2 硬件电路设计
硬件部分采用传感器件完成对温度、压力、流量、液位四个参数的采集，采用单片机STC89C52作为主控芯片，将采集的数据显示在LCD1602上，其中硬件的设计部分包括：传感器选型、单片机最小系统电路设计、电流电压转换电路设计、模拟量采集电路设计、显示电路设计、按键接口电路设计、报警电路及串行口功能设计，下面将对各个设计部分做详细的介绍。
2.1 传感器的选型
需测量的温度为水的温度，选择温度传感器的测量范围应为0~100℃，且选择传感器要求精度高、转换速度快、简单实用，所以选择Pt100作为温度传感器；需测量的压力测量范围为0~1.4MPa，所选压力传感器BP—801、电源为24VDC、输出为4~20mA电流信号；需测量的流量测量范围为0~0.6立方米/小时，所选流量传感器采用涡轮式传感器LWGY-15A、精度为0.5%、输出为4~20mA电流信号；需测量的液位测量范围为1~1000毫米，所选液位传感器型号为BPY—800、精度为0.5%、供电电源为24VDC、输出为4~20mA电流信号。
2.2 单片机最小系统设计
单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，本设计最小系统包括：单片机、时钟电路、复位电路。 2.2.1 单片机的选型
选用的单片机型号是STC89C52。STC89C52引脚如图2.1所示，是一种带8K字节闪烁可擦除可编程的只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低压电、高性能的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
1、主要特性
⑴工作电压：5.5V~3.3V（5V单片机）/3.8V~2.0V（3V单片机）； ⑵片上集成512字节RAM；
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⑶通用I/O口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3是开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；
⑷ISP（在系统可编程）/IAP(在应用可编程)，不需要专用编程器，不需要专用仿真器，可通过串口（RXD/P3.0，TXD/3.1）直接下载用户程序，几秒钟即可完成一片，准双向口/弱上拉，P0口是漏极；
⑸具有EEPROM功能； ⑹具有看门狗功能；
⑺共3个16位定时器/计数器，即定时器T0、T1、T2； ⑻工作频率范围：0~40MHZ，实际工作频率可达48MHZ；
⑼外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，掉电模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置节电模式。此模式下，CPU暂时停工作，此时外部中断系统、RAM定时计数器，串行端口可以继续工作，掉电模式使振荡器冻结从而将RAM的数据保存，停止芯片的其它功能直至硬件复位或外中断激活。与此同时STC89C52芯片还具有PLCC、TQFP及PDIP等三种封装模式，可以满足不同产品的需求。
2、单片机管脚说明
其中包括4个8位并行I/O接口线、6条控制信号线和2条电源线
并行口P0（P0.0~P0.7）：P0口为一个8位漏极开路双向I/O接口，8TTL门电流可被每个引脚吸收。P0口的管脚第一次写入高电平时，被称为高阻态输入。它可以被定义为地址/数据的低八位，应用外部程序数据存储器进行存取时可使用P0口。应用FIASH编程时，P0口可作为原码输入口，在FIASH进行校验时，P0口可作为输出口输出原码，此时P0口外部必须被拉高。连接外部存储器或扩充外设时，作为低8位地址线和高8位数据线。
并行口P1（P1.0~P1.7）：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O接口，4TTL门电流可被P1口缓冲器接收、输出。P1口管脚写入高电平后，被内部上拉为高，可作为输入，当P1口被外部下拉为低电平时，P1口将输出电流，这是由于内部为上拉状态的原因。当FLASH校验和编程时，P1口可用作低八位地址接收，P1口还具有第二功能，可以通过对单片机进行设置，将P1口作为A/D转换口使用。在编程和校验试接收低8位地址，每一位可以独立的输入/输出。
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并行口P2（P2.0~P2.7）：P2口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O接口，4TTL门电流可被P2口缓冲器接收、输出。当P2口被写入高电平时，其内部上拉电阻将其管脚拉高，并作为输入。作为输入时，P2口的管脚被外部拉为低电平时，P2口将输出电流，这是由于内部为上拉状态的原因。当应用16位地址外部数据存储器或外部程序存储器时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收控制信号和高八位地址信号[7]。
并行口P3（P3.0~P3.7）：P3口为一个8位准双向I/O接口，另外还兼有中断（P3.2（外部中断0）、P3.3（外部中断1））、定时/计数器（P3.4（定时/计数器0）、P3.5（定时/计数器1））、串行通信（P3.0（串行口输入）、P3.1（串行口输出））、读/写（P3.6（外部数据存储器写信号）、P3.7（外部数据存储器读信号））等控制功能。
VCC供电电压；GND接地。
图2.1 STC89C52单片机引脚图
2.2.2 时钟电路与复位电路
1、时钟电路
单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2引脚分别为振
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荡器的输入端和输出端，时钟可以由内部或外部产生。内部时钟电路是在XTAL1和XTAL2引脚上接一定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡，定时元件通常是由石英晶体（晶振）和电容组成谐振电路。晶体振荡频率可在1.2MHz~12MHz之间选择，电容C1、C2的取值在5pF~30pF之间。外部时钟电路为XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器，振荡器频率为不低于12MHz的方波信号。设计采取的是内部时钟电路如图2.2所示。
图2.2 晶振电路原理图
2、复位电路
单片机有两种复位方式，上电复位和开关复位，上电复位在上电瞬间RC电路充电，RST引脚上出现正脉冲，只要正脉冲保持100ms以上，就能使单片机有效复位。由于某种干扰，单片机不能正常复位，就需要加开关复位，当开关按下时，单片机复位。
3、复位电路的用途
单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。单片机复位电路如图2.3所示。
图2.3 复位电路原理图
4、复位电路的工作原理
在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，
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如果释放后再按下，系统还会复位，所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。
在电路图中，电阻大小为10k，电容大小为0.1uF。所以根据公式，可计算出电容充电电压为单片机电源电压（5V）的0.7倍，充电到电源电压的0.7倍就是3.5V，所需时间为10K*0.1UF=1S。也就是说在电脑启动的1S内，电容两端的电压值在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端电压值从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在1S内，单片机的RST引脚接收的电压值在5V~1.5V之间。在5V工作正常的51单片机中低电平信号为小于1.5V的电压信号，高电平信号则为大于1.5V的电压信号。所以在开机1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为1S左右）。
在单片机启动1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在1S内，从 5V释放到变为了1.5V甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平，单片机系统自动复位。
对于片内有ROM/EPROM/E2PROM的单片机，用一片这种芯片构成的最小系统简单、可靠。构成最小系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路，将EA非接高电平即可。最小系统时，P0、P1、P2、P3都可用作I/O线，但由于集成度限制，片内存储器容量有限，因此，最小系统主要用于一些简单的控制系统中。 2.2.3 单片机使用注意事项
⑴对于31脚(EA/VPP)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行，当接低电平时，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行，这一点是初学者容易忽略的；
⑵晶振电路容易在焊接时漏掉电容需要接地，并且使用电容的大小一定要选准，晶振电路部分一定要焊接完全，否则容易使晶振电路出现虚接，影响设计；
⑶复位电路部分接口的电阻与电容选择要正确，要保证在电容充满电时，单片机有足够的时间进行复位；
⑷单片机的电源部分引脚接对，使用单片机时看单片机的缺口处来找单片机的引脚顺序；
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