【正文】 /O（數(shù)據(jù)線），(3) SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀、寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來(lái)，增加了以下的特性雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。下面將主要的性能指標(biāo)作一綜合：l 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。l 31*8位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM。l 串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少。l ~。l ，小于300nA。l 讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式。l 8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝。l 簡(jiǎn)單3線接口。l 與TTL兼容Vcc=5V。l 可選工業(yè)級(jí)溫度范圍－40至＋85攝氏度。l 與DS1202兼容。l 在DS1202基礎(chǔ)上增加的特性：對(duì)Vcc1有可選的涓流充電能力；雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng)；備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入；附加的7字節(jié)暫存存儲(chǔ)器。 綜上所述，選用DS1302時(shí)間芯片完全滿足設(shè)計(jì)的需求。 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)方案A/D器件和芯片是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的常用外圍器件。A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，首先碰到的就是如何選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題。選擇A/D轉(zhuǎn)換器件需要考慮器件本身的品質(zhì)和應(yīng)用的場(chǎng)合要求?；旧希梢愿鶕?jù)以下幾個(gè)方面的指標(biāo)選擇一個(gè)A/D器件。1) A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定，應(yīng)該從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)平滑性這兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。從靜態(tài)精度方面來(lái)說(shuō)，要考慮輸入信號(hào)的原始誤差傳遞到輸出所產(chǎn)生的誤差，它是模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)產(chǎn)生誤差的主要部分。量化誤差與A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)有關(guān)。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器歸為低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，9~12位的稱為中分辨率轉(zhuǎn)換器，13位以上的稱為高分辨率轉(zhuǎn)換器。10位以下的A/D芯片誤差較大，11位以上對(duì)減小誤差并無(wú)太大貢獻(xiàn)，但對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的要求卻提得過(guò)高。因此，取10位或11位是合適的。由于模擬信號(hào)先經(jīng)過(guò)測(cè)量裝置，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后才進(jìn)行處理，因此，總的誤差是由測(cè)量誤差和量化誤差共同構(gòu)成的。A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測(cè)量裝置的精度相匹配。也就是說(shuō)，一方面要求量化誤差在總誤差中所占的比重要小，使它不顯著地?cái)U(kuò)大測(cè)量誤差；另一方面必須根據(jù)目前測(cè)量裝置的精度水平，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)提出恰當(dāng)?shù)囊蟆Ｄ壳埃?~%，故A/% ~ %即可，相應(yīng)的二進(jìn)制碼為10~11位，加上符號(hào)位，即為11~12位。當(dāng)有特殊的應(yīng)用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器要求更多的位數(shù)，這時(shí)往往可采用雙精度的轉(zhuǎn)換方案。2) A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率A/D轉(zhuǎn)換器從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)就是每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換速率。確定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)的采樣速率。例如，如果用轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us的A/D轉(zhuǎn)換器，則其轉(zhuǎn)換速率為10KHz。根據(jù)采樣定理和實(shí)際需要，一個(gè)周期的波形需采10個(gè)樣點(diǎn)，那么這樣的A/D轉(zhuǎn)換器最高也只有處理頻率為1KHz的模擬信號(hào)。把轉(zhuǎn)換時(shí)間減小，信號(hào)頻率可提高。對(duì)一般的單片機(jī)而言，要在采樣時(shí)間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換以外的工作，如讀數(shù)據(jù)、再啟動(dòng)、存數(shù)據(jù)、循環(huán)計(jì)數(shù)等已經(jīng)比較困難了。3) 采樣/保持器采集直流和變化非常緩慢的模擬信號(hào)時(shí)可不用采樣保持器。對(duì)于其他模擬信號(hào)一般都要加采樣保持器。如果信號(hào)頻率不高，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，即采樣高速A/D時(shí)，也可不用采樣/保持器。4) A/D轉(zhuǎn)換器量程A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要的是雙極性的，有時(shí)是單極性的。輸入信號(hào)最小值有的從零開始，也有從非零開始的。有的轉(zhuǎn)換器提供了不同量程的引腳，只有正確使用，才能保證轉(zhuǎn)換精度。在使用中，影響A/D轉(zhuǎn)換器量程的因素有：量程變換和雙極性偏置；雙基準(zhǔn)電壓；A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部比較器輸入端的正確使用。5) 滿刻度誤差滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。6) 線性度實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。ADC0804是單路8位逐次比較型雙極性輸入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于。量化間隔： （21）絕對(duì)量化誤差： （22）相對(duì)量化誤差： （23）在液位傳感器誤差與參考電壓誤差不大的情況下，ADC0804是完全滿足設(shè)計(jì)誤差要求的。 通信模塊設(shè)計(jì)方案AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工異步串行I/O接口。利用該接口，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)的通信。不同設(shè)備間串口通信的過(guò)程中，需要采用相同的的接口標(biāo)準(zhǔn)才能通信。典型的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)是RS232和RS485，它們定義了電壓，阻抗等，但不對(duì)軟件協(xié)議給予定義。RS232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIARS232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（Emeded Standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。區(qū)別于RS232，RS485的特性包括：1) RS485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為＋（2~6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為－（2~6）V表示。接口信號(hào)電平比RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2) RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。3) RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。4) RS485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS232C接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。因RS485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。PC機(jī)作為上位機(jī)，一般情況下帶有RS232C通信接口，鑒于RS485接口的優(yōu)點(diǎn)與系統(tǒng)實(shí)際工作環(huán)境的需要，系統(tǒng)采用RS485接口標(biāo)準(zhǔn)，使用RS232/RS485轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)連接進(jìn)行通信。MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS485芯片。采用單一電源＋5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。 電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)方案由于設(shè)計(jì)中沒(méi)有規(guī)定水泵電機(jī)的參數(shù)規(guī)格，而且不同型號(hào)的水泵參數(shù)不盡相同，電氣參數(shù)的不同使得在電路上的設(shè)計(jì)差異較大，因此在此僅作理論演示。選用繼電器作為電機(jī)控制的元件。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：1) 額定工作電壓。是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。2) 直流電阻。是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過(guò)萬(wàn)能表測(cè)量。3) 吸合電流。是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對(duì)于線圈所加的工作電壓，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。4) 釋放電流。是指繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。5) 觸點(diǎn)切換電壓和電流。是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過(guò)此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。根據(jù)以上的參數(shù)，結(jié)合設(shè)計(jì)的演示性，選用額定工作電壓120VAC/24VDC，工作電流3A，控制電壓5VDC的小型繼電器。第3章 硬件電路設(shè)計(jì) AT89S52硬件設(shè)計(jì)AT89S52引腳定義及功能介紹如圖31。圖31 AT89S52引腳及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下所示：l 在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。l 引腳號(hào)第二功能：（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI （在系統(tǒng)編程用） MISO （在系統(tǒng)編程用） SCK （在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。表31 端口引腳第二功能端口號(hào)第二功能RXD（串行輸入口)TXD(串行輸出口)INTO(外中斷0)INT1(外中斷1)TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG——當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN——程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP——外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H~FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。為了便于接下來(lái)的說(shuō)明，單片機(jī)各管腳網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)定義如圖31。要使單片機(jī)按照設(shè)計(jì)要求正常工作，完整單片機(jī)最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無(wú)需精確地定時(shí)功能，且為了方便串口通信波特率的計(jì)算。并附加復(fù)位電路，組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。根據(jù)電路設(shè)計(jì)規(guī)范和AT89S52芯片手冊(cè)，設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路與復(fù)位電路如圖32：圖32 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)RST連接單片機(jī)RST引腳，具有上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位的功能；XTAL1與XTAL2連接單片機(jī)XTAL1和XTAL2引腳，且并聯(lián)兩個(gè)30pF匹配電容使晶振起振。由于單片機(jī)P0口作普通I/O口時(shí)不能輸出高電平，因此需接上拉電阻，實(shí)際電路中，使用8*10KΩ電阻作為上拉電阻。 按鍵設(shè)計(jì)鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。考慮到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路。它是將每個(gè)獨(dú)立按鍵按一對(duì)一的方式直接接到單片機(jī)的I/O口上，通過(guò)程序掃描查詢方式實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)交互的。在程序查詢方式下，通過(guò)I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的I/O端口變?yōu)?