1、毕业设计论文基于 SPCE061A 单片机的数据采集系统摘 要数据采集系统的主要功能是把模拟信号变成数字信号，并进行分析、处理、存储、传输和显示。随着科学技术的快速发展，数据采集方面的技术也取得了非常大的进步，在工业现场、科学研究等很多方面得到了广泛应用。以嵌入式单片机为核心的数据采集系统己经在数据采集领域中占到了主要地位，并且开发了数据采集器和卡之类的产品，这使信息的数字化变得方便。在本设计以凌阳公司开发的SPCE061A 单片机为核心，外围部件包括了传感器电路，键盘和显示电路，利用DS18B20温度传感器实现两路温度采集，本设计充分利用了SPCE061A的资源，发挥了 16位单片机芯片的性
2、能，而且具有语音处理优势，可以实现语音报警功能，是SPCE061A 在数据采集方面的典型应用。关键词：数据采集；SPCE061A ；DS18B20 SPCE061A MCU-based data acquisition systemAbstractMain data collect system function is to turn analog signal into digital signal, and the analysis being in progress, to handle, to store, to transfer and show. With the science
3、and technology develop rapidly, data collect aspect technology has also got very big progress, has got extensive use in the respect of many such as industry scene, study of science. Embedded single-chip microcomputer as the core of the data acquisition system has been in the field of data collection
4、 accounted for the main status. And has developed the data collect implement and the card and the like the product, this make the information digitization become convenient.this design is developed by Sunplus SPCE061A single chip as the core, the external components include a sensor circuit, keyboar
5、d and display circuit, the use of temperature sensor DS18B20 the temperature to realize two-way temperature collection, this design makes full use of the SPCE061As performance, And has advantages of voice processing, Voice alarm function can be achieved. This is the data collection in SPCE061A Typic
6、al applicationsKeywords: data acquisition; SPCE061A; DS18B20目 录摘 要 .IAbstract .II第一章 引 言 .11.1 研究背景 .11.2 数据采集系统概述 .11.2.1 数据采集系统的发展 .21.2.2 单片机数据采集系统及其发展概况 .3第二章 总体方案设计 .62.1 方案选择 .62.2 功能简介 .62.3 系统硬件框图 .72.4 各个功能硬件模块连接说明 .7第三章 数据采集系统硬件设计 .93.1 系统结构及功能简介 .93.2 硬件芯片选择及功能简介 .93.2.1 SPCE061A 芯片 .93.2
7、.2 61 其余部件简介 .123.2.3 测温模块 .143.2.4 LED 显示及键盘模块 .18第四章 数据采集系统软件设计 .244.1 软件结构简介 .244.2 主程序设计 .244.3 子程序设计 .264.3.1 DS18B20 初始化 .264.3.2 DS18B20 写操作 .274.3.3 DS18B20 读操作 .294.3.4 DS18B20 温度采集流程 .304.3.5 按键处理程序 .324.3.6 中断服务程序 .33第五章 第五章 数据采集系统调试 .355.1 集成开发环境（IDE ）简介 .355.2 61 板的检测 .365.2.1 主要测试部分 .3
8、65.2.2 61 板的自检操作步骤 .365.3 LED 键盘模组自检 .375.4 系统运行及功能调试 .38总结 .39参考文献 .41附录 A 电路原理图 .43附录 B 程序清单 .45致谢 .57内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 研究背景在数字技术飞速发展的今天，将各种模拟信号转化为数字信号并进行相应的处理不仅可以提高系统性能还可以充分利用数字信号的各种处理算法来提高系统的灵活性和可靠性。随着单片机的运算速度的提高，在一些由单片机构成的较小系统中对信号进行实时处理已经成为可能，并且越来越受到人们的重视，这就要求作为最基本的数据采集系统既要具有很高的采样速
9、率，又要能提供更丰富的原始数据信息。系统经常需要采集各种模拟量信号、数字量信号，并对它们进行相应的处理。1.2 数据采集系统概述随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在工业生产和科学技术研究的各行业中得到广泛的应用。数据采集系统是20世纪70年代，人们在测量、模拟和逻辑控制领域率先使用了数字计算机，从而产生了集中式控制，数据采集系统是计算机应用于生产过程控制最早的一种类型，把需要采集的过程参数经过采样、A/D转换变为数字信号送入计算机。计算机对这些输入量进行计算处理（如数字滤波、标度变换、越限报警
10、等） ，并按照需要进行显示和打印输出，如图1.1所示工业对象测量元件调理模块 A / D 转换器计算机显示打印报警各种参数图1.1 数据采集系统内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）这类系统虽然不直接参与生产过程的控制，但其作用还是较为明显的。由于计算机具有速度快、运算方便等特点，在过程参数的测量和记录中可以代替大量的常规显示和记录仪表，对整个生产过程进行集中监视。数据采集系统主要是对大量的过程参数进行巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和处理、参数的越限报警以及对大量数据进行积累和实时分析。随着微型计算机技术的飞速发展和普及 ,数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中 ,应用这一系统可
11、对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录 ,以便提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中 ,应用数据采集系统可获得大量的动态信息 ,是研究瞬态物理过程的有力工具 ,也是获取科学奥秘的重要手段之一 ,它将提高人们对各种瞬态现象进行研究的能力。1.2.1 数据采集系统的发展数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非熟练人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以实现众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大约在60年代后
12、期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代中后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机融为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。20世纪80年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）现了通用的
13、数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机等构成。例如：国际标准ICE625 （GPIB ）接口总线系统就是一个典型的代表。这类系统主要用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成，例如：STD总线系统是这一类的典型代表。这种系统采用积木式结构，把相应的接口卡装在专用的机箱内，然后由一台计算机控制。第二类系统在工业现场应用较多! 这两种系统中如果采集测试任务改变，只需将新的仪用电缆接入系统，或将新卡再添加到专用的机箱即可完成硬件平台重建，显然，这种系统比专用系统灵活得多。20世纪80年代后期，数据采
14、集系统发生了极大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统的成本降低，体积减小，功能成倍增加“数据处理能力大大加强。20 世纪 90 年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统（DAS ）。目前有的 DAS 产品精度已达16 位，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修
15、改系统，迅速地组成一个新的系统。1.2.2 单片机数据采集系统及其发展概况目前，计算机硬件技术向着巨型化、微型化和单片化三个方向高速发展。自 1975年美国德克萨斯仪器公司第一块单片微型计算机芯片 TMS-1000 问世以来，在短短的三十多年间，单片机技术已发展成计算机技术中一个非常有前途的分支，并且已有了自己的技术特征、规范、发展道路和应用领域。单片机芯片具有体积小、个性突出（某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器） 、价格低廉等优点。一方面，单内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）片机是自动控制系统的核心部件之一，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、通信终端设备、家用电器、高档电子
16、玩具等领域。另一方面，由于模拟技术的局限性模拟信号在传输、存储、重现过程中不可避免地存在失真以及保密性差等无法克服的缺点，在高速 A/D 与 D/A 转换、数字信号处理技术的推动下，电子技术正逐步向数字化方向发展，而电子技术数字化的关键和核心是数字信号的处理，单片机正是电子技术数字化的核心部件之一。单片机所具有的特点：（1）单片机 CPU 抗干扰性强；（2）单片机 CPU 可靠性高；（3）单片机 CPU 电磁辐射量小；（4）单片机 CPU 控制功能很强，但数值计算能力较差；（5）单片机指令系统比通用微机的指令系统简单；（6）单片机芯片往往不是单一的数字电路芯片，而是数字、模拟混合电路系统；（7
17、）单片机芯片更新换代的速度比通用微处理器慢得多。单片机先后经历了 4 位机、8 位机、16 位机、新一代 8 位机和 32 位机等几个具有代表性的发展阶段。4 位机主要用在家用电器，比如电视机、空调机、洗衣机中；8 位机通用性强，速度快，与外设芯片、设备接口方便，随着价格的不断下降，8 位机已成为单片机的主流，应用范围很广，在以 8 位机作为控制核心的系统中采用一些新技术，如模糊控制、变频调速等，提升了控制对象的智能化、自动化程度，降低了能耗；16位机具有较强的的数值运算能力和较快的反应速度，常用在需要实时控制、处理的系统中；32 位嵌入式单片机芯片具有很强的数值计算能力，在图像处理、机器人控制、Internet 接入设备需求的刺激下， 32 位嵌入式单片机芯片的销量在迅速上升。在今后一段时期内，8 位、16 位和 32 位嵌入式单片机芯片销量的绝对值可能会有不同程度的增内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）长。 基于以上的论述，该阶段数据采集系统向高速、模块化和即插即用方向发展，正是在这样的背景下，本设计选用了高性能的16位SPCE061A单片机为核心，采用模块化的设计思想，对现场进行两路温度采集。这样的设计简化了电路，提高了采样精度。并且能够很方便地运用在现场，这样设计是很有意义也是很有必要的。
