图3-6 AT89C51的时钟电路方式
在本系统中采用内部振荡方式，其电路如图3-7所示。采用芯片内部反相器和电阻组成的振荡电路，在XTAL1，XTAL2引脚上外接定时组件，如晶振和电容组成的并联谐振回路,则在内部可产生与外接晶振同频率的振荡时钟。该系统晶振为12MHz，电容C1，C2取30pF，对时钟起微调作用。
3.5.2.2 看门狗复位电路设计
本系统采用了一个硬件看门狗来监视程序的运行。美信公司的MAX813L具有“看门狗”、主电源检测的功能。单片机通过I/O脚加给WDI(看门狗输入)脚正脉冲，如果两次脉冲时间间隔不大于1.6s时，则WDO(看门狗输出)脚一直为高电平，说明微机程序执行正常。当两次发出正脉冲的时间间隔大于1.6s时，“看门狗”
便使WDO引脚变为低电平，将WDO脚与
MR相连，可使RESET脚(与单片机的RST相连)产生高电平的复位脉冲，使程序能从头重新
开始执行，起到监视程序运行的作用，其电路如下图所示
图3-7 时钟电路 图3-8 看门狗复位电路
3.5.3 单片机系统主板各功能模块设计 3.5.3.1 数据采集处理模块
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本系统的数据采集处理电路主要由采样保持器和A/D转换器组成。其相关电路图参见单片机系统原理图。
(1)采样保持器
采样保持器在数据采集系统中，常用来为A/D转换器提供固定的采样值，它位于模拟信号源与A/D转换器之间。本系统采用美国National Semiconductor公司生产的LF398。 LF398是由双极性绝缘场效应管组成的单片采样/保持电路，由Al, A2两个运算放大器、模拟开关和开关驱动电路、三级管D1, D2构成的保护电路等组成，其原理图如图3-9所示。是反馈型采样/保持器，具有采样速度高、捕捉信号快及保持电压下降速率慢等特点。当8端为高电平，处于跟踪状态，当UK负跳变（由“1”到“0” ）则LF398转向保持状态[6]。
(2) A/D转换器
A/D转换器把采集到的采样模拟信号量化和编码后，转换成数字信号并输出。本系统采用12位逐次逼近式的转换器AD574，它的突出特点是芯片内部包含微机接口控制逻辑电路和三态输出缓冲器，可以直接与8位、12位或16位微处理器的数据总线相连。它由模拟芯片和数字芯片两部分组成，除了包含D/A转换器、逐次逼近式寄存器SAR、比较器等基本结构外，还有时钟、控制逻辑、基准电压和三态输出缓冲器等部分组成，其原理如图3-10所示。其芯片引脚功能如下：
DB0—DB11：12位数据输出。
12/8：数据模式选择，此线为“1”时，12条输出线均有效。此线为“0”时，12位输出线分成高8位和低4位两次输出。本系统此脚为低电平。
A0/SC：字节地址/短周期。在读数状态，如果2脚为低电平，当A0=0时，则输出高8位数。当A0=1时，则输出低4位数，禁止高8位输出；当2脚为高电平，此脚的状态不起作用。
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另一功能是控制转换周期，在转换状态，当A0=0时，产生12位转换，转换周期为25μs，反之产生8位转换，转换周期为16μs。
CS：此脚为0时，芯片被选中。
R/C：此脚为1，读A/D转换结果；为0时允许启动A/D转换。 CE：芯片允许。 REFout：基准电压输出。 REFin：基准电压输入。
BPLROF：双极性补偿。若输入模拟信号为双极性，要同时使用此脚。此脚还可用于调零点。
图
图3-9 LF398原理图
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图3-10 AD574原理图
本检测系统采用双极性输入方式，可对-5～+5V的输入电压进行转换。由于AD574输出12位数据，因此单片机分两次读取转换结果。故本系统设置12/8脚为低电平，此时由A0的状态决定控制高、低位数据的读取。本系统将转换结束状态线STS与AT89C51的P3.2相连，采用查询的转换方式，AT89C51不断检查P3.2口位电平。当STS为高电平时，A/D转换器处于转换周期；为低电平时，A/D转换结束。 3.5.3.2 数据存储模块
数据采集包括记录和存贮数据，更重要的是能在失去电源的情况下，不丢失任何资料。在数据采集的过程中，数据需要不断高速写入，EEPROM的写入寿命和速度往往不能满足要
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求。传统半导体记忆体有两大体系：易失性存储(volatile memory)和非易失性存储器(non-volatile memory)。易失性记忆体如SRAM和DRAM在没有电源的情况下都不能保存数据，但这种存贮器具有高性能和易用等优点。非易失性记忆体如EPROM，EEPROM和FLASH能在断电后仍保存资料，但由于所有这些记忆体均起源自只读存贮器(ROM)技术，所以，不难想到它们都有不易写入的缺点，如写入缓慢、有限写入次数、写入时需要特大功耗等，且需要后备电源。可见传统的存储器不能满足本系统的要求。而FRAM1808则能较好地克服以上缺点，其优点如下：
(1)速度快 可以跟随总线速度(bus speed)写入。串口总线的FRAM的CLK的频率高达20M，并且没有10ms的写等待，周期并口的访问速度为70ns。
(2)擦写次数多 近乎无限次写入，5V供电的FRAM的擦写次数可达100亿次。 (3)超低功耗 静态电流小于l0μA,读写电流小于150μA。EEPROM的慢速和高电流写入令它需要高出FRAM 2500倍的能量去写入每个字节。
(4)非易失性 掉电后数据能保存10年，所有产品都是工业级[7]。
由于铁电存贮器涵盖RAM技术的优点，又同时拥有ROM技术的非易失性特点，本系统采用铁电存储器FM1808。它具有32K内存，完全能满足系统存储容量的需要，其管脚描述表及真值表分别见表3-3, 3-4。
它的读允许线OE和写允许线WE分别与单片机的RD和WR脚相连，由单片机控制它的读写状态。本系统电路利用单片机的ALE信号与译码电路产生的片选信号经过或门产生带有下降沿的FM1808片选信号，复位信号用于系统复位时封锁FM1808的片选，增加芯片使用的可靠性。其接线图参见单片机系统原理图。
表3-3 FM1808管脚描述表
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