安徽工程大学毕业设计（论文）
制器，一旦出现数据坏块将无法修，可靠性较NOR闪存要差。
NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。
NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于FLASH的管理和需要特殊的。
可以看出ROM的存储复杂，不适宜实时系统的数据存储。
FLASH是一个不错的解决方案。鉴于系统的复杂程度，暂时不考虑使用FLASH作为存储单元。
根据设计要求，记录某一记录点（电机状态改变时刻）的状态与时间需要6字节数据，即年（2000-2099年）、月（1-12月）、日（1-31日）、时（0-23时）、分（0-59分）、状态（0或1）这些数据，如果系统长时间的工作，将会有大批量的数据产生，假若数据存储空间不够大，将会产生数据的覆盖，从而降低了对数据分析的准确性。因此选用32K字节的数据存储器，可以记录大于5000项记录点数据，考虑到水箱上水与耗水的频繁程度不高，5000项数据已基本满足后期数据处理的需求。在实际应用中，系统设计在不掉电的工作环境下；软件上，上位机软件对数据提取后即可保存在PC机中，5000项数据进行时间上的缓冲是充足的。为节省CPU的工作时间，且由于RAM存储速度快、使用方便等特点，从而可以忽略了RAM掉电数据丢失的缺点。
2.3.5 时间模块设计方案
通过单片机的定时器，可以设计时间功能，然而单片机自身的产生时间数据大大占用了系统的资源，降低了工作效率，甚至影响了其他功能的实现，因此在本设计方案中，采用了外部芯片提供时间信号，用以系统记录时间信息。
目前市场上的时钟芯片很多，如DS1302/DS1307/HT1380/HT1381/PCF8563等。 DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日期、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线(1) RES（复位），(2) I/O（数据线），(3) SCLK（串行时钟）。时钟/RAM的读、写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
DS1302是由DS1202改进而来，增加了以下的特性双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。下面将主要的性能指标作一综合：
? 实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日期、星期、月、年的能力，
还有闰年调整的能力。
? 31*8位暂存数据存储RAM。
? 串行I/O口方式使得管脚数量最少。 ? 宽范围工作电压2.0~5.5V。 ? 工作电流2.0V时，小于300nA。
? 读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式。 ? 8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装。
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金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计
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2.3.6 A/D转换模块设计方案
A/D器件和芯片是实现单片机数据采集的常用外围器件。A/D转换器的品种繁多、性能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的就是如何选择合适的A/D转换器以满足系统设计要求的问题。选择A/D转换器件需要考虑器件本身的品质和应用的场合要求。基本上，可以根据以下几个方面的指标选择一个A/D器件。
1) A/D转换器位数
A/D转换器位数的确定，应该从数据采集系统的静态精度和动态平滑性这两个方面进行考虑。从静态精度方面来说，要考虑输入信号的原始误差传递到输出所产生的误差，它是模拟信号数字化时产生误差的主要部分。量化误差与A/D转换器位数有关。一般把8位以下的A/D转换器归为低分辨率A/D转换器，9~12位的称为中分辨率转换器，13位以上的称为高分辨率转换器。10位以下的A/D芯片误差较大，11位以上对减小误差并无太大贡献，但对A/D转换器的要求却提得过高。因此，取10位或11位是合适的。由于模拟信号先经过测量装置，再经A/D转换器转换后才进行处理，因此，总的误差是由测量误差和量化误差共同构成的。A/D转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。也就是说，一方面要求量化误差在总误差中所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差；另一方面必须根据目前测量装置的精度水平，对A/D转换器的位数提出恰当的要求。
目前，大多数测量装置的精度值不小于0.1%~0.5%，故A/D转换器的精度取0.05% ~ 0.1%即可，相应的二进制码为10~11位，加上符号位，即为11~12位。当有特殊的应用时，A/D转换器要求更多的位数，这时往往可采用双精度的转换方案。
2) A/D转换器的转换速率
A/D转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。
确定A/D转换器的转换速率时，应考虑系统的采样速率。例如，如果用转换时间为100us的A/D转换器，则其转换速率为10KHz。根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采10个样点，那么这样的A/D转换器最高也只有处理频率为1KHz的模拟信号。把转换时间减小，信号频率可提高。对一般的单片机而言，要在采样时间内完成A/D转换以外的工作，如读数据、再启动、存数据、循环计数等已经比较困难了。
3) 采样/保持器
采集直流和变化非常缓慢的模拟信号时可不用采样保持器。对于其他模拟信号一般都要加采样保持器。如果信号频率不高，A/D转换器的转换时间短，即采样高速A/D时，也可不用采样/保持器。
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简单3线接口。
与TTL兼容Vcc=5V。
可选工业级温度范围－40至＋85摄氏度。 与DS1202兼容。
在DS1202基础上增加的特性： 对Vcc1有可选的涓流充电能力；
双电源管用于主电源和备份电源供应； 备份电源管脚可由电池或大容量电容输入； 附加的7字节暂存存储器。
综上所述，选用DS1302时间芯片完全满足设计的需求。
安徽工程大学毕业设计（论文）
4) A/D转换器量程
A/D转换时需要的是双极性的，有时是单极性的。输入信号最小值有的从零开始，也有从非零开始的。有的转换器提供了不同量程的引脚，只有正确使用，才能保证转换精度。在使用中，影响A/D转换器量程的因素有：量程变换和双极性偏置；双基准电压；A/D转换器内部比较器输入端的正确使用。
5) 满刻度误差
满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。 6) 线性度
实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。
ADC0804是单路8位逐次比较型双极性输入A/D转换器，转换时间小于100?s。量化间隔：
??绝对量化误差：
??相对量化误差：
?0.195% （2-3） 28?1在液位传感器误差与参考电压误差不大的情况下，ADC0804是完全满足设计误差要求的。
2.3.7 通信模块设计方案
AT89S52单片机内部有一个全双工异步串行I/O接口，占用P3.0和P3.1两个引脚。利用该接口，可实现系统与上位机的通信。
不同设备间串口通信的过程中，需要采用相同的的接口标准才能通信。
典型的串行通讯标准是RS232和RS485，它们定义了电压，阻抗等，但不对软件协议给予定义。
RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美国电子工业协会，RS（Ecommeded Standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。
区别于RS232，RS485的特性包括：
1) RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为＋（2~6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为－（2~6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
2) RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
3) RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。
4) RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是
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5V?19.53125mV （2-1） 28??9.765625mV （2-2） 21??金小龙：基于单片机的液位控制系统的设计
允许连接多达128个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。
PC机作为上位机，一般情况下带有RS-232C通信接口，鉴于RS-485接口的优点与系统实际工作环境的需要，系统采用RS-485接口标准，使用RS-232/RS-485转换器与PC机连接进行通信。
MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS-485芯片。采用单一电源＋5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能。
2.3.8 电机控制模块设计方案
由于设计中没有规定水泵电机的参数规格，而且不同型号的水泵参数不尽相同，电气参数的不同使得在电路上的设计差异较大，因此在此仅作理论演示。
选用继电器作为电机控制的元件。
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
继电器主要产品技术参数：
1) 额定工作电压。是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。
2) 直流电阻。是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。
3) 吸合电流。是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。
4) 释放电流。是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。
5) 触点切换电压和电流。是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。
根据以上的参数，结合设计的演示性，选用额定工作电压120VAC/24VDC，工作电流3A，控制电压5VDC的小型继电器。
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