表4.1 HD7279A引脚及功能 引脚 1，2 3，5，26 4 6 7 8 9 10~16 17 18~25 27 28 名称 VDD NC VSS CS CLK DATA KEY SG~SA DP DIG0~DIG7 RC RESET 说明 正电源 无连接，须悬空 接地 片选输入端，为低电平时，向芯片发送指令及读键盘数据 同步时钟输入端，向芯片发送指令及读取键盘数上升沿表示数据有效 串行数据输入/输出 按键有效输出端，平时为高电平，当检测到有按键按下时，此引脚变为低电平 段g~段a驱动输出 小数点驱动输出 字位0~字位7驱动输出 RC振荡器连接端 复位端 入；VCC1、VCC2，主电源与备用电源引脚。 1．DS1302时钟芯片的控制字及其寄存器
DS1302的控制字如表4.2所示。控制字的最高有效为（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中：位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1则表示存取RAM数据；位5~位1指示操作单元的地址，最低有效位（位0）为0，表示写操作，为1表示进行读操作，控制字总是从最低位开始输出。
表4.2 DS1302的控制字
7 1 6 RAM/CLK 5 A4 4 A3 3 A2 2 A1 1 A0 0 RAM/K 在DS1302芯片中，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST
输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了终止单字节或多字节的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送的过程中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7。
DS1302时钟芯片共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器，时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外所有的寄存器的内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类，一类是RAM单元，共31个，每个单元的组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H~FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性的读写所有的RAM31个字节，命令控制字为FEH（写），FFH（读）。 2．DS1302时钟芯片典型应用电路
如图4.7所示DS1302时钟芯片与单片机相连仅需要3条线，即SCLK、I/O、RST。VCC2在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。VCC2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式下VCC1连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息及数据。DS1302由两者中较大者供电。当VCC2 VCC1+0.2V时,VCC2给DS1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。
图4.7 DS1302 时钟芯片典型应用电路
4.5 通讯电路
在现代工业自动化系统中，经常用到单片机及微机。由于单片机的机构简单，设计应用方便，抗干扰及在各种环境下适应能力强。因而被称为工业自动化系统中的前端处理器（被称之为下位机），常常被设置到现场采集各种数据及信息，同时也可进行简单的数据处理后送到微机（称之为上位机）。而且单片机（下位机）同时也是一种控制器，接受微机（上位机）下达的命令，对现场进行相关的自动控制。
单片机从一个I/O引脚逐位传输一系列二进制编码数据，就是串行通信。所谓的
“串行通信”是指外设和计算机间使用一根信号线（另外需要地线，可能还需要控制线），数据在一根数据信号线上一位一位地进行传送，每一位数据都占据一个固定的时间长度。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节省成本。当然，其传输的速度比并行传输的速度慢。串行通信的优点在于远程通信和上下位机通信，缺点在于通信的速度较慢。
51系列单片机是通过自身的串口完成通信的。该串口是一个可编程的全双工串行通信接口。它可用作异步通信方式（UART），与串行通信的外部设备相连接。单片机的串行通信需要以下3个方面的支持。
(1) 硬件构成，单片机的串口结构和通信接口连接; (2) 通信协议，RS-232通信协议; (3) 收发程序，单片机的数据传输程序;
串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有比较成熟的几种。这几种都是在RS-232标准的基础上经过发展而形成的。RS-232标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。他适用于数据传输速率在0~20 000bit/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口有关的问题，如信号线的功能、电气特性等都做了明确的规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已经在通信接口中获得广泛的应用。
RS-232C标准的全称是EIA-RS-232C标准，它规定了串行数据传递的连接电缆、机械特性、电气特性、信号功能及传递过程的标准。目前在IBM PC机上的COM1 COM2接口就是RS-232C接口。 1．RS-232C电气特性
RS-232C标准对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都做了规定。对于数据，逻辑“0”的电平低于-3V，逻辑“1”的电平高于+3V；对控制信号，接通状态（ON） 既信号有效的电平电平高于+3V，断开状态（OFF）即信号无效的电平低于-3V。也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以检查出来，介于-3V~+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±（3～15）V之间。
EIA-RS-232C使用正负电压来表示逻辑状态的，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机接口或同终端的TTL器件连接，必须在EIA—RS—232C与TTL之间进行电平和逻辑关系的转换。实现这种转换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛集成电路转换芯片,如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA
电平到TTL电平的转换。MAX232（如图4.8所示）芯片
可以完成两者的双向转换。
与RS-232C相匹配的连接器有DB-25、DB-15和DB-9，其引脚的定义也各不相同。
的引脚图 图 4.8 MAX232
2．RS-232标准通讯与RS-485标准通讯比较
计算机通信有串行与并行之分。串行又有同步和异步之分。串口通信一般采用RS-232 标准或RS-485（如图4.9所示）标准两种。而单片机与微机间的通信以RS-232标准最为常见，且微机对外的两个串口COM1、COM2均是专门为RS-232标准通信而设计的。虽然RS-232的通信方式比较方便，但是仅能实现短距离通信（仅为10余米长）。若要实现远距离通信，还有赖于调制解调器或其他的方式，同时RS-232标准通信口对地是共模信号传输方式，对各种电器的干扰大多也是对地共模方式，虽然传输电平提高到-12V~+12V，但是抗干扰能力仍不理想。
采用RS-485标准进行通信有以下优点，它可以实现多点通信方式；而通信距离比RS-232 标准要远得多；可以作
到数百米甚至千米以上；从而可以建立一个小范围的局域网。RS-485标准采用差模信号输入方式，与地电平关系不大。它的抗干扰能力比RS-232 标准强得多。即使信号电压
图4.9 MAX491引脚图
较小的情况下也能获得稳定的传输。若想完成单片机与微机的远程通信，应采用串口通信方式应为RS-485标准通信方式。 3．单片机与微机电路连接及设计
由于单片机采用RS-485标准通信口，而微机采用的是RS-232 标准，而且单片机的I/O端口输出的是TTL电平（+5V为“1”，-5V为“0”）与RS-485标准的电平一致，而与RS-232 标准不符合，工作方式及控制机理也有差别。若想利用微机现成的COM1、COM2串口来实现RS-485标准通信，就需要有电平的转换电路。对其硬件、软件进行相应的设计。单片机（下位机）与微机（上位机）的RS-485标准远距离通信原理如图4.10所示。
图4.10 单片机与微机的 RS-485标准远距离通信原理图
单片机（下位机）与微机（上位机）的RS-485标准远距离通信工作原理为：单片
机将收集到的数据以TTL电平的数据送到RS-485（Ⅰ）中，而RS-485（Ⅰ）将TTL电平的数据转换成差模信号送出。经RS-485传输线送到RS-485（Ⅱ）中，而RS—485（Ⅱ）将差模信号转换为共模信号输出并通过电平转换到微机的串口COM中，在微机显示器中显示出数据来。同理，微机发出指令并通过串口COM输出一共模信号指令，经电平转换后到RS-485（Ⅱ）中，RS-485（Ⅱ）将输入的共模信号转换成TTL电平的差模信号输出，并经过RS-485传输线传送到RS-485（Ⅰ），经RS-485（Ⅰ）将TTL差模信号转换成TTL电平数据信号送到单片机中，由单片机去完成各种控制指令，这样就完成了单片机与微机串口的远程通信任务。
4.6 系统电源设计
在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电压供电。本设计中需要±9V、+5V 的稳压直流电源 ，单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路就可以转换为一定幅值的直流电。电源的整体框图如图4.11所示[16][17]。 ~220V
1．整流电路的设计
电源 变压器 整流 电路 滤波 电路 稳压 电路 ±9V，+5V 图4.11 直流稳压电源方框图
本设计采用单相桥式整流电路构成整流电路，如图4.12所示，它由四只二极管组成，在桥式整流电路中，每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有电阻上的一半，即 ID(AV)?IO(AV)2?0.45U2RL (4.1)
与半波整流电路中二极管的平均电流相同。二极管承受的最大反向电压为 URmax?2U2 (4.2) 考虑到电网电压的波动范围一般为?10%，在实际选择二极管时，应至少有10%余量，选择最大的整流电流IF和最高的反向电压UR分别为
IF?1.1IO(AV)2?1.12U2 (4.3) ?RLUR?1.12U2 (4.4 )