基于单片机的IC卡水表的设计

基于单片机的IC卡水表设计摘要智能IC卡水表是一种集计量和控制功能于一体的水表计量设备。水表。这款水表的研发从根本上改变了自来水公司的传统工作方式，形成了先买卡再充水的服务模式，有效避免了水费的流失，为水务公司提供了先进的管理方法。降低自来水公司的运营成本。它解决了长期以来困扰供水行业的欠水问题，更重要的是从根本上改变了市民的用水观念和供水行业的管理方式。本次设计的智能IC卡水表系统采用单片机AT89C51作为主芯片，完成充值、扣款、复位等功能。显示部分采用LCD12864液晶显示，可支持汉字和数字输出，简洁明了。键盘采用矩阵键盘模块，输入方便。IC卡采用西门子SLE4442逻辑加密卡。设计结果表明，该系统设计简单、结构简单、成本低、维护方便。详细介绍了系统的总体原理，分析了系统的软硬件设计，并制作了实物。关键词：单片机；IC卡；智能水表目录1简介11.1学科背景11.2传统水表11.2.1传统水表主体结构11.2.2传统水表的主要特点11.3智能IC卡水表21.3.1智能IC卡水表主要特点21.4IC卡发展历程31.5研究内容32IC卡水表整体设计42.1系统功能说明42.2系统总体方案设计52.2.1IC卡选择62.2.2键盘选择62.2.3显示器的选择73系统各模块硬件电路设计83.1Protel电路原理图设计软件83.2单片机第113.2.1单片机AT89C51介绍11AT89C5113主要引脚介绍121简介1.1主题背景_科学技术的发展步伐越来越快，加速了资源的消耗，特别是人们日常生活中不可缺少的淡水资源。淡水资源对一个国家的发展也极为重要。但是，我国是世界上人均淡水资源最匮乏的国家之一。目前，中国600多个城市中有近400个城市供水不足。我们可以采取两个措施来节约水资源。一是加大节水新技术开发和推广力度；二是对用水进行更加科学的管理。目前我国大部分城市居民使用自来水，以区域水站供水为主，逐步发展为以单位住宅区或建筑物或单位为户，自来水公司收费表阅读。这种方法存在工作量大、充电周期长、充电相对困难、效率低等缺点。这种商业模式已经跟不上社会发展的步伐。因此，从某种意义上说，加强用水的科学管理已成为当前的首要任务。随着社会经济的发展和人们生活水平的逐步提高，智能电子产品逐渐渗透到每一个家庭。因此，我们提出了IC卡智能水表的解决方案。1.2传统水表传统水表经历了缓慢而漫长的发展历程，在改善人们生活、推动科技进步方面发挥了不可估量的作用。直到现在，它仍被用作供水公司的主要经营模式。1.2.1传统水表的主要结构传统的水表主要由硬件组成，通过固定的方法确定，这也是它所能实现的功能比较简单。这种水表只有统计流量和用水量指针显示功能。传统水表一般有输入信号接口、局部处理电路和实时显示三部分。1.2.2传统水表的主要特点传统水表的主要特点是自成一体，自成一体，用户无法更换。传统水表的功能也比较简单。仅具有比较简单的流量采集和用水量机械指针显示功能。而且普通的传统水表具有相对独立的特性，无法与其他水表设备通信，传统水表存在很大局限性，只能用于现场测量，测量结果无法处理、存储。,并显示。此外，传统水表还存在无法升级、开发周期过长、投资过大等缺点。随着科学技术的不断发展，人们也对传统水表提出了更高的要求：测量精度更高、可靠性更好、自动测量、实现智能化、小型化、使用更灵活方便、便于携带。升级后，还需要同时处理、存储和显示测量数据，并且必须具备与其他设备进行数据通讯的功能。这些新的高要求，不仅推动了传统水表的不断改进和发展，也必然产生一种新型的水表——智能水表。1.3智能IC卡水表IC卡智能水表是利用现代传感技术、现代微电子技术和智能IC卡技术，对用水量进行准确计量并传输结算数据的新型水表。1.3.1智能IC卡水表与传统水表相比，IC卡智能水表具有以下特点，也可以说是优势。（一）有效解决一些技术难题。随着水资源日益紧张，国家将逐步实施阶梯水价等更为复杂的水资源管理模式，可以有效控制用水量，但同时也对供水交易制度提出了更高的技术要求。如果使用传统的水表，这个问题是无法解决的，但是IC卡智能水表可以轻松解决这些问题。(2)改变了旧的抄表收费模式。这种范式转变的影响是巨大的。我国城市规模迅速扩大，住户数量也在迅速增加，供水部门的工作量将不断增加。继续使用传统的水表将很难实现。因此，智能IC卡水表技术的大规模应用已成为必然发展。通过IC卡交易和结算，用户可以自主决定支付的时间和金额，增加了用户的自主权。这不是传统水表的情况。的。（3）在部门上，可实现先付费后供水的用水模式。用传统水表收取水费的方法需要大量的工作，不仅效率低，而且费时费力。还可能遇到用户不缴、逾期缴费或漏缴水费等问题。供水部门也将因“先供水后收费”的商业模式造成资金压力。更重要的是，随着社会的发展，人们对家庭安全和隐私的意识也在增强，这使得家庭抄表、计费收费的做法逐渐被抵制。使用智能IC卡进行交易结算，可以轻松解决这些可能引发纠纷的问题。（1）随着供水行业的快速发展，供水管理也需要更高的技术水平。如果继续使用传统的水表，这种飞跃基本上是不可能实现的，而IC卡智能水表的使用将为利用计算机技术进行现代化管理奠定技术基础。(2)与传统水表相比，IC卡智能水表具有成本低、可靠性高、使用寿命长、安全性好等优点，无需担心故障率高。IC卡智能水表的上述优点将使IC卡智能水表逐渐被社会所接受，成为基本配置。1.4IC卡发展历程IC卡是IntegratedCircuitCard的英文缩写，有些国家也称其为智能卡、智能卡、微芯片卡等。1993年，中国正式启动了以电子货币应用为重点的“金卡工程”。诞生于1970年代的IC卡因其智能化和便携性而在中国开始普及和发展。带动了经济增长。虽IC卡在中国的应用发展迅速，但IC卡在中国的应用领域还远远不够广泛，应用深度远不及发达国家。随着智能卡产业的快速发展和逐渐成熟，以及国家对智能卡产业的大力支持，全国IC卡的生产和应用呈现出快速发展的势头。目前IC卡已广泛应用于金融、社保、交通、电信、旅游、商业、银行账户管理等领域。关于IC卡的最早想法是由日本人提出的。196912月，有村国隆提出了一种制造安全可靠的信用卡的方法，并于1970年获得专利权，但当时被称为ID卡IdentificationCard而不是IC卡。第二代IC卡是1974年法国罗兰·莫雷诺发明的带有集成电路芯片的塑料卡，并获得了该项专利权，是早期IC卡的发展过程。第三代IC卡是法国布尔公司于1976年开发的世界上第一张真正的IC卡。对于第四代，1984年法国PTT与国际电工委员会联合技术委员会共同制定了一系列国际标准和法规，从某种意义上极大地推动了IC卡的发展。在本次设计中，我想通过SLE4442卡的应用来实现一个简单的IC卡智能水表的设计，为我们日常用水提供方便。1.5研究内容IC卡插入水表后，系统通过LCD12864位显示金额，您可以通过键盘输入选择充值或用水。开水功能后，可扣1元/秒。操作完成后，LCD12864可以实时显示余额，可以使用添加密码（111111）进行充值。本次设计的主要内容如下：(1)基于AT89C51单片机完成IC卡智能水表的设计(2)使用PROTEL软件完成电路原理图的绘制使用KEIL设计软件的程序做一个真实的东西卡水表的整体设计2.1系统功能说明IC卡智能水表系统根据不同的使用环境应具备以下功能：(1)消费阶段是实现扣费、扣水的功能，属于正常使用阶段。IC卡插入智能水表后，系统可以读取IC卡的金额并显示出来。按下消耗按钮，系统将自动开启出水功能。智能水表会扣卡金额1元/秒，显示屏实时显示可用余额。（2）在充值阶段，按充值键输入密码，然后使用键输入充值金额。充值完成后，智能水表会自动将充值金额添加到卡中。并通过显示屏显示IC卡中充值后的余额。2.2系统总体方案设计水表电路的硬件设计原则是在低功耗的前提下实现多功能。系统硬件电路由IC卡读写电路、液晶显示控制电路、脉冲提取电路、安全保护电路、存储单元电路、通讯接口电路组成。以AT89C51为核心控制芯片，完成整个水表信号的读写处理，监控水表工作的功能。CPU芯片具有4K程序存储器、32个多功能I/O口、多个可编程中断I/O口和数据串行通讯口。此外，该芯片功耗低，特别适合水表控制电路多、功能全、功耗低的要求。可以方便地读取IC卡的数据来控制液晶显示器的工作，也可以将水表的数据存储在E2ROM中永久保存，可以通过致到表外的数据终端串口，大大提高了水表的智能化程度。功能化根据智能水表的功能特点，智能水表系统需要完成数据输入、显示和处理三个功能。整个系统的结构框图如图2.1所示复位电路报警电路IC卡 接口图2.1系统结构框图

单显示屏片机键盘系统整体结构框图IC卡智能水表系统主要包括控制系统、键盘输入模块、IC卡接口模块、报警模块和复位模块。通过这些模块的协调，可以完成智能水表的相应功能。2.2.1IC卡选择1、根据IC卡的读写特性，IC卡可以分为两类，一类是接触式IC卡，一类是射频卡。下面介绍两种IC卡的特点：射频IC卡表面没有金属触点，但在卡的部分设置了天线。当射频卡与读卡器有一定距离时，读卡器通过发射射频信号就可以对IC卡进行读写。.接触式IC卡表面有6或8个金属触点。只有将IC插入读卡器后，金属触点与读卡器接触，才能在微处理器的控制下完成。读写操作。2、根据IC卡的结构，IC卡可分为三类：存储卡、逻辑加密卡和CPU卡。我们只介绍存储卡和逻辑加密卡。(1)存储卡的容量可以从几十字节到几千字节不等。存储卡具有操作方便、读写速度快、信息存储时间长等优点。但是，存储卡没有加密功能，存储的数据很容易被读取，所以这种卡的安全性较差。(2)逻辑加密卡部分带有逻辑加密电路，所以只有输入正确密码后才能改写数据，否则只能读取数据，不能改写。这种卡由于安全性高，常用于信息要求高的领域，在金融等方面非常适合选用此类IC卡。结合两种IC卡的特点，IC卡智能水表系统采用西门子SLE4442逻辑加密IC卡进行数据存储和身份识别。2.2.2键盘选择微控制器系统中常用的键盘大致可分为以下两种。(1)独立按键的一只脚通过一个电阻连接到电源或地，另一只脚连接到单片机的I/O口。按下按钮和不按下按钮时，I/O端口的电平正好相反。独立按键的特点是按键电路配置灵活，识别按键状态比较简单，编程也比较简单，但是独立型的每个按键都需要占用一个I/Oport本身，这将提高I/O端口的利用率。如果按钮数量较少，或者微控制器剩余的I/O端口较多，则可以使用这种设计。(2)矩阵键盘由行线和列线组成。按键位于行线与列线的交汇处，4*4矩阵式行列线结构可组成16个按键的矩阵键盘。将按钮放置在行线与列线的交点处，按钮开关的两端分别与行线和列线相连。无按键操作时，列线为高电平状态；当按下按钮时，行列线将打开，列线的电平将连接在一起。每个按钮的操作控制按钮所在行列线的电平变化，使行列线相互配合。最多进行适当的处理，就可以确定关键的位置。与独立键盘相比，矩阵键盘的优势在于可以节省大量的I/O口，适用于按键数量较多的场合。考虑到实际使用情况，即IC卡水表的设计，本设计中刷机后的数据输入采用矩阵键盘。由于从0到9有十个数字键，加上一些功能键，所以使用了4*4矩阵键盘。2.2.3显示器的选择显示器有两种可选，一种是HJ1602液晶屏，另一种是LCD12864液晶屏。HJ1602A为工业字符型液晶显示器，可同时显示16x02或32个字符，但只能显示字母、数字和符号；汉字和图形。总结：在编程和使用方面，两者的难度差不多，原理也差不多，都是写指令、写数据、写地址等等。不过，12864液晶屏显示更全面。与1602液晶屏相比，12864可以更形象、更具体的实现显示功能，更符合本次设计的需要。因此，我们选择LCD12864液晶屏作为本次设计的显示器。3系统各模块硬件电路设计本次设计的IC卡水表系统硬件主要由以下几部分组成：(1)以AT89C51单片机为主控电路SLE4442智能IC卡及卡电路LED指示电路矩阵键盘输入电路LCD12864液晶显示电路报警电路5V电源电路3.1Protel电路原理图设计软件在设计硬件电路之前，我们需要了解将要使用的protel绘图软件。ProtelAdvancedSchematic，即高级电气原理图用于电子产品的电气设计。完成整个电子产品设计过程中的电气电子阶段设计，包括功能设计、逻辑设计、电路设计。早期的PROTEL主要用作印制板的自动布线工具。它运行在DOS环境中，对硬件的要求非常低。它可以在286机器的1M内存下运行，无需硬盘，但功能较少，只有电路原理图。绘图和印制板设计功能，印制板自动走线的走线率也很低，今天的PROTEL已经发展到DXP2004，这是一个庞大的EDA软件，完全安装了200多M，在WINDOWS95环境下工作,是一套完整的板级全方位电子设计系统，包括电路原理图绘制、模拟电路和数字电路的混合信号仿真、多层印制电路板设计（包括印制电路板的自动布线）、可编程逻辑设备设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户端/服务器）架构，同时还兼容其他一些设计软件文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL、等，其多层印制电路板的自动走线，可实现高密度PCB的100%走线率。PROTEL软件在国内比较容易买到，有很多关于PROTEL软件的书籍和使用说明，为它的普及提供了基础。想了解更多PROTEL的软件功能或下载PROTEL99试用版，都可以在INTERNET上。2005年底，Protel软件的原始制造商Altium推出了Protel系列的最新高端版本AltiumDesigner6.0。AltiumDesigner6.0是全集成电子开发系统的新版本，是业界第一个也是唯一一个完整的板级设计解决方案。AltiumDesigner是业界第一款基于处理器设计集成设计流程、集成PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和嵌入式软件开发功能的产品。具有将设计从概念到最终产品所需的所有功能的设计解决方案。这款最新的高端版本AltiumDesigner6，除了完全继承了之前系列包括99SE、Protel2004的功能和优势外，还增加了很多改进和很多高端功能。AltiumDesigner6.0拓宽了板级设计的传统边界，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，让工程师可以在系统设计中将FPGA和PCB设计与嵌入式设计相结合。Protel99采用了全新的管理方式，即数据库的管理方式。Protel99是第一个桌面环境中的全尺寸印制板设计系统，其核心是独特的设计管理和团队合作技术。所有Protel99设计文件都存储在唯一的集成设计数据库中，并显示在唯一的集成设计编辑窗口中。Protel99软件沿用了Protel之前版本易学易学的特点，界面与Protel98基本一致，增加了一些新的功能模块。Protel引进了德国INCASES的先进技术，在Protel99中集成了信号完整性工具，准确的模型和板卡分析，帮助您在设计周期中使用信号完整性分析，实现一次成功，消除盲目性。Protel99的一个易于使用的功能是新的“这是什么”帮助。按任意对话框右上角的小问号，选择所需信息。现在可以快速查看某个功能的作用，然后在设计中使用它，按下状态栏末尾的按钮，并使用自然语言来帮助顾问。所有Protel99设计文件都存储在唯一的集成设计数据库中，并显示在唯一的集成设计编辑窗口中。Protel99中的设计界面称为设计管理器。使用设计管理器，您可以管理和编辑设计文件、设置设计组的访问权限以及监控对设计文件的访问。组织设计文件过去组织和管理40个或更多原理图、PCB、Gerber、Drill、BOM和DRC文件需要数天时间，但Protel99将所有设计文件存储在一个设计数据库中。层次结构文件夹创建的文件组织在设计数据库中。右侧的个人安全系统设计数据库有一个名为设计文件的文件夹。在这个文件夹中是主要的设计文件（原理图和PCB）和许多子文件。文件夹，包括PCB组装文件、报告和仿真分析。可以在设计数据库中创建文件夹的层次深度没有限制。设计数据库对存储Protel设计文件没有任何限制。您可以将任何类型的设计文件导入数据库，例如用MSWord编写的报告、用MSExcel准备的账单和AutoCAD中的机械图纸。只需双击设计数据库中的文件图标即可在相应的编辑器中打开文件，更新后的文件会自动保存到设计数据库中。MSWord和Excel文件可以直接在设计管理器中进行编辑。提示：右键单击文件夹以显示浮动菜单并选择“设计数据库中的新建文件”。Protel99的设计管理器在一个全面的设计数据库中。设计管理器的工作方式类似于MSWindows文件管理器，可用于导航和组织设计数据库中的文件。使用设计管理器在设计数据库中创建分层文件夹，并使用标准文件操作命令来组织这些文件夹中的设计文件。设计管理器的核心是左侧的导航面板。面板上显示的树形结构是Protel软件的一个熟悉功能。在Protel99中，这棵树不仅显示了原理图文件之间的逻辑关系，还显示了设计数据库中文件的物理结构。导航树中的活动文件夹是PCBAssembly文件夹。与Windows文件管理器一样，设计管理器在右侧显示此文件夹的内容。Protel常用操作：(1)调用绘图工具View-》Toolbars-》Customize(2)移动组件时按空格旋转组件(3)查找组件时，参考组件库的说明。转换器包含AD、DA等。(4)将文件直接放到数据库根目录下电气连接网表是将设计结果传输到其他EDA工具的最重要的数据形式。ADV、SCH包含两个独立的编辑器，分别是电气原理图编辑器和电气图形符号库编辑器。1、原理图编辑器电气原理图编辑器是AdvSch软件包中的主处理器，用于制作、编辑、检查和打印符合电气设计方案的信息，包括图纸、图表和设计数据文件。该编辑器包含一系列设计活动所需的软件工具，例如生成电气连接网络列表、检查电气设计规则、生成设计报告和打印高质量图纸。2、原理图库编辑器电气图形符号库编辑器简称库编辑器，是ADV和SCH软件包中的另一个文件处理器。用于创建、编辑和管理元件的图形符号库。库编辑器的基本操作和功能与原理图编辑大致相同，但增加了专门用于组件创建和库管理的工具。3、设计特点：(1)强大而完整的设计和表达能力(2)良好的开放性(3)强大的设计自动化功能(4)丰富灵活的编辑功能(5)在线编辑和完善的图书馆管理(6)原理图与PCB图的动态连接(7)符合国际设计要求(8)完整的输出系统3.2单片机部分适应性是指单片机能否完成应用系统的控制功能，主要体现在以下几个方面。(1)单片机的CPU是否具备相应的处理能力(2)单片机芯片是否具有系统设计所需的外部接口(3)单片机是否具备系统所需的I/O口数量(4)单片机的极限性能能否满足设计要求基于以上描述，本设计采用AT89C51单片机作为主控芯片3.2.1单片机AT89C51介绍AT89C51是51系列微控制器家族的成员，由ATMEL公司生产。AT89C51是一款低压、高性能CMOS8位微控制器，具有8k字节可重写闪存只读程序存储器。并具有字节的随机存取数据存储器(RAM)。单片机兼容标准的MCS-51指令系统。它配备了一个通用的8位中央处理器和一个闪存单元。该设备采用ATMEL的高密度、非易失性存储。技术生产，因此会有AT89C51单片机在许多更复杂的系统控制应用中的应用。AT89C51微控制器有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，2个外部中断端口，3个16位可编程定时器计数器，2个全双工串行通信端口，2A读/写端口线，但不支持在线编程（仅S系列支持在线编程）。它结合了通用微处理器和Flash存储器，特别是可重复擦除的Flash存储器，可有效降低开发成本。兼容MCS51指令系统8k可重写（>1000次）FlashROM。引脚如图3.1所示图3.1AT89C51引脚图3.2.2AT89C51的主要引脚主电源引脚（2）：VCC：电源输入，接+5V电源；GND：地线外部晶振管脚（2个）：XTAL1，芯片振荡电路的输入端；XTAL2，芯片振荡电路的输出端控制管脚（4）：RST/VPP，复位管脚，该管脚高电平2个机器周期将复位单片机；ALE/PROG，地址锁存使能信号；PSEN，外部存储器读选择通讯号；EA/VPP，程序存储器的外部选通，如果连接到低电平，则从外部程序存储器读取指令，如果连接到高电平，则从内部程序存储器读取指令。可编程输入/输出引脚（32个引脚）：AT89C51单片机有4组8位可编程I/O端口，分别为P0、P1、P2、P3端口，每个端口有8位（8个引脚），一个共32个端口0：8位双向I/O端口，命名为P0.0~P0.7。每个引脚可以吸收8TTL栅极电流。当端口P0的管脚第一次写1时，定义为高阻输入。P0可用于外部程序数据存储器，可定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程中，P0端口用作原始代码输入端口。FIASH验证时，P0输出原始码。此时，P0必须外接上拉电阻。P1口：8位准双向I/O口线，命名为P1.0~P1.7。P1端口是一个8位双向I/O端口，提供上拉电阻。P1端口缓冲器可以接收和输出4TTL栅极电流。P1端口引脚写入1后，上拉至高电平，可作为输入使用。当P1端口被外部拉低到低电平时，它会输出电流，这是由于该部分的上拉。在FLASH编程和验证过程中，P1端口作为低8位地址接收。P2口：8位准双向I/O口线，命名为P2.0~P2.7。P2端口是一个带有上拉电阻的8位双向I/O端口。P2端口缓冲器可以接收和输出4个TTL栅极电流。当P2端口写为“1”时，其引脚被上拉电阻上拉。高并作为输入。因此，当它作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，电流就会输出。这是由于上拉。当P2端口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器访问时，P2端口输出地址的高8位。当给定地址“1”时，它利用外部上拉。在对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2端口输出其特殊功能寄存器的内容。P2端口在FLASH编程和验证过程中接收高位八位地址信号和控制信号。P3口：8位准双向I/O口线，命名为P3.0~P3.7。P3端口引脚为8个带上拉电阻的双向I/O端口，可接收和输出4个TTL栅极电流。当P3端口写“1”时，它们被拉高并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3端口将输出电流（ILL）。这是由于上拉。另外，P3口还可以作为AT89C51的一些特殊功能口使用，如下图：P3.0RXD（串行输入端口）P3.1TXD（串行输出端口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）端口3同时接收一些用于flash编程和编程验证的控制信号。3.2.3芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可以通过正确组合控制信号并将ALE引脚保持低电平10毫秒来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全部写入“1”，并且必须在重新编程任何非空存储器字节之前执行此操作。此外，AT89C51具有稳态逻辑，可在低至零频率下为静态逻辑，并支持两种软件可选择的掉电模式。在空闲模式下，CPU停止工作。但RAM、定时器、计数器、串行端口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，RAM容量被保留，振荡器被冻结，在此期间其他芯片功能被禁用，直到下一次硬件复位。3.3时钟电路和复位电路(1)单片机要正常工作，需要一个器件为其提供相对稳定的信号，这就需要用到时钟电路。时钟电路一般由晶振、晶振控制芯片和电容组成。该电路应用广泛，如计算机时钟电路、电子表时钟电路等。引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入和输出。时钟电路可以在内部或外部生成。外部模式产生的时钟信号连接到XTAL1和XTAL2引脚上的外部定时元件，外部振荡器将产生自振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。外部产生的时钟电路引脚XTAL1接地，XTAL2连接到外部振荡器。对外部振荡信号没有固定的特殊要求，只要保证脉宽稳定即可。因此，一般使用频率低于12MHz的方波信号。(2)复位操作：复位操作是单片机初始化的基本操作。复位的主要作用是将PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了正常使用的初始化外，当操作错误或程序运行错误使系统处于死锁状态时，还需要按下复位按钮重新启动单片机。复位电路：复位电路就是用它把电路恢复到初始状态。启动复位电路的方式可分为三种，一种是电路通电后立即进行复位操作；另一种是必要时手动操作；三是根据程序或电路操作的需要自动执行。篡改电路比较简单，大部分只能通过电阻和电容的组合来完成。如果比较复杂，还有三极管等配合程序。时钟电路和复位电路构成了单片机的最小系统电路。图3.2是最小系统的示意图。图3.2单片机最小系统示意图3.4LCD12864液晶显示电路带汉字库是一种4位/8位并行、2线或3线串行接口方式，是国标一级、二级点阵图形液晶显示模块简体汉字库；可显示8×4行16×16点阵汉字，也可完成图形显示。低电压和低功耗是另一个显着特点；其显示分辨率为128×64，有8192个16*16点汉字，128个16*8点ASCII字符集，利用模块灵活的接口方式和简单方便的操作说明，可组成全中文人机交互图形界面。与其他显示模组相比，液晶显示模组具有巨大的优势，并且显示模组的硬件电路结构和软件程序比其他显示模组要简单得多。并且此模块的价格也略低于其他相同点阵的图形液晶模块。LCD12864显示如图3.3图3.3LCD12864显示的基本特点如下：(1)低电源电压(VDD:+3.0--+5.5V)（2）建立汉字库，提供8192个16×16点真汉字(3)显示方式：STN、半透明、正显显示分辨率：128×64点设置128个16×8点阵字符通讯方式：串口和并口可选(7)设置DC-DC转换电路，无需加负压无需片选信号，可简化编程工作温度：0℃～﹢55℃，储存温度：﹣20℃～﹢60℃3.5SLE4442IC卡部分SLE4442是西门子新一代具有可编程安全码和写保护功能的智能存储芯片。SLE4442采用两线数据传输方式，符合IS07186-的3要求。SLE4442有一个安全逻辑，可以控制存储器的读写操作。无密码只能进行读数据操作，密码验证成功后才能进行数据写操作。3.5.1SLE4442IC卡1)32位保护内存(2)256字节EEPROM(3)3字节用户密码，密码错误次数：3次(4)温度范围：0℃~70℃(5)至少100,000次擦除(6)数据保留期至少十年(7)工作电压：5VIC卡电路如图3.4所示图3.4IC卡接口电路3.6键盘设计由于本设计中的单片机接口比较紧密，所以本设计中采用了4*4矩阵键盘的接口电路。键盘是单片机系统设计中比较重要的信息输入设备。正确选择合理的设计，可以大大降低设计成本，同时可以简化设备的操作，在很大程度上提高系统的性能。矩阵键盘的电路图如图3.5所示图3.5键盘接口电路3.7报警电路使用单片机输出报警电路是一个非常必要的模块。当IC卡余额不足时，这种情况下单片机P3.7口的输出通过三极管驱动蜂鸣器，发出声音信号进行报警，提醒用户充值，避免出现问题IC卡余额不足导致停水。图3.6是它的示意图图3.6报警电路4软件设计智能IC卡水表，结合智能水表的功能，我们首先考虑以下问题：(1)程序应承担的任务：任何程序的设计都有其特定的应用场合和明确的过程要求。它不是随机生成的程序。程序设计的首要任务是理解程序要完成的任务。什么，然后根据任务设计；(2)程序的适应性：所谓程序的适应性是指所设计的程序不应该是死板的、单一的。如果程序灵活，可以在以后扩展系统时进行必要的修改，可以进行简化。修改步骤，增加程序的通用性；(3)程序的设计方式：程序的设计方式直接影响程序的编程难度、纠错难度和测试难度。单片机系统设计的核心部分是软件程序的设计，硬件系统能否实现给定的功能取决于软件程序编写的成功与否。单片机编程常用的语言有两种：C语言和汇编语言，但最终都必须转换成IntelHEX格式或二进制格式（Binary）文件，才能复制到单片机芯片中。我们在这个设计中使用的编程语言是C语言。单片机水表系统的软件设计采用模块化设计思想。这样，一个完整的程序被划分为若干个可以独立完成某些任务的功能模块，每个模块又被划分为若干个子模块，每个子模块相互独立，由主程序模块控制。从结构上看，系统控制软件主要包括主程序、显示驱动程序和IC智能卡驱动程序。从功能上看，系统控制软件主要由IC卡控制程序、按键处理程序和驱动程序组成。采用模块化技术，可以将错误限制在每个模块而不影响整体，提高了系统的可靠性和灵活性，使维护更加方便。4.1主程序设计主程序主要用于完成系统的初始化、IC卡插入卡槽后的检测、信息的读写、键盘输入与处理、异常情况的处理等，从而完成交换信息的功能。主程序流程图如图4.1所示开始系统初始化 充值 用水读卡 校验密码 开启水阀屏幕显示 充值成功 开始扣费图4.1系统总体流程图如图所示，上电后系统会先初始化系统，然后系统开始读取IC卡。读取成功后，系统会通过显示屏进行提示，然后选择是充电还是用水。如果IC卡中的金额不足，会提示您充值。要充值，您必须先验证密码。密码验证成功后，即可进行充值操作。用户输入要充值的金额。如果卡的金额足够，可以直接选择水选项，系统会自动打开水阀开始计费。本设计中的IC卡密码为1111114.2子程序流程图4.2.1充值流程流程图充值阶段，IC卡插入卡槽后，系统会自动读出卡的金额，用户可以自行选择充值金额。充值金额被添加到IC卡中。工作人员完成操作后，IC卡中充值后的余额将显示在屏幕上。充值流程如图4.2所示开始按下充值键校验密码结束输入充值金额充值成功结束图4.2充值流程图4.2.2扣水程序流程图水表在正常使用阶段即用水阶段实现扣费功能。IC卡插入卡槽后，系统会读出IC卡的预存金额并显示在显示屏上。操作员按下水键（#），如果预存水量充足，智能水表将打开闸门用水并开始扣费。消费流程如图4.3所示开始读卡按下用水按键开启水阀开始扣费图4.3消费流程流程图5编程与系统调试5.1编程工具Keil在当今社会发展中，51系列微处理器被广泛应用于各种产品中。KeilC51是美国KeilSoftware公司生产的兼容51系列的单片机C语言软件开发系统。与汇编语言相比，C语言有更多的优势。功能更全面，结构更合理，可读性更强，维护更方便，上手更容易。Keil提供了丰富的库函数和各种编译工具，可以用兼容51系列的大多数类型的MCU对51系列MCU进行编程。KeiluVision系列可以支持单片机C51编程语言，也可以直接设计编译汇编语言。Keil提供了完整的开发解决方案，包括C语言编译器、宏汇编、链接器、库管理和强大的仿真调试器等，通过集成开发环境组合在一起。KeiluVison系列是一款非常优秀的程序编译工具，因此被广大单片机设计人员广泛使用。它的一些主要特点如下：(1)支持汇编语言、C51语言等MCU设计语言（2）支持丰富的产品线，除了51及其兼容内核的单片机外，还新增了对ARM内核产品的支持；(3)嵌入式RTX-51实时多任务操作系统(4)具有完整的编译链接工具(5)可视化文件管理，界面简洁明了(6)支持同时在一个工作空间内对多个项目进行编程uVison4集成开发环境提供了许多不同用途的窗口。使用这些窗口，可以完成源代码的编辑，反汇编的查看，各种编译调试的输出结果，栈中数据的查看，程序变量的查看。带有仿真波形等源代码编辑窗口；拆卸窗口；监视和堆栈窗口；内存窗口；CPU寄存器窗口；串行窗口；逻辑分析窗口；符号观察窗口。如图5.1所示。图5.1Keil工作界面5.1.1 uvision4集成开发环境介绍(1)项目管理：项目主要由三个部分组成，即源文件、开发工具选项和编程指令。单个uVision4项目可以生成一个或多个目标程序。开发工具选项可以对应于目标、组或单个文件。uVision4包括一个设备数据库，可自动设置汇编器、编译器、链接定位器和调试器选项，以满足用户充分利用特定微控制器的需要。要求。uVision4可以为片外存储器生成必要的连接选项，并确定起始地址和大小。(2)集成功能：集成源浏览器利用符号库，使用户可以快速浏览源文件。使用详细的符号信息优化用户变量内存(3)文件搜索功能：在特定文件中进行全局文件搜索4)工具菜单：内容在V4集成开发环境下启动用户功能5)可配置的SVCS接口：提供对版本控制系统的访问（6）PC-LINT接口：对应用代码进行深度语法分析7)英飞凌的EasyCase接口：集成块集代码生成5.2调试结果调试结果完全符合预期要求。各阶段的调试结果如下图所示。5.2.1物理调试本次设计的IC卡智能水表，上电后系统会通过液晶显示屏打开水阀或充值两个选项，根据需要选择相应选项进行操作。5.2.2上电选择接通电源后，系统会显示“打开水阀”和“充电”两个选项。如图5.2所示图5.2上电选择模式5.2.3充值接口使用键盘选择充值选项后，系统会提示输入密码。输入正确密码后，进入充值界面。输入充值金额，然后按确定按钮。如图5.3所示图5.3充电模式5.2.4水费单状态IC卡预存水量充足，系统将自动开始供水，同时开始扣费。如图5.4所示图5.4扣水情况本次毕业设计的IC智能水表系统，从系统功能描述入手，分析了控制系统的组成结构和系统组成。首先在硬件设计部分给出了硬件电路设计图，详细介绍了各个组件的原理和功能特点，还详细介绍了各个功能组件与AT89C51单片机的连接.其次，在软件设计部分，给出了系统的流程控制图，并对程序的各个部分进行了分析和说明。在编程和调试部分，主要详细介绍了Keil的开发。最后显示调试结果。综上所述本次设计的智能水表是一种理想的水表计量装置，是一种水费征收和水表管理的自动化仪表，极大地提高了水表计量的准确性，杜绝了水表数据抄错、漏抄的问题。方便供水部门和居民用水。MZ12864系列读写模块由51单片机控制读写IC智能卡，控制液晶显示等模块。设计智能水表，让用户先买水后用水，实现水费征收自动化。其设计主要包括四个模块：IC卡读写、液晶显示、存储单元、电磁阀控制。通过自己的努力，达到了设计的目的，完成了设计任务。在整个设计过程中，在老师的帮助下，我受益匪浅，学到了很多新知识，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。1、IC智能卡水表实现的功能如下：(1)根据购水量自动进行补水、停水操作。当用户将购买的水表卡插入水表时，水表系统会在识别并确认卡有效后自动打开阀门，进行正常供水。一旦用水量达到水表卡购买的金额，水表会自动关闭阀门并切断供水。(2)具有自动报警功能。为方便提醒用户提前交水费，当剩余一定的水量时，水表液晶显示屏应显示“余额不足”字样，提醒用户及时购水。当余额低于875时，水表报警装置提醒用户，并发出蜂鸣声提醒用户缴费。(3)可随时显示累计用水量和卡余额。为方便用户随时了解自己的用水量，用户可以通过水表的LCD液晶显示屏查看卡的累计用水量和可用水量（指卡表中的剩余水量）.4)可累积购水。当用户购水后插入IC卡时，水表自动累计水表剩余水量和本次购水量。LCD液晶显示器显示累计购水量。（5）加密功能，对IC卡和水表信息进行加密，做到一卡一表，不易被仿造和非法使用。、智能水表的突出特点是：整个系统联网，采用上位机管理系统，使水表抄表高度自动化，收费方便快捷，大大节省了人力、物力、财力；部门处理：智能网络水表采用低功耗设计。在测试测试中，当水表处于低功耗状态时，电流仅为4-6μA；电机转动的时候，电流比较大，大概150mA左右，但是电机转动的次数很少，大概一个月3次左右；簧片开关闭合时电流约为3μA。一块2Ah锂电池可以使用6年以上，达到国家行业标准。3.学习内容远程集中抄表系统已成为研究热点。经过工程技术人员的不懈努力，远程集中抄表的通信质量和应用范围不断提高和扩大，已经能够满足实际使用的要求，但仍有许多问题需要解决。研究（1）上位机管理系统功能更加全面，尽可能满足用户的需求；（2）用户与银行的联系更方便，也提高了水管部门的工作效率；（3）尽可能采用低成本、高性价比的设计方案，以获得占领市场的主动权；（4）深入研究远程集中抄表系统，使其在更广泛的领域得到应用。至感谢本次设计论文的顺利完成。非常感谢我的导师马东先生。他为人随和热情，学习严谨认真。每次遇到问题，老师孜孜不倦的讲解，让我的设计顺利进行。闲聊中，他总能像知心朋友一样鼓励你。在论文的写作和措辞上，他总是以“专业标准”严格要求你，从选题、选题、反复修改最终论文开始。，润色，马东老师一直以认真负责的态度给予我深刻细致的指导，帮助我开拓研究思路，精心指导，热情鼓励。多亏了马东老师的无私帮助和不断的鼓励，我的毕业论文才能顺利完成。我要感谢我小组的同学，他们与我讨论了我平时设计论文中的问题，并指出了我的设计错误。正在写毕业论文的你，从百忙之中抽出时间来帮助我。收集文献资料，帮助我理清了论文写作思路，对我的论文提出了许多宝贵的意见和建议。没有你的帮助，我不可能如此顺利地完成手稿。我要对同学们的帮助表示由衷的感谢。同时，我感谢所有教育过我的老师。您的知识是我不断成长进步的源泉，也是我成功完成这个设计的基础。论文快要写完的时候，我的心情无法平静。从项目开始到论文顺利完成，有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助，请在这里接受我的诚挚祝福！最后但同样重要的是，我必须努力训练我的父母，你们！通过这次毕业设计，我不仅提高了独立思考和解决问题的能力，还培养了认真、严谨、细致的学习态度。由于经验不足，能力有限，设计中难免会出现很多考虑不周的地方。希望大家多多指教。参考[1]宋宝华．设备驱动开发详解[M]．人民邮电,2008.02:21-932]周航慈．嵌入式系统软件设计中的常用算法[M]．航空航天大学,2010.01:21-1153]于明，舒锐，曾祥烨。ARM9嵌入式系统设计与开发教程[M]．电子工业,2006.4.1:1-324]唐仁元．特种电机原理与应用[M]．2个版本。机械工业。2010:66-765]丹尼斯·拉克拉，迈克尔·欧文斯。机器人设计与生产[M]．宗光华，慧慧译。科学，2004：15-326]邓兴中．机电传动控制[M]．3个版本。华中科技大学，2001：23-142[7]哎。敏感材料与传感器[M]．化学工业，2004：98-103[8]董尚斌．电子电路（I）[M]。清华大学,2006:298-3039]鹅。一种动态开关电容运算放大器的共模负反馈电路[J]．第一版。电路与系统杂志,2004,9(2):55-5810]罗振东，廖光宇．计算机图形学原理与方法[M]．复旦大学,1993:135-28411]建华，燕琴，翟晓舒。MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].清华大学,2004:132-13812]基于VenusFPGA的随机等效采样模块设计[J]．电测与仪表,2009(6):17-2013]GeorgeLee、KarinaNg、EdmondKwang。基于环形振荡器的压控振荡器设计。项目最终报告[R]。2005:157-16314]肖文，程立峰。基于单片机的AD9851信号源控制研究［J］．微处理器,2010,31(1):116-12115]马化东．多媒体技术原理与应用[M]．清华大学,2008:56-10516]ZurellK.C嵌入式系统编程[M]．吴爱可译.机械工业，2002：104-14217]周立功．单片机实验与实践[M]．航空航天大学,2004:114-15218]米汉·乔安妮，缪尔·林赛。默西塞德郡中小企业的SCM优势与障碍[J].全面质量管理杂志，2008：126-129附录A英文原件PLC技术探讨及未来发展随着时代的发展，如今的技术也逐渐完善，比赛发挥得更加激烈；单靠人工的经营已经不能满足当前的制造业前景，也不能保证更高数量和高新科技企业形象的要求。人们在生产实践中看到，自动化为人们带来了极大的便利和产品数量的保证，也减轻了人员的劳动强度，减少了人员编制。多条复杂生产线中难以实现的目标控制、全优转、最佳决策等，训练有素的操作工作，技术人员或专家、调速器可轻松判断和操作，可以获得满意的结果。人工智能的研究目标正是利用计算器来进行，模仿这些智能行为，通过人脑和计算器来调节工作，以人机结合的方式，为解决非常复杂的问题寻找最佳方案小路我们看到了各种情况下的电器连接后的控制，那已经是那个时代的过去，现在的在模具中使用后，电器可以做的一个或许简单的基层控制设备。仅低水平；而PLC的出现也成为了划时代的话题，通过非常稳定的硬件加入了生动的软件控制，使自动化引领了新的高潮。PLC最大的特点在于：电气工程老师已经不再需要对电气硬件进行过多的计算成本，只要命令按钮开关的输入或传感器命令的输入连接PLC就可以解决问题，通过电器后输出定接接点机或控制大功率启动设备，而小功率输出设备直接接点即可。PLC内部包含有CPU的CPU，并作为外部的有一个I/O用于扩展接人地址和存机三大块构成，CPU核心是从一个或多个累加机到构成、数学运算，具有逻辑运算能力，计算通过后可读取程序存机内容驱动同源存机与I/O连接；I/O添加内部累加机器的输入输出系统和外部链接，并将相关数据存入程序存贮器或数据存贮器；存储机可以将I/O输入的数据存入存储机，并在工作中调整成为累加机器和I/O连接，存储机单独存储程序存储机ROM和日期的存储机RAM，ROM可以将数据永久保存在存储机中，但RAM只供CPU计算临时计算缓冲空间小时使用量。PLC的抗干扰性非常好，我们根本不用担心它的使用寿命和工作情况不好，这些问题已经不再成为我们失败的话题，而是留给我们内部资源的一个关注点利用PLC为我们增强设备的控制能力，使我们的设备更温和。PLC语言不是我们想象的编集语言或Cs语言进行编排，而是采用原创的梯形图经过电器控制，让电工老师在编排时编写程序很容易理解PLC语言，很多非电专业人士也很快了解并深入了解了PLC。PLC是上面唯一的优点之一，这也是人们比较容易理解的一部分，在很多设备中，人们已经不再希望看到太多的控制按钮，它们不仅容易损坏而且最容易产生人为错误，小不是主要错误也许你仍然可以接受；但铅甚至是一个致命的错误，这是我们不能容忍的。新技术一直在为我们带来更安全便捷的操作，让我们面对一扫而光的诸多问题，你了解HMI吗？这里说的HMI你基本看不清楚它是什么，也没有兴趣了解，把里面的文字说明改成你知道的触摸屏或者人机界面，和PLC结合给我们更大的空间。HMI的控制不仅减少了控制按键，增加了控制的生动性，更主要的是可以序列化，并且可以改变数据输入输出反馈数据，模拟温度曲线控制也可以保持视图的表现出来。并且可以通过一个辫子编写功能帮助程序来提供各种力所能及的帮助，使操作减少多余的错误。目前HMI厂也越来越多，功能也越来越强，价格也越来越低，用途也越来越广。HMI的前台可以说是觉得很不错了。在很多情况下，单子是一种平稳的运动，不能通过单机的控制来保证设备，而是通过设备与设备的信息交换来达到我们想要的结果。比如前包装和后文的检查，我们会将包装信息反馈到检查地点，而检查地点的信息也要反馈到包装。从而通过信息共享使两者链条相连，成为一个整体，从而使你们的匹配更加紧密，在彼此达到相互反映的结果。PLC通信现在已经体现了它的价值，在PLC和PLC之间的通信，可以通过信息的通信和数据的共享来保证设备的相互调和，修复的结果已经到了彼此。数据转换PLC之间采用RS232连接来传输数据，而RS232接人只能保证10米的传送距离，如果在1000米的距离我们可以通过RS485进行通信，更长的距离只能通过MODEL进行交付。PLC的数据传输只是把它内部的数据传递给对方的一个连续的地址中称为一个形式，我们，对方的PLC通过读取表中的数据来进行操作。如果手表中的数据是一个一般建立的数据，那只是总则数据传输，比如今天油价上涨，我想传递油价的价格输掉船上的石油盟友，那就是数据的份额；但是对于一个控制PLC的指令程序取表中的数据，那是非常有难度的，比如你要控制一个底座机器人按下你想象的动作工作，你会为它拟定一个表格程序结合数据发出经过。信息传输的形式包含单个工作、半个工作和一个工人的区别。单个工作的意思也是说两者，一个只能发出，一个只能接收，例如间谍他可以只接受上级指定，但不能给予上级答复；一半的工作也是2可以发出类似接受数据，但不能同时发出和接受，例如当你打电话是不能接听电话时，对方还;但整对工作是既可以致和接收数据，又可以同时致和接收。像互联网就是一个典型的例子。信息传输的过程也有同步和不同的步骤之分：同步的意义在于致数据时数据线和时钟线同步，也是由CPU进行致的数据信号和时钟信号同时，这需要所有要专用的时钟信号相互进行传输和连接致，并且受到限制，这种方法的特点在于它的速度很快，但对应的工作时间为相反占用CPU也要长，同时技术难度也很大。它的要求在于在一个日期交付时有一个误差范围，否则整块数据比较会出现错误，这在硬件上是一个较大的困难。在一些专用设备中应用越来越广泛，如专用医疗设备、数字信号设备……等，在比较数据传输中，其效果非常好。中断不仅是一个，有时还与几个小时内的中断一起存在，中断有首选的Class，他们会根据人的要求进行更高级别的中断。这种中断中的中断也变成了中断集。当然中断的Class根据CPU的各种资源与内部PLC有关，也跟堆的容量大小也有关。中断的内容有很多种，例如外部中断、致接收中断和解决的通信输入以及计数中断的时钟，还有WDT复位中断等，它们丰富了CPU在处理各种业务的同时响应类别。这样讲也许你也不能完全理解中断的内部结构和操作顺序，我们做一个很小的例子来说明。每个设备永远不会忘记一个按钮，它也是在我们遇到紧急情况下使用的，这是令人讨厌的停止按钮。当我们遇到人体故障和意外情况时，只要按下它，机器就会立即停止所有操作，等待处理过的意外后重新恢复操作。急停按钮连接PLC的内部CPU的内部I/O连接，就是按下按钮外部给CPU触发信号，CPU再对I/O进行检测，就是确认有外部触发信号，CPU保护点中断程序计数机自动转同源外部I/O在程序中去也，是外部中断程序处理完成，程序计数机返回主程序继续工作。有1:00可以说明的是我们一般会讨厌停止外部断开的按钮升到最高的Class，从而保证安全。当我们在加工一个工件时，给PLC一个信号，数PLC内部的机器加1来计算我们一天的工作量，一个数机器就可以简单的解决问题，当然他们也可以把数据保存在下面掉电的情况，督促数据不丢丢，这也是我们热切希望的。PLC还有高级数机的功能，就是我们在接受一些高速数据的时候，这里说的高速是各方面微秒级的数据，比如条码扫描器在扫描数据连续，计算数据处理器DSP等高速信号，我们将采用高级计数机来帮助我们进行计数。它在PLC执行程序时一旦发现高级数机应该中断，就会立即放开手头上的工作。再经过编织距离的梯形图程序为我们说明高级数机的执行程序会自动执行应的工作，从而将高级数机的Class提升到高一级。也许你听过太多这句话：“crash”，多半是CPU工作负载过大、内部资源不足等情况不能导致程序循环的意思。PLC也有类似的情况，PLC内部有一个看门狗WDT，我们可以设置一个WDT程序循环的时间，就是在程序运行过程或程序中出现程序跳转错误忙，程序运行时间超过WDT构成时间，CPU转而WDT复位出现。程序重新开始运行，但不会对中断进行中断。PLC的发展已经从一模一样的模式进入网络通信时代，与其它工控网板和I／O卡板轻松进行共享。一个状态软件可以通过所有的硬件链接，更多的动画画面进行控制，并且可以通过互联网在异国他乡进行控制，就像神舟一样的发射.5就是采用这种方式让飞艇上天。更高层的发展需要我们不断的努力才能获得。PLC的出现已经充分地影响了一些人，我们也从一代人的经验中获得了更多的知识和戒律，来不断发展PLC技术，将其推向更高的浪潮。了解可用的PLC网络选项及其最佳应用将确保高效灵活的控制系统设计。可编程逻辑控制器(PLC)支持多种通信方法的能力使其成为各种工业自动化和设施控制应用的理想控制和数据采集设备。但是，由于存在很多可能性，因此存在一些混乱。为了帮助消除这种混淆，让我们列出可用的通信方式以及最佳应用时间。要了解PLC的通信多功能性，我们首先定义用于描述各种系统的术语。ASCII：这代表“美国信息交换标准代码”。如图1所示，例如致字母“A”时，致设备自动将其编码为“65”。接收设备将“65”翻译回字母“A”。因此，不同的设备只要使用ASCII码就可以相互通信。ASCII模块：该智能PLC模块用于将PLC连接到其他也能够使用ASCII码进行通信的设备作为车辆。附录B中文翻译可编程控制器技术探讨及未来发展随着时代的发展，今天的技术也越来越完善，竞争也越来越激烈；单靠人工操作已不能满足当前的制造前景，也无法保证更高的质量要求和高新技术企业的形象。人们在生产实践中看到，自动化给人们带来了极大的便利和产品质量的保证，同时也降低了人员的劳动强度和人员编制。在许多复杂的生产过程中，很难做到目标控制、整体优化、最优决策等，但熟练的操作人员、技术人员或专家、管理人员可以轻松判断和操作，并能取得满意的效果。人工智能的研究目标是利用计算机实现和模拟这些智能行为，以人机融合的方式，通过人脑与计算机的协同工作，找到解决非常复杂问题的最佳途径。当谈到继电器连接的控制时，它已经成为过去。今天的继电器只能作为低端的基本控制模块或简单的器件；而PLC的出现也成为了划时代的主题。穿插极其稳定的硬件灵活的软件控制，将自动化推向了新的高潮。PLC是电气工程师不再在电气硬件上花费太多的演算，只要把按钮开关或传感器的输入点接在PLC的输入点上就可以解决问题，接上接触器或输出点可以通过输出点连接。继电器用于控制大功率启动装置，可直接连接小功率输出装置。PLC部分包括一个带有中央处理器的CPU，由三块I/O接口地址和带有外部I/O端口扩展的存储器组成。CPU的核心是由一个或多个累加器组成，具有逻辑，可以读取程序存储器的内容，计算后驱动相应的存储器和I/O接口；I/O口将内部累加器与外部输入输出系统连接起来，将相关数据连接到程序存储器或数据存储器中；存储器可以将I/O口输入的数据存储到存储器中，运行时传送到累加器和I/O接口，存储器分为程序存储器ROM和数据存储器RAM，ROM中的数据可以永久保存存储在内存中，而RAM只能作为CPU计算时临时计算的缓冲空间。PLC非常优秀，我们完全不用关心它的使用寿命和恶劣的工作条件，所有这些问题都不再是我们失败的主题，而是留给我们关心如何使用PLC资源加强我们设备的控制能力，使我们的设备更加灵活。PLC语言不是我们想象的用于编程的汇编语言或C语言，而是原始的继电器控制梯形图，这使得电气工程师在编写程序时很容易理解PLC语言。电气专业人士也很快了解和加深了PLC。以上只是PLC的优点之一，也是人们很容易理解的部分。在许多设备中，人们不再希望看到太多的控制按钮。它们不仅容易损坏，而且容易出现人为错误。这不是你可能仍然能够接受的重大错误；但一个过大甚至致命的错误是我们不能容忍的。新技术总是旨在为我们带来更安全、更便捷的操作，这已经一扫我们面临的很多问题。你听说过人机界面吗？在这里，你根本不知道HMI是什么，也没有兴趣去了解它。如果你把它改成中文，把它描述成触摸屏或人机界面，你就知道了。它和PLC的结合给了我们更多的空间。HMI控制不仅减少了控制按钮的数量，增加了控制的灵活性，更重要的是可以排序，可以改变数据输入和数据输出反馈，模拟温度控制曲线也可以直观显示.并通过编写功能性帮助程序，提供力所能及的各种帮助，使操作者减少不必要的错误。目前HMI厂商越来越多，功能越来越强，价格越来越低，用途越来越广。HMI的前景可以说是非常可期的。很多情况下，单靠单台机器的控制并不能保证设备的平稳运行，通过设备与设备之间的信息交换可以达到预期的效果。例如，在包装前和后工序的检验中，我们需要将包装的信息反馈给检验场所，而检验场所的信息也要反馈给包装。这样，通过信息的共享，两者可以形成一个社区，使两者的合作更加紧密，达到相互镜像的效果。PLC已经越来越体现出它的价值。PLC与PLC之间的通信可以通过信息的交流和数据的共享，保证设备之间的相互协调，达到互补的效果。PLC之间的数据转换采用RS232接口传输数据，RS232接口只能保证10米的传输距离。如果距离是1000米，我们可以通过RS485进行通讯，更长的距离只能通过MODEL传输。.PLC的数据传输只是将部门的数据传输到对方的一个连续地址，我们称之为表，对方的PLC通过读取表中的数据进行操作。如果表中的数据是一个通用的数据集，那只是通用的数据传输，比如今天油价上涨，我想把油价的价格传输给所有的石油运输商，也就是数据共享；而当表中的数据是控制PLC的指令程序，难度很大。例如，如果你想控制一个机器人按照你的想象工作，你会为它编写一个程序，并以数据的形式致出去。信息传输的形式分别包括单站、半双工站和全双工站。单站的意思是指两者之间，一个只能致，一个只能接收。例如，间谍只能接受上司的指示，而不能回复上司；半双工是两个都可以致和接收数据，但不能同时致和接收。比如你打电话的时候收不到，对方也是这样；而全双工就是既可以收发数据，又可以同时收发。像互联网就是一个典型的例子。信息传输的过程也分为同步和异步。同步的意思是数据线和时钟线在致数据时是同步的，即数据信号和时钟信号是由CPU同时致的，相互之间需要一个特殊的时钟信号。必须进行传输和拾取。这种方法的特点是速度极快，但对应的CPU工作时间比较长，技术难度也很大。它的要求是一帧的数据传输不能有一位错误，否则整个数据都会出错，这是一个比较难的硬件。它越来越广泛的应用在一些特殊的设备上，比如特种医疗设备、数字信号设备等。在相对单一的数据传输中，它的效果非常好。异步是应用最广泛的，因为它的技术难度比较小，不需要准备专门的时钟信号。它的特点是数据的致和接收是间隔和离散的。当CPU太忙时，可以暂停工作，降低了硬件上的难度，数据的丢失也比较小。我们可以通过数据检测来观察我们致的数据是否有错误，比如奇偶校验法和累加法。而八位测试法等可以帮助我们检测致的数据是否有错误，并通过反馈进行识别。信息传输口线分为串口和并口。通常的PLC是8位机，当然也有16位机。我们致数据的时候，可以一个一个的致给对方，也可以8位和8位致给对方。1位和8位的区别就是我们所说的串口致数据和并口致数据。串口速度比较慢，但是只有两三口线就可以解决问题，线可以用来远程控制。并口的传输速度极快。是串口的256倍。它在短距离上有优势。因为是TTL电平，所以一般限制在1米的圆周上。不适合远距离数据传输，成本太高。昂贵的。在很多情况下，我们总是喜欢使用串并转换芯片进行传输。在这种情况下，我们不需要进行过于复杂的寄存器设置，直接通过数据传输指令进行数据通信，但在通信中并不是一种非常可行的方法。方法，因为致数据时，对方的PLC要等待你的数据输出，不能做其他工作。看书的时候，听到有人敲门，你停下手上的事，去开门，和敲门人说话，这次响了，你示意捡起来，捡起来后转身继续与敲门人对话。对话结束后，您继续阅读您的书。在这种情况下，我们称之为中断。它是权威的，具有优先权。PLC有这样的功能。它的特点是我们在设备运行过程中可能会遇到紧急的突发事件。我们必须立即停止手头的工作，以处理更重要的事情。这种情况是我们经常遇到的，PLC我们去执行紧急任务的时候，总是先保存当前状态，比如程序的地址，CPU的累加器数据等等，就像我们去open的时候一样门，我们需要写下我们读过的书的页码或者干脆打个记号，因为后面的书我们还要继续看。CPU总是做我们想让它做的事情，但是如果你错误地给它一件事，它也会做同样的事情，我们必须注意这一点。中断不止一个，有时会同时出现多个中断。中断具有优先级，它们会根据人的要求执行更高级别的中断。这个中断中的中断也形成了中断嵌套。当然，中断的高低与各种PLCCPU的资源有关，也与堆栈的大小有关。中断种类繁多，如外部中断、通信中的致和接收中断、定时和计数的时钟中断、WDT复位中断等，丰富了CPU在处理各种事务时的响应类型。这样，你可能无法完全理解中断的结构和操作顺序。让我们举一个小例子来说明每个设备永远不会忘记有一个按钮。当我们遇到紧急情况时也会使用它。那是紧急停止按钮。当我们遇到人身事故和事故时，只需按下它，机器立即停止所有操作，等待事故处理完毕后再恢复操作。急停按钮与PLCCPU的I/O接口相连。当按钮向CPU致外部触发信号时，CPU将再次检查I/O。当确认有外部触发信号时，CPU会保护场景并自动复位程序计数器。转到相应的外部I/O中断程序。当外部中断程序处理完毕后，程序计数器返回主程序继续工作。可以解释的一件事是，我们一般将急停按钮的外部中断增加到最高级别，以确保安全。当我们完成一个工件的工作后，给PLC一个信号，PLC的计数器加1来计算我们一天的工作量，一个简单的计数器就可以解决问题，当然他们也可以在断电的情况下保存数据失败，使数据不丢失，这是我们所希望的。PLC还具有高级计数器的功能。当我们在接受一些高速数据的时候，这里所说的高速就是以微秒为单位的数据，比如条码扫描器在不断地扫描数据，数据处理器DSP计算出来的高速信号等等，我们会使用高级计数器来帮助我们计数。PLC在执行程序时一旦发现高级计数器对应的中断，就会立即放弃手头的工作。重新编程的梯形图显示，当我们执行程序时，高级计数器会自动执行相应的工作，从而将高级计数器的级别提升到更高的级别“crash”这个词大家可能听过太多了，一般是指CPU工作量过大，外部资源不足，导致程序运行失败。PLC也有类似的情况。PLC部门有看门狗WDT。我们可以设置WDT程序的运行时间。当程序运行过程中出现程序跳转错误或程序繁忙时，程序运行时间超过WDT设置。此时，CPU进入WDT复位状态。程序恢复运行，但中断没有被破坏。PLC的发展已经从单一模式进入通讯网络时代，可以很方便的与其他工控网络板卡和I/O卡板共享。组态软件