1、XXXXXXX大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于单片机的数据采集系统设计学生姓名：学 号：专 业：班 级：指导教师： 基于单片机的数据采集系统设计摘 要数据采集系统是指将温度、压力、流量、位移等工业现场的各种物理量通过传感器变为电信号，经过放大、A/D采样转为数字量后，由计算机进行存储，处理、显示或打印的装置。数据采集系统由传感器、模拟信号调理电路、数据采集电路三部分组成。本设计主要是利用凌阳单片机集成的ADC模-数转换器直接将采集到的模拟信号转化为数字信号。将当前的温度结果直接通过串口传送至上位机PC，可以直接在LED端观察温度的数据值，并根据需要进行相应的数据分析和处理。本设
2、计系统不但能对单路信号进行采集，而且还可以对多路信号进行循环采集，最多可采集4路。在改变线性化程序的前提下，既可以采集温度信号，也可对压力、流量等信号进行采集。关键词：数据采集；传感器；单片机；数据存储Data Acquisition SystemAbstractData acquisition system refers industry scene and so on the temperature, pressure, current capacity, displacement each kind of physical quantities(simulated signal) bec
3、omes through the sensor the electrical signal, again passes through A/D carries on the sampling to transfer the digital quantity, carries on the memory by the computer, processing, the demonstration or the printing data acquisition system by the computer, processing,the demonstration or the printing
4、 installment. The data acquisition system by the sensor, the simulated signal recuperation electric circuit ,the data acquisition electric circuit three parts is composed. This design is mainly use the ADC chip integration of sunplus converter directly to the analog signals collected into digital si
5、gnals. The temperature will result directly through a serial port transfer first machine can be directly on the PC,we can observe the data of temperature on the LED, and according to the need for the corresponding data analysis and processing.Not only this system can carry on gathering to the single
6、-channel signal, moreover has also been possible to carry on circulation gathering to the multi-channel signals most may gather 4 groups. Namely may gather the temperature signal, simultaneously changes the linearized procedure also to be possible to the pressure, the current capacity equisignal to
7、carry on gathering. Key words: Data acquisition; Sensor;MCU; Data storage 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1设计背景11.2 数据采集系统的应用及发展2第二章 数据采集系统综述42.1数据采集的意义与作用42.2数据采集系统的结构形式52.3数据采集系统的基本功能52.3.1数据采集62.3.2模拟信号处理62.3.3数字信号处理62.3.4开关信号处理62.3.5数据处理62.3.6屏幕显示72.3.7数据存储72.3.8打印输出72.3.9人机联系7第三章 系统硬件电路设计83.1 系统结构图8
8、3.2 硬件连接图83.3热电偶83.3.1热电偶测温原理83.3.2热电偶的种类及结构形成93.3.3热电偶的冷端温度补偿103.3.4热电偶与CD4052的连线图113.4 多路转换开关CD4052113.5通用放大电路123.6 SPCE061A简介133.6.1 SPCE061A性能简介143.6.2 SPCE061A的结构图153.6.3 SPCE061A应用领域153.7 SPCE061A单片机硬件结构153.7.1 nSP的内核163.7.2 SPCE061A片内存储结构173.7.3 SPCE061A输入/输出接口193.7.4时钟发生器203.7.5实时时钟RTC(Real
9、Time Clock)213.7.6锁相环PLL（Phase Lock Loop）振荡器213.7.7系统时钟213.7.8时间基准信号223.7.9定时器/计数器223.7.10睡眠与唤醒233.7.11模-数转换器ADC233.7.12 DAC方式音频输出263.7.13低电压监测/低电压复位（LVD/LVR）263.7.14串行设备输入输出接口（SIO）263.7.15通用异步串行接口UART263.7.16看门狗计数器（WatchDog）273.8数码显示电路283.9电源电路293.10 ICE接口电路30第四章 系统软件的设计314.1主程序设计314.2 A/D采样、滤波子程序3
10、24.3线性化子程序334.4存储子程序354.5显示子程序36第五章 程序调试38总 结39参考文献40附录A 源程序42附录B 硬件原理图49附录C 61A板电路原理图50致 谢51第一章 绪 论1.1设计背景为了确知某一测试对象的各项特性，我们常常要借助各种仪表和各种手段（直接测量或遥测）来获得各种各样的测量结果（数据）。但这些数据中包含有变换误差、设备误差以及在传输过程中（当采用遥测方式时）引入的各种干扰所造成的误差等。而且这些数据量通常都很大，有意义的部分和无意义的部分混杂在一起，如果不加取舍的直接应用，必然会造成极大不便。1传统靠人工控制的温度、湿度、液位等信号的测压力控系统，外围
11、电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准(非线性校准、温度补偿、传感器标定等)；且它们的体积较大、使用不够方便，更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与，外界设备多，成本高，因而越来越适应不了社会的要求。在对多类型、多通道信号同时进行检测和控制中，传统的测控系统能力有限。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很迫切的问题。2数据采集技术是一种实用的电子技术，它广泛应用于信号检测、信号处理、仪器仪表等领域。近年来，随着数字化技术的不断发展。数据采集技术也呈现出速度更快、通道更多、数据量更大的发展趋势。数据采集是为了对温度、压力、流量、
12、速度、位移、光强度、声音等物理量进行在线测量和控制，通过传感器把上述物理量转换成模拟物理量的电信号。然后将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送进计算机处理、存储、传输和显示。3随着电子测量技术与计算机技术的发展，面对各种检测对象和大量的测试点，需要利用数据采集系统将多路被测量转化为数字量，再经过单片机或微型计算机进行数据处理，实现实时测量。目前，数据采集系统正朝着集成化、单片机系统化的方向发展。单片机数据采集系统的典型代表有美国加恒公司生产的TC534，美国TI公司的MSC1201Y2/1201Y3/1201Y4/1201Y5型噪声极低的多通道单片机系统以及CY8C2xxx系列可
13、编程单片系统（PSOC）。中国台湾SinoStar公司开发的SCX501/SCX502系列单片系统。4此外，计算机的发展对通信起了巨大的推动作用。计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。数据通信是计算机广泛应用的必然产物。伴随着测控技术的迅猛发展，以嵌入式计算机为核心的数据采集系统已经在测控领域中占到了统治地位。并且由于测量的对象和环境的不同，数据采集的设计有不同的侧重点，但是不外乎这几个方面：超高速数据采集系统、低功耗数据采集系统、便携式数据采集系统或者它们中的不同组合系统。31.2 数据采集系统的应用及发展随着科学
14、技术的发展，对有用信号进行数据的采集，分析，计算，提取等有较好的运用。数据采集系统的应用范围非常广泛，一般的数据采集主要应用于：1.生物医学信号处理2.多媒体技术与人机交互3.导航与现代通信技术4.遥感，遥测的应用5.人工智能与模式识别，计算机视觉与可视化6.雷达，声纳信号处理7.微弱信号处理技术5随着数据采集系统被广泛的利用，在特定的行业要获得较精确的采样数据，都需要对该系统进行特殊的要求。如：由于工业现场环境恶劣，很多设备（比如变频器）都是对数据采集产生很大干扰的干扰源；而且一般的采集器都有多路信号输入，它们地线相连会导致干扰通过地线进入正在采集的信号，使得数据采集不准确，因此数据采集器的
15、抗干扰设计十分重要。所以，在数据采集系统的发展过程中，为满足特定的要求，数据采集系统的发展方向主要面对：1.系统抗干扰性 保证获得的数据较精确。如：可设计一个数据采集器，它除了正常的低、通滤波，RC滤波外，还可用PHOTOMOS光继电器对每路信号进行隔离，每路信号的地线都独立开来。2.实时通信 保证数据处理单元能较快的得到要处理的数据，提高了主机的运行效率，如：采集现场与处理单元距离短可用RS-232总线，距离长可用RS-485总线。3.高速数据采集 一般数字信号的获得需要对模拟信号进行采集，这就需要高速，高性能的A/D转换相适应。4.低功耗性 适合与电池供电和空间受限的工作环境以及便携式场合
16、。第二章 数据采集系统综述2.1数据采集的意义与作用 数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。6数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域：比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采
17、集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包抱对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。7在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先，分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次,总线兼容型数据采集插件的
18、数量不断增大,与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。8随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速的得到应用。再生产过程中，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，为提高产品质量、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，是研究瞬时物理过程的有力工具。总之，不论在哪个领域中，数据采集与处
19、理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。数据采集系统是被测对象与微机之间的通道，因为微机只能接受数字信号，而被测对象常常是一些非电量，所以，数据采集系统的前一环节是通过传感器感受被测对象，后一环节是将模拟信号放大转换为数字信号。在实际数据采集中，实际上往往要对多个信号进行采集，这些信号有可能是相同的物理量也可能不同，这就需要设计出一个多路数据采集系统，来满足对多通道数据的采集和存储。9数据采集系统的任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成微处理器能够识别的数字信号，然后送入微处理器，根据不同的需要由微处理器进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算机得到的数据进行显示或打印
20、，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还被生产过程中的微型计算机控制系统用来控制某些物理量。10数据采集系统性能的好坏，主要取决它的精度和速度。再保证精度的前提下，要尽可能提高采样速度。2.2数据采集系统的结构形式11数据采集系统主要由硬件和软件两部分组成。从硬件方面来看，目前的数据采集系统的主要结构形式有两种，一种是微型计算机的数据采集系统，另外一种是集散型数据采集系统。微型机算计采集系统是由传感器，程控放大器，采样/保持器，A/D转换器，计算机以及外设等部分组成。集散型采集控制系统是计算机网络技术的产物，它是由若干个数据采集站和一台上位机以及通讯线路组成。数据采集站一般是由单片机数据
21、采集装置组成，位于生产设备附近，可独立完成数据的采集和预处理任务，还可以数字信号的形式传送给上位机。上位机一般为PC或者工控机，配置有打印机和绘图机。上位机用于将各个数据采集站送来的数据集中显示在显示器上或被打印机打印成各种报表或以文件形式存储在磁盘上。此外，还可将系统的参数发送给各个数据采集站，以调整数据采集的工作状态。数据采集站与上位机之间通常采用异步串行方式传送数据，数据通道通常采用主从方式，由上位机确定与哪一个数据采集站进行数据传送。2.3数据采集系统的基本功能 由数据采集系统的任务可以知道，数据采集系统具有以下几方面的功能。122.3.1数据采集 微处理器按照预先选定的周期，对输入到
22、系统的模拟信号进行采样，有时还要对数字信号、开关信号进行采样。数字信号和开关信号不受采样周期的限制，当这类信号到来时，由相应程序负责处理。2.3.2模拟信号处理 模拟信号是指随时间连续变化的信号，这些信号在规定的一段时间内，其幅值为连续值，即从一个量变到下一个量时中间没有间断，如正弦信号。模拟信号有两种类型：一种是由各传感器获得的低电平信号；另一种是由仪器、变送器输出的0到20MA或4到20MA的电流信号。这些模拟信号经过采样和A/D（模/数）转换输入到微处理器后，常常要进行数据正确性判断、标度变换、线性化等处理。模拟信号非常便于传送，但它对干扰信号很敏感，容易使传送中的信号的幅值相位等发生畸
23、变。因此，有时还要对模拟信号做零漂修正、数字滤波等处理。2.3.3数字信号处理数字信号是指在有限的离散瞬时上取值间断的信号。在二进制系统中，数字信号是由有限字长的数字组成，其中每位数字不是0就是1，这可由脉冲的有无来体现。数字信号的特点是，它只代表某个瞬时的量值，不是连续的信号。数字信号是由某些类型的传感器或仪器输出，它在线路上的传送形式有两种：一种是并行方式传送；另一种是串行方式传送。数字信号对传送线路上的不完善性（畸变、噪声）不敏感，这是因为只需检测脉冲的有无来获取信号，至于信号的精确度（幅值、连续时间）是无关紧要的。数字信号输入到微处理器后，常常需要进行码制转换的处理，如BCD码转换成A
24、SCII码，以便显示数字信号。2.3.4开关信号处理开关信号主要由各种开关器件，如按扭开关、行程开关和继电器触点等。开关信号的处理主要是监测开关器件的状态变化。2.3.5数据处理 数据处理单元采用SPCE061A单片机，它具有32K的FLASH ROM，可以满足键盘管理，测量计算值显示，工程量转换以及通信管理等程序容量的要求。主处理器与数据接受器的信息交换书通过中断方式进行的。把直接由传感器采集到的数据称为一次数据，通过对一次数据进行某种数学运算而获得的数据称为二次数据。二次数据处理主要有平均、累计、变化率、差值、最大值和最小值等。2.3.6屏幕显示CRT显示装置可把各种数据以方便于操作者观察
25、的方式显示出来，屏幕上显示的内容一般称为画面。常见的画面有相关画面、趋势图、模拟图、一览表等。2.3.7数据存储 数据存储就是按照一定的时间间隔，定期将某些重要数据存储在外部存储器上。2.3.8打印输出打印输出就是按照一定的时间间隔或人为控制，定期将各种数据以表格或图形的形式打印出来。2.3.9人机联系人机联系是指操作人员用键盘或鼠标与系统对话，完成运行方式的设置。具体的是可以通过键盘和LED显示装置与数据采集系统对话对系统的运行方式、采样周期等参数进行设制。第三章 系统硬件电路设计133.1 系统结构图 图3.1系统结构图如图3.1所示为系统结构图，它分为热电偶传感器、多路转换开关CD405
26、2、信号放大器电路、凌阳61单片机、LED显示器。整个系统以SPCE061A为核心，前向通道包括热电偶传感器，多路开关及信号放大电路；后向通道主要包括：LED显示电路。3.2 硬件连接图 图3.2硬件连接图3.3热电偶3.3.1热电偶测温原理热电偶传感器是一种将温度变化转换为电势变化的传感器。在工业生产中，热电偶是应用最广泛的测温元件之一。其主要优点是测温范围广，精度高、性能稳定、结构简单、动态性能好，把温度转换为电势信号便于处理和远距离传输。14热电偶把两种不同的金属A和B构成一个闭合电路，当两个接触端温度不同，即TT0时,回路中会产生热电势EAB(T,T0),如图3.3所。15图3.3热电
27、偶原理图由于不同的金属材料内部的自由电子密度不相同，当两种金属材料A和B接触时，自由电子就要从密度大的金属材料扩散到密度小的金属材料中去，从而产生自由电子的扩散现象，如图3.4所示。图3.4 热电偶接触热电势示意图当金属材料A的自由电子密度比金属材料B大，则有自由电子从A扩散到B，当扩散达到平衡时，这样金属材料A失去电子带正电荷，而金属材料B得到电子带负电荷。这样，在A，B接触处形成一定的电位差，这就是接触电势（也叫帕尔帖电势），其大小可表示为 式（3.1）式中，为电极A和电极B在温度为T时的接触电势；为玻耳兹曼常数；T为接触面的绝对温度；为单位电荷量；、分别为金属电极A和B的自由电子密度。1
28、63.3.2热电偶的种类及结构形成常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型标准热电偶。K型（镍铬镍硅）是使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的总和。其使用温度01300。优点是线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性较好，抗氧化性强，价格便宜，能用于氧化性和惰性气氛中。但K型热电偶不能在高温下直
29、接用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。173.3.3热电偶的冷端温度补偿由热电偶测温公式可知，热电偶的热电势大小不仅和热端温度有关，还和冷端温度有关，只有当冷端温度恒定的时，才能通过测量热电势的大小得到热端温度。当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用冷端温度补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为0 。这就是热电偶的冷端处理和补偿。常用补偿方法如下：181补偿导线法：补偿导线在100以下的温度范围内，具有与热电偶相同的热电特性，用它连接热电偶可以起到延长热电偶冷端的作用。2热电偶冷端温度恒温法：这种方法就是通过一定的方法把热电偶的冷端温度保持
30、在恒定的温度，一般为0。由于这种方法特别麻烦，在工业生产中不适用，目前这种方法只在实验室的精确测量和检定热电偶时使用。3冷端补偿电桥法：这种方法是利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值。补偿电桥的4个桥臂中有一个臂是铜电阻作为感温元件，其余3个臂由阻值恒定的锰铜电阻制成。4软件计算修正法：在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0，而是环境温度T1，这时测量出的回路热电势比实际温度对应的热电势要偏小，因此必须加上环境温度T1与冰点T0之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶的分度表的要求。根据连接导体和中间温度定律则有 式（3.2）可以用室温计测出环境温度T1，从
31、分度表查出E（T1,0）的值，然后加上热电偶回路热电势E（T,T1），得到E（T,0）值，反查分度表即可得到准确的被测温度T值。本设计采用软件计算修正的方法来实现热电偶的冷端温度补偿。3.3.4热电偶与CD4052的连线图图3.5连线图其中1号热电偶为S型热电偶、2号热电偶为K型热电偶、3号热电偶为E型热电偶、4号热电偶为B型热电偶。3.4 多路转换开关CD4052CD4052的引脚功能见图。CD4052相当于一个双刀四掷开关,具体接通哪一通道,由输入地址码AB来决定。其真值表见表3.1。图3.6 CD4052引脚图表3.1：CD4052真值表输入状态接通通道INHBA000X0,Y0001X
32、1,Y1010X2,Y2011X3,Y31-均不接通本设计是通过凌阳61板的IOB2、IOB3口控制CD4052的A、B引脚来改变采集通道的，四个不同类型的热电偶的连接如图3.3.4所示。3.5通用放大电路 图3.7通用放大电路图 如图为通用（直接耦合）放大电路。 +INP、-INP为输入信号端，可以接热电偶输出信号或其它传感器输出的毫伏信号，经E1、C1滤波以消除高频干扰，W1为放大电路的调零电位器，W2为放大电路的调满电位器，可根据需要将放大电路的输出电压+V、-V调至2V或5V，该电路具有高输入阻抗和高共模抑制比的特点，差动输入，差动输出；调零和调满相互独立，互不干扰。这样既可减少电路调
33、节的工作量，又可提高调节精度。我们在具体应用时，放大器选用具有低温漂、低失调电压、低偏置电流的OP07，考虑到5V的电压输出，放大器的电源采用8V，W1、W2选用精密多圈电位器，电阻也精心挑选，特别是R3、R4、R6、R7要一致，以确保高共模抑制比。3.6 SPCE061A简介19 SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此
34、，与SPCE500A相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。SPCE061A在2.6V3.6V工作电压范围内的工作速度范围为0.32MHz49.152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。2K字SRAM和32K字闪存ROM仅占一页存储空间，32位可编程的多功能I/O端口；两个16位定时器/计数器；32768Hz实时时钟；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位DAC方式的音频输出功能。SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种最经济的应用。随着单片机功能集成化
35、的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理等领域。凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的nSP16位微处理器芯片（以下简称nSP）。围绕nSP所形成的16位nSP系列单片机采用的是模块式集成结构，它以nSP内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。nSP内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本
36、。nSP系列芯片有以下特点:一、体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展nSP家族把各功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。另外，模块化的结构易于系统扩展，以适应不同用户的需求。二、具有较强的中断处理能力nSP家族的中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实时应用领域。三、高性能价格比nSP家族片内带有高寻址能力的ROM、静态RAM和多功能的I/O口。另外，nSP的指令系统提供具有较高运算速度的16位16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能，使得nSP家族运用在复杂的数字信号处理方面既很便利，又比
37、专用的DSP芯片廉价。四、功能强、效率高的指令系统nSP指令系统的指令格式紧凑，执行迅速,并且其指令结构提供了对高级语言的支持,这可以大大缩短产品的开发时间。五、低功耗、低电压nSP家族采用CMOS制造工艺，同时增加了软件激发的弱振方式、空闲方式和掉电方式，极大地降低了其功耗。另外，nSP家族的工作电压范围大，能在低电压供电时正常工作，且能用电池供电。这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义。3.6.1 SPCE061A性能简介 16位nSP微处理器；工作电压(CPU)VDD为2.4到3.6V (I/O) VDDH为2.4到5.5V；CPU时钟：0.32MHz到49.152MHz；内置2
38、K字SRAM；内置32K FLASH；可编程音频处理；晶体振荡器；系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电仅为2A*3.6V；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数-模转换)输出通道；32位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；32768Hz实时时钟；7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自
39、动增益控制(AGC)功能；具备串行设备接口；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口；具有保密能力；具有WatchDog功能。203.6.2 SPCE061A的结构图图3.8 SPCE061A结构图3.6.3 SPCE061A应用领域 家用电器控制：冰箱、空调、洗衣机等白色家电仪器仪表：数字仪表（有语音提示功能）电表、水表、煤气表、暖气表工业控制智能家居控制器通讯产品：多功能录音电话、自动总机、语音信箱、数字录音系统产品医疗设备、保健器械（电子血压计、红外体温检测仪）体育健身产品（跑步机等）电子书籍（儿童电子
40、故事书类）、电教设备等语音识别类产品（语音识别遥控器、智能语音交互玩具等）193.7 SPCE061A单片机硬件结构 从结构图中可看出SPCE061A的结构比较简单其芯片内部集成了ICE (在线实时仿真/除错器)、FLASH (闪存)、SRAM (静态内存)、通用I/O 端口、定时器/计数器、中断控制、CPU时钟锁相环(PLL)、ADC (模拟数字转换器)、DAC (数字模拟转换器)输出、UART (通用异步串行输入输出接口)、SIO (串行输入输出接口)、低电压监测/低电压复位等模块，各个模块之间存在着直接或间接的关系。3.7.1 nSP的内核 21nSP的内核是由总线、ALU算术逻辑运算单
41、元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成。其结构如图3.9所示图3.9 nSP的内核结构和大多数单片机类似，nSP提供了基本的算术运算与逻辑操作指令，加法、减法、比较、补码、异或、或、与、测试、写入、读出等16 位算术逻辑运算及数据传送操作。只要稍加留意，就可以从图3.7.1中看出nSP的移位器SHIFTER 就串接在ALU 的前面，也就是说，操作数在经过移位处理后，马上会进入ALU 进行算数逻辑运算。所以，nSP的移位指令都是复合式指令，一个指令会同时完成移位和算术逻辑运算。程序设计者可利用这些复合式的指令，撰写更精简的程序代码，进而增加程序代码密集度(Code Density)。在微控制器应
42、用中，如何增加程序代码密集度是非常重要的问题；提高程序代码密集度可以减少程序代码的大小，进而减少ROM 或FLASH 的需求，以降低系统成本与增加执行效能。除了普通的16 位算数逻辑运算指令外，nSP还提供了高速的16 位乘法运算指令MUL，和16 位内积运算指令MULS 。二者都可以用于有符号数相乘或无符号数与有符号数相乘的运算。在nSP ISA指令集下，MUL 指令只需花费12 个时钟周期，MULS指令花费10n+6个时钟周期，其中n 为乘加的项数。例如：“MR=R2*R1 ，4”表示求4 项乘积的和，MULS指令只需花费46（104+6=46）个时钟周期。这两条指令大大的提升了nSP的数
43、字信号处理能力。 nSP的 CPU 的寄存器组一共有8 个16 位寄存器，可分为通用寄存器和专用寄存器两大类别。通用寄存器包括：R1R4，作为算术逻辑运算的来源及目标寄存器。专用寄存器包括SP、BP、SR、PC，是与CPU 特定用途相关的寄存器。3.7.2 SPCE061A片内存储结构21 SPCE061A 的内存地址映像如表3.2所示。芯片内的内存有2K 字的SRAM（包括堆栈区）和32K 字闪存（FLASH）。RAMSPCE061A有2K字的SRAM（包括堆栈区），其地址范围从0x0000 到0x07FF。前64 个字，即0x00000x003F 地址范围内，可采用6 位地址直接地址寻址方
44、法，存取速度为2 个CPU 时钟周期；其余范围内(0x00400x07FF)内存的存取速度则为3个CPU时钟周期。SPCE061A是一个用闪存替代mask ROM 的MTP(multi-time-programmable)芯片，闪存可以进行多次的擦除与写入，可用来存储程序与数据。SPCE061A具有32K字(32K16 位)闪存容量，这32K字的内嵌闪存被划分为128个页，每个页存储容量为256 个字。它们在CPU正常运行状态下均可通过程序擦除或写入。全部32K 字闪存均可在ICE工作方式下被写入或被擦除。表3.2 SPCE061A片内存储结构0X00000X07FF2K SRAM0X0800
45、0X6FF保留空间0X7FFFI/O端口系统端口0X80000XFFF532K FLASH ROM0XFFF60XFFFF中断向量堆栈SP是用来记录堆栈地址的寄存器，SP会指向堆栈的顶端。堆栈是一个先进后出的内存结构，nSP的堆栈结构是由高地址往低地址的方向来储存的。CPU 执行push、子程序、呼叫call、以及进入中断服务子程序时，会储存寄存器内容在堆栈里，这时SP 会递减以反映堆栈用量的增加。当CPU 执行pop、子程序返回ret、以及从ISR 返回reti 时，SP会递增以反映堆栈用量的减少。nSP堆栈的大小限制在2K字的SRAM 内，即地址为0x0000000x0007FF 的内存范
46、围中。SPCE061A 系统复位后，SP初始化为0x07FF，每执行push 指令一次，SP指针减一，其结构如图3.10。图3.10堆栈结构图闪存Flash SPCE061A是一个用闪存替代掩膜ROM的MTP(多次编程)芯片，具有32K字(32K*16bit)闪存容量。用户可用闪存来存储用户程序。为了安全起见，不对用户开放整体擦除功能。 用户必须通过向P_Flash_Ctrl(写)($7555H)单元写入 0xAAAA，来激活闪存的存取功能，从而访问闪存。然后，向P_Flash_Ctrl(写)($7555H)单元写入0x5511，来擦除页的内容。写入0x5533，对闪存编程。这些指令不能被任何其他的操作包括中断、ICE的单步跟踪动作打断。这是因为闪存控制器必须保证闪存处于编程状态。如果一些其它的进程插入到当前的执行队列里，闪存的状态将发生改变，擦除页和编程的操作不能再继续进行。 此外,为保证程序的正确编写，用户必须在编程之前擦除页的内容。页大小为0x100。第一页地址范围：0x80000x80FF，最后一页的地址范围：0xFF000Xffff。XFC000xFFFF范围内的地址由系统保留，用户最好不要用本
