部分只需记录一户的实时电表信息和以往12个月的电表信息,并且考虑到一般居民用户每个月的用电量不会超过千位,而且本设计为方便起见,将对小数点以后的数据进行四舍五入运算后保存,因此每次需要保存的数据是一个十进制的三位数。由于单片机存储设备的存储是按照二进制数进行的,计算机中表示一个十进制数需要4个二进制数来表示,因此一个三位的十进制数至少需要12个二进制数来表示,而单片机存储中的基本单位一字节(1B)是一个8为的二进制单位,因此一个十进制的三位数需要2字节(2B)来表示。
因此十二个月的电费信息所需的存储空间为2×12B=24B,加上实时的电表信息和上月底的电费信息,存储电表信息所占用的存储空间不超过50B。
由于本次设计单片机的任务比较简单,因此单片机运行时所需的程序语言不会超过1千条,因此4KB的ROM空间足够完成本次的设计所需的要求。
因为该系统在日常工作环境中由可能需要复位功能来实现首次使用和检修等工作,所以需要一个复位功能的端口,而该系统在运行过程中需要定时器来实现保证系统一些功能的实现,因为在系统运行过程中需要多片系统同时工作,需要同步工作,因此需要一个外接的振荡电路。
本设计是入户部分,需要同集中控制部分进行通讯,以便于集中控制部分进行统一控制和状态的监测,入户部分所统计的数据也需要传送给集中控制部分,而用户的电费等信息也需要经过此端口进行传输,因此该系统需要一个8位的并行I/O口。
该部分需要外接一个显示屏来显示用户的一些信息,如:当月的用电信息,是否欠费等信息,因此需要一个8位的I/O口来与该显示屏通讯,来传送显示信息,另外,用户的用电信息的采集也可通过该I/O口来采集。而该显示屏的一些功能控制也需要一些端口来进行控制,而且本设计在设计中考虑到实际应用的需要,添加了两个功能按键,同时还有对通电情况监测的端口,以上总的来说又需要8个端口。
总上所述,该入户部分需要1个复位端,1个外接时钟信号端口,24个I/O口。2个串行I/O口和中断源若干。
2.3 选择结果的介绍
考虑到经济因素,成熟程度等各方面的情况,本设计最终选择了Intel公司的8位单片机中经典的MCS-51系列中的8051最为入户分系统的核心部件。
MCS-51 系列单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、输入\输出接口、系统总线等基本部件构成微型计算机基本部件的8位单片机,其内部结构如图1所示,主要包括:针对控制应用而优化的8位CPU、128字节的片上数据RAM、64KB的数据存储器寻址空间、64KB的程序存储器寻址空间、4KB的片上程序存储器、2个16位定时器\计数器、32根双向和单独可寻址的I/O线、双全工的USRT、2个优先级的5向量中断结构、广泛的布尔处理(单位逻辑)能力、片上时钟振荡器。
2.3.1 对MCS-51硬件结构的进行说明。
(1)CPU MCS-51单片机中有一个8位CPU,是单片机的核心,由运算器和控制器构成。运算器包括算数逻辑单元(ALU)、累加器(ACC)、寄存器B、程序状态字PSW、十进制调整电路等部件,实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。控制器包括定时控制逻辑(时钟电路、复位电路)、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针(SP)、数据指针寄存器DPTR以及信息传送控制等部件,其主要功能是对指令码进行译码,然后在时钟信号作用下,使单片机的内外电路能够按一定的时序协调有序地工作,执行译码后的指令。
(2)内部数据存储器(ROM) 8051系列单片机内部有128字节,用来存放程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。
(3)内部ROM/EPROM 8051系列单片机内由4KB的掩膜ROM,用来存放程序、原始数据或表格。如果片内只读存储器容量不够,择需扩展片外只读存储器。片外只读存储器最多可扩展至64KB。
(4)定时器/计数器 8051系列单片机内部有2个16位定时器/计数器T0、T1,有4种工作方式。通过编程,T0、T1还可用作13位或8位定时器。
(5)并行口 8051单片机内部共有4个输入输出口,一般称为并行I/O,即P0、P1、P2、P3口,每个口都是8位。
(6)串行口 8051系列单片机有一个全双工的串行I/O口,以完成和其他计算机或通讯设备之间的串行数据通信,单片机只用P3口饿RXD和TXD两个管脚进行串行通信。
(7)中断系统 8051系列单片机内部有很强的中断功能,以满足控制应用的需要。它共有5个中断源,即外部中断源2个,定时器/计数器中断源2个,串行中断源1个。
(8)CPU内部总线和外部总线 CPU通过内部的8位总线与各个部件连接,并通过P0口和P2口形成内部16位地址总线连接到内部ROM区。从图1可以看到外部三总线:由P0口组成的数据总线DB(与低8位地址总线分时复用);由P0口和P2口组成的16位地址总线(AB)(P0口分时);由 、 、ALE和P3口部分管脚(读信号及写信号)组成的控制中线。(CB)。
(9)布尔处理器 由片内ROM的20H~2FH共16个单元的128位,11个SFR中的83位组成的211位布尔处理器,可完成位运算等任务。
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