《基于61单片机的数据采集系统毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于61单片机的数据采集系统毕业设计论文.doc（63页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
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位单片机芯片的性能，而且
2、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 and te
3、chnology 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 accou
4、nted 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, keyboard and
5、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 Typical app
6、licationsKeywords: data acquisition; SPCE061A; DS18B20目 录摘 要IAbstractII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93.2.2 61其余部件简介123.2.3 测温模块143.2.4 LED显示及键盘
7、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365.2.2 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
8、谢57 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
9、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、越限报警等），并按照需要进行显示和打印输出，如图1.1所示图1.1 数据采集系统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
10、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
11、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
12、，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，开始出现了通用的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。
13、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
14、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
15、中央处理器）、价格低廉等优点。一方面，单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
16、）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）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
17、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。第二章 总体方案设计2.1 方案选择方案一：采
18、用SPCE061单片机作为数据采集系统的控制核心，系统分为热电偶/热电阻温度采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、键盘控制模块、显示模块、语音报警等几部分。方案二：采用SPCE061单片机作为数据采集系统的控制核心，系统分为DS18B20温度采集模块、键盘控制模块、显示模块、语音报警等几部分。相比较方案一，方案二具有相对比较明显的优势，采用DS18B20数字温度传感器在信号采样上不需要经过信号调理模块和A/D转换模块，不仅提高了温度采集的精度，而且使得温度采集部分的电路设计更简便、测温更准确。 因此，本设计采用方案二作为基于61A单片机数据采集系统的总体方案。2.2 功能简介1. 两路温度的
19、实时采集；2. 温度通过数码管显示，分手动和自动两种方式：自动状态循环显示各通道温度，每隔2s切换一个通道；手动方式下只显示被选择的通道温度；3. 可以为每一个通道设置独立的报警温度。可扩展功能：1. 将DS18B20由2路扩展到4路；2. 实现在一条数据总线上挂接多个DS18B20器件；3. 采集的温度可以通过串口发送到上位机，并由上位机显示；4. 可以将采集的温度值进行备份，并通过按键查询。2.3 系统硬件框图整个系统以SPCE061A为核心，前向通道包括DS18B20传感器输入电路，按键输入电路；后向通道包括：LED显示电路和语音输出电路。如图2.1所示：图2.1 系统整体框图2.4 各
20、个功能硬件模块连接说明系统的硬件连接如图2.2所示，用10Pin排线将61板IOA高8位（J9）与LED键盘模组的SEG接口连接；用10Pin排线将61板IOB高8位（J7）与LED键盘模组的DIG接口连接；用10Pin排线将61板IOB低8位（J6）与DS18B20模块接口连接。本设计采用61板自带的3个按键。图2.2 硬件连接模拟图第三章 数据采集系统硬件设计3.1 系统结构及功能简介数据采集系统如图3.1所示，整个系统采用高性能的凌阳SPCE061A单片机扩展显示器接口、按键接口。利用DS18B20温度传感器采集实时温度，显示电路将显示缓冲区的数据信息送至 LED显示,采用动态显示,节省
21、了硬件资源。整个系统的电路简单、实用，能够满足本数据采集系统各项功能的要求。图3.1 数据采集原理框图3.2 硬件芯片选择及功能简介3.2.1 SPCE061A芯片本设计使用凌阳SPCE061A单片机，SPCE061A是台湾凌阳公司推出的一款16位SoC（System on Chip,片上系统）的单片机，它采用高性能的n SP内核，具有丰富的硬件资源，并集成了ICE（在线仿真）电路接口，可以直接利用该接口对芯片进行下载（烧写）、仿真、调试等操作。凌阳科技公司为SPCE061A芯片配备的指令系统，具有易学易用、代码效率较高等特点，在n SP开发环境（IDE）的支持下，可采用标准C语言开发各种应用
22、程序。该芯片带有硬件乘法器，能够实现乘法运算、内积运算等复杂的运算。它不仅运算能力强，而且处理速度快，单周期最高可以达到49MHz。SPCE061A内嵌32K字的Flash程序存储器以及2K的SRAM。利用这些特性可以很容易实现温度采集及显示，而且具有语音处理优势，可以实现语音报警功能。 SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境（n SPIDE）用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的下载（烧写）也是通过该接口进行下载。 下图为SPCE061A单片机的内部结构框图：
23、图3.2 SPCE061A内部结构图SPCE061A性能简介：表3-1 SPCE061A的特性参数特性参数说明特性参数说明工作电压（CPU）VDD3.03.6V(I/O)VDDH为VDD5.5V模/数转换器7通道10位ADC和单通道10位声音ADCCPU工作频率0.3249.152Mhz数/模转换器2个10位DAC输出通道数据存储器2K字SRAMUART1个全双工通用异步收发器串行接口程序存储器32K字Flash ROMSIO1个同步串行设备接口I/O端口2组16位可编程输入/输出端口节电功能具备弱振和睡眠方式中断14个中断源，故障中断请求（FIQ）和中断请求（IRQ）两个中断优先级看门狗具备
24、清除时间周期为0.75S的看门狗定时/计数器两组16位可编程其他功能低电压复位、监测、保密下图所示为SPCE61A单片机的引脚图：图3.3 SPCE061A引脚图3.2.2 61其余部件简介在本设计中，硬件系统所使用的核心是61单片机，基于凌阳公司已有以61单片机位为核心的61板卡，所以在本设计中使用61板卡作为61单片机的载体。61板的核心是凌阳16位单片机SPCE061A，封装形式为PLCC84，各引脚功能参考下图所示中的SPCE061A原理图。图3.4 61板接口图（一）输入/输出（I/O）接口61板将SPCE061A的32个I/O口全部引出：IOA0IOA15，IOB0IOB15，而且
25、该I/O口是可编程的，即可以设置为输入或输出：设置为输入时，分为悬浮输入或非悬浮输入，非悬浮输入又可以设置为上拉输入或是下拉输入；在5V情况下，上拉电阻为150K，下拉电阻为110K；设置为输出时，可以选择同相输出或者反相输出。 （二）音频输入/输出接口61板具有强大的语音处理功能，如图3-3所示，X1是语音的MIC输入端，自带自动增益（AGC）控制， J3是语音输出接口，一个2pin的插针外接喇叭，由DAC输出引脚21或22经语音集成放大器SPY0030A放大，然后输出，SPY0030A是凌阳的一款芯片，功能相当于LM386，但是比LM386音质好，它可以工作在2.46.0V范围内，最大输出
26、功率可达700mW（LM386必须工作在4V以上，而且功率只有100mW）。 （三）在线调试器PROBE和EZ_PROBE接口图3-3中J4为PROBE的接口，该接口有5pin，我们就是通过它将PROBE与PC机连接起来进行调试、仿真和下载程序的。这样，就不需要再用仿真器和编程器了。 图3-3中的J11是EZ_PROBE的接口，我们提供一根下载线用作程序的下载，一端连接PC机的25pin并口，另外一端接61板的5pinEZ_PROBE接口。（四）电源接口图3-3中J10是电源接口，61板的内核SPCE061A电压要求为3.3V，而I/O端口的电压可以选择3.3V也可以选择5V。所以，在板子上具
27、有两种工作电压：5V和3.3V。对应的引脚中15、36和7必须为3.3V, 对于I/O端口的电压51、52、75可以为3.3V也可以是5V，这两种电平的选择通过跳线J5来选择。61板的供电电源系统采用用户多种选择方式：1、5V供电 用户可以用3节电池来供电，5V直流电压直接通过SPY0029（相当于一般3.3V稳压器）稳压到3.3V，为整个61板提供了5V和3.3V两种电平的电压。另外也可以直接外接5V的直流稳压源供电，5V电压再通过SPY0029稳压到3.3V。 2、3.3V供电 用户可以提供直流3.3V电压为实验板进行供电，此时整个板卡只有3.3V电压，I/O端口电压此时只有一种选择。 （
28、五）外部复位复位是对61板内部的硬件初始化，61板本身具有上电复位功能，即通电就自动复位，另外，还具有外部复位电路，即在引脚6上外加一个低电平就可令其复位。如图1.3中的RESET按键。3.2.3 测温模块本设计中使用了DS18B20温度传感器作为测温元件。DS18B20是DALLAS公司生产的一线制数字温度传感器；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到一起，CPU只需一根数据线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器
29、的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。1：技术性能描述：1.1 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。1.2 测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。1.3 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。1.4 工作电源: 35V/DC。1.5 在使用中不需要任何外围元件。1.6 测量结果以912位数字量方式串行传送。1.7 不锈钢保护管直径6。 1.8 适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温。1
30、.9 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2任选。1.10 PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。2：应用范围2.1 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域2.2 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。2.3 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。2.4 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。 DS18B20内部结构图3.5所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图 3.6所示，DQ为数字信号输
31、入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（寄生电源接线方式时接地）。图3.5 DS18B20内部结构图图3.6 DS18B20封装形式ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM排放循环冗余校验码（CRC=X8X5X41）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。例如125的数字输出为07D0
32、H，25.0625的数字输出为0191H，25.0625的数字输出为FF6FH，55的数字输出为FC90H。DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3.7、图3.8和图3.9所示。 图3.7初始化时序主机即单片机首先发480us960us的低电平，进行复位，然后释放总线，之后总线被外部上拉电阻电阻抬高，大约等待1560us之后，DS18B20发出60240us的低电平信号，以示存在，至此初始化结束。图3.8 写操作时序写“0”的时候，首先单片机发复位信号，然后发“0”于是低电平持续60us就完成了写“0”写“
33、1”的时候首先单片机发复位信号，持续时间大于1us小于15us然后发“1”持续50us以上即可。图3.9 读操作时序读时序也是主机先发低电平，然后在15us内检测连接DS18B20的数据线的引脚，从而读得相应值。DS18B20与单片机的典型接口：可以采用外接电源与寄生电源供电，采用寄生供电如图3.10所示，注意需要将DS18B20的VDD引脚接地。采用外接电源供电如图3.11所示，是较常用的供电方式。图3.10 寄生电源供电图3.11 外接电源供电在本设计中使用外接电源供电,其原理如图所示：图3.12 DS18B20工作电路3.2.4 LED显示及键盘模块LED键盘模组集成LED、KEY、数码
34、管功能，可作为单片机常用外围器件的扩展模块。LED键盘模组采用DC5V供电。主要功能为：1. 扩展了6位8段数码管，最大显示数据为999999； 2. 8个发光二极管，可作为显示状态信息使用； 3. 8个按键，可以组成1*8KEY也可组成2*4KEY； 4. 一个电位器，可以提供05V的模拟电压信号或者03.3V的模拟电压,与模组输入的VDD有关。5. 键盘LED模组接口简单，可方便与任何一款单片机进行软硬件接口设计。结构框图如下：图3.13 LED键盘模组结构框图布局框图如下：图3.14 LED键盘模组布局框图主要元器件有：1.ULN2003A，其内部为三极管阵列，其IN脚相当于三极管的B极
35、，OUT较相当于三极管的C极。若IN脚输入高电平，对应的OUT脚接地；IN脚输入低电平，对应的OUT脚截止输出。ULN2003A元件图为图3.15，图中：IN1IN7为输入信号，OUT1OUT7为输出信号。输入信号高有效。 2. LG5621AH，共阴极2位数码管。LG5621AH元件图为图3.16所示，图中：adp为数码管的段信号，G1、G2为2位数码管的位信号。段信号高有效，位信号低有效。图3.15 ULN2003A元件图图3.16 LG5621AH元件图3.DIG接口6位数码管L1L6的段发光管阳极和8个LED指示灯的阳极并联，并且8个LED指示灯采用共阴极方式。6位数码管L1L6的阴极
36、和8个LED的共阴极分别用DIG接口的DIG1DIG7控制，第4位数码管后时钟冒号D_DP的位信号用DIG8控制，位信号均为高有效，DIG接口详见图3.17。图3.17 DIG接口图4.SEG接口AG、DP是6位数码管L1L6的段信号和8个LED指示灯的阳极控制信号输入端。控制信号为高有效。见图3.18：图3.18 SEG接口图LED的使用说明：LED的使用主要涉及DIG接口（见图 11）和SEG接口（见图 12）。8个LED（ LED1LED8）采用共阴极设计共阴极即位信号用DIG接口中的DIG7控制，阳极即段信号由SEG接口的AG、DP控制。使用时首先将其位信号DIG7设置成有效状态“高”
37、，即选择了该元件，然后将其段信号AG、DP设置成需要的状态，即选择了显示信息，段信号“高”有效。相应原理见图3.19：图3.19 LED原理图按键直接使用61板自带的按键，其电路图如下所示：图3.20 1*3独立按键电路原理图在本设计中，显示采用6位数码管的其中4位（D1、D4D6）进行动态显示，电路原理如图 3.21所示。在使用时，将adp接IOA8IOA15，DIG1接IOB8，DIG4DIG6接IOB1113。图3.21 LED显示接线图第四章 数据采集系统软件设计4.1 软件结构简介本设计软件结构如图 4.1，图中可以看出各文件之间的调用关系。图4.1 软件结构图下面简要介绍一下各个程
38、序文件的功能： Main.c：主程序文件，实现系统的初始化，整个系统的运行控制，键值的处理和语音处理。Dig.asm：数码管显示文件，包含显示的端口初始化，显存的刷新，数码管的闪烁等。Key.asm：按键函数文件，按键的初始化、扫描及获取键值。Hardware.asm：语音的API函数文件，内含语音播放必须的用户接口函数。ISR.asm：中断服务函数文件：系统的显示刷新、按键扫描、通道的自动切换及语音的解码均通过中断。4.2 主程序设计程序的控制思想：系统运行后初始化系统变量、按键显示用到的I/O以及中断等；之后初始化两路DS18B20以确认器件的存在；初始化完成之后，将进行温度的采样，并执行
39、温度比较，如果温度大于35摄氏度（初始值为35），将进行超温语音提示。主程序循环过程中不断的扫描按键，如果有按键触发将会调用键值处理函数。 图4.2 系统主程序结构框图4.3 子程序设计4.3.1 DS18B20初始化DS18B20的初始化时序如图4.3所示，61A单片机对DS18B20的初始化流程为：图4.3 DS18B20初始化流程如果DS18B20初始化成功，将会返回1，否则返回0。4.3.2 DS18B20写操作DS18B20的写操作如图3.6所示，SPCE061A单片机对DS18B20的写操作分为写1操作和写0操作，其程序流程图如图4.4，图4.5所示：图4.4 向DS18B20写1
40、程序流程图4.5 向DS18B20写0程序流程图SPCE061A向DS18B20写一个完整的流程字节的程序流程如图4.6所示：图4.6 向DS18B20写一个字节程序流程4.3.3 DS18B20读操作读DS18B20总线的时序如图3.7所示，SPCE061A单片机对DS18B20的度操作数据流程如图4.7所示：图4.7 从DS18B20读一位数据流程SPCE061A单片机从DS18B20读一个完整字节的程序流程如图4.8所示：（DS18B20数据发送方式，先发送字节低位，再发送字节高位）图4.8 从DS18B20读一个字节程序流程4.3.4 DS18B20温度采集流程按照下面的流程操作才能从
41、DS18B20传感器获得温度，流程图如图4.9所示，本系统中一根数据线上接一个DS18B20，所以ROM匹配时采用跳过处理（SKIP），向DS18B20发送0xcc命令字即可；然后向DS18B20写命令字0x44启动一次温度转换。转换结束后，DS18B20将采集到的16位温度值存储到其ROM的最低两个字节。转换结束后必须对DS18B20进行初始化，然后才能通过向DS18B20写命令字0xbe读取ROM获取温度结果。图4.9 从DS18B20读一位数据流程温度转换部分的程序如下： F_18B20_Reset(uiChannel);DS18B20_WriteByte(uiChannel,0xcc)
42、; / 不进行ROM匹配DS18B20_WriteByte(uiChannel,0x44);/ 启动一次温度采样while(F_18B20_Read_DQ(uiChannel)=0) / 等待转换结束 *P_Watchdog_Clear = 0x0001; F_18B20_Reset(uiChannel);DS18B20_WriteByte(uiChannel,0xcc); / 不进行ROM匹配DS18B20_WriteByte(uiChannel,0xbe); / 读取ROM命令for(uiTemp=0;uiTemp2;uiTemp+) DatauiTemp = DS18B20_ReadBy
43、te(uiChannel);F_18B20_Reset(uiChannel);Data数组存储温度值，Data0为温度值的低8位，Data1为温度值的高8位。4.3.5 按键处理程序在本设计中一共用到了3个按键KEY1、KEY2、KEY3。按键用于显示方式的切换以及设置报警温度，其程序流程图如图4.10所示：图4.10 按键处理程序流程图4.3.6 中断服务程序在本设计的软件设计中一共用到了五个中断：FIQ_TMA、IRQ2_TMB、IRQ4_4KHz、IRQ5_2Hz、IRQ6_TMB2(128Hz)。FIQ_TMA中断：调用语音播放服务函数，实现语音播放，流程图如下所示：图4.11 FIQ
44、_TMA中断服务程序IRQ2_TMB中断：自动模式下，切换DS18B20通道，流程图如下所示：图4.12 TRQ2_TMB中断服务流程IRQ4_4KHz中断：数码管动态显示的刷新，流程图如下所示：图4.13 TRQ4_4KHz中断服务流程IRQ5_2Hz中断：设置状态下，闪烁被设置位，流程图如下所示：图4.14 TRQ5_2KHz中断服务流程IRQ6_TMB2（128Hz）中断：扫描按键，获取键值，流程图如下所示：图4.15 TRQ6_TMB2中断服务流程第五章 第五章 数据采集系统调试5.1 集成开发环境（IDE）简介61板配有凌阳自行研发设计的16位单片机开发环境IDE。此工具在Windo
45、ws环境下操作，支持标准C语言和汇编语言，集编译、编程、链接、调试和仿真于一体，应用方便简单易学。同时还提供大量的编程函数库，大大加快了软件开发的进程。 集成开发环境IDE具有友好的交互界面、下拉菜单、快捷键和快速访问命令列表等，使编程、调试工作方便且高效。此外，它的软件仿真功能可以在不连接仿真板的情况下模拟硬件的各项功能来调试程序。在集成开发环境IDE中，可以非常方便将编写好的程序，通过61板配套的下载线下载到61板上进行在线调试。61板的开发是通过下载线（EZ_PROBE）或在线调试器（PROBE）实现的。用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用的两件工具硬件在线实时仿真器和程序烧写器
46、。他们都利用了SPCE061A芯片内置的在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）和凌阳公司的在线串行编程技术。EZ_PROBE和PROBE均工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下，他们对应的5芯的仿真头分别连接到61板的缓冲电路输入管脚和SPCE061A芯片相应管脚上，实现在目标电路板上的CPU（SPCE061A）调试、运行用户编制的程序；另一头是标准25针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。 EZ_PROBE和PROBE不同的是在IDE集成开发环境下需要选择当前是使用哪一种方式进行调试，其中PROBE共有三种选择方式：采用自动方式调试可选Auto；采用PROBE调试可选PRINTER_PROBE；采用EZ_PROBE调试可选EZ_PROBE即可。5.2 61板的检测5.2.1 主要测试部分1、I/O口（A口作为输入，B口作为输出）； 2、睡眠功能（进入睡眠状态，绿色指示灯点亮）； 3、A/D转换输入（B口的低7位作为模拟电压源输出，对应A口的7个通道采样转换）； 4、MIC输入及语音输出（同时实现A/D和D/A转换功能）。5.
