基于STC12C5616AD芯片的数据采集系统概要Word文档下载推荐.docx
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目录
第一章绪论１
1.1数据采集系统的组成１
1.2数据采集系统的应用领域及发展前景１
第二章概述３
2.1单片机的组成３
2.2单片机的分类３
2.3单片机的特点５
2.4单片机的应用６
2.5单片机的发展６
第三章数据采集系统的硬件组成8
3.1原理图8
3.2数据处理器8
3.3I/O口配置10
第四章串口12
4.1RS232串口通信原理12
4.2串口的引脚定义13
4.3串口调试助手的使用17
4.4AD转换模块18
第五章数据采集系统的软件实现19
5.1串行通信19
5.2程序19
结束语27
参考文献：
28
致谢29
第一章绪论
随着科学技术和生产的发展，需要对各种参数进行测量，温度是工业对象中主要的被控参数之一。
在冶金工业，化工工业，电力工程，机械制造和食品加工等许多领域中，人们都需要对相应的温度进行实时监测控制。
1．1数据采集系统的组成
数据采集系统的主要内容通常包含硬件（连同单片微机在内的全部电子线路），软件（包括监控管理程序及各功能模块应用软件）及结构工艺等三部分组成。
一般的数据采集系统由：
数据采集单元，A/D转换单元，D/A转换单元，数据传输单元，数据处理单元，键盘/显示电路等几部分组成。
1．2数据采集系统的应用领域及发展前景
数据采集系统的应用范围非常广泛。
随着科学技术的发展，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。
一般的数据采集主要应用于：
生物医学信号处理、多媒体技术与人机交互、导航与现代通信技术、遥感、遥测的应用、人工智能与模式识别、计算机视觉与可视化、雷达、声纳信号处理、微弱信号处理技术。
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由：
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。
第二章概述
2.1单片机的组成
所谓单片机就是单片微型计算机（Single-chipMicrocomputer）,单片微型计算机的核心是微处理器MPU，与一般微型计算机所不同的是它将微处理器，内存，I/O接口，中断逻辑，定时器/计数器等集成到一个集成电路芯片上，有的单片机还集成了A/D，D/A转换器等电路，如图2—1所示。
这种结构特别使用于测控领域，因此，也称其为微控制器（Microcontroller）,简写为MCU，但国内大多数人习惯上都叫单片机。
图2—1单片机的组成框图
2.2单片机的分类
常用的单片机分类方法有两种，一是按字长分类，二是按用途分类。
1、按字长分类:
根据单片机对各种基本操作处理的数据来看，单片机有4位单片机，8位单片机，32位单片机和64位单片机等。
4位单片机：
4位单片机的主要生产国是日本，如Sharp公司的SM系列，东芝公司的TCLS系列，NEC公司的uCOM75**系列等。
此外，还有美国TI公司的TMS1000和NS公司的COP400系列。
国内也早已能够生产COP400系列的4位单片机。
4位单片机的主要特点是价格便宜，但功能并不弱，只是CPU为4位。
其片内存储器有2KBROM，128B*4的RAM等。
NEC公司的uPD75**的片内ROM可达8KB，RAM为512B*4，还带有6位A/D转换。
目前，4位单片机主要用于控制诸如洗衣机，微波炉等家用电器及高档电子玩具。
8位单片机：
8位单片机是目前单片机中的主流机型。
在8位单片机中，一般把无串行I/O接口和只提供小范围的寻址空间（小于8KB）的单片机称为低档的8位单片机，如Intel公司MCS-48系列和Faichild公司的F8就属于此类；
把带有串行I/O接口或A/D转换以及进行64KB以上寻址的单片机，称为高档的8位单片机，如Intel公司的MCS-51系列，Motorala公司的MC6810，Zilog公司的Z8等。
近年来，在高档8位单片机的基础上又出现了超8位单片机，如Intel公司的UPI-452，83C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC11等。
它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，而且还增加了高级通信，DMA传送和高速I/O功能。
另外，由于8位单片机的功能强，价格低廉，品种齐全，因而被广泛应用于各个领域。
特别是高档单片机的主要机型。
16位单片机：
16位单片机主要有Thomoson公司的68200系列，Intel公司的MCS-96系列，NS公司HPC16040和NEC公司的783**等。
而得到实际应用的16位单片机主要是Intel公司的MCS-96系列单片机。
32位单片机：
32位单片机首推英国Inmos公司的IMS414DPJI，它是目前并行处理位数最高的单片机之一。
64位单片机：
64位单片机的处理能力是任何32位单片机都无法达到的。
目前，SperH，MIPSTechnologies东芝等厂商还是准备将64位单片机微处理器内核推向嵌入式系统市场。
2、按用途分类
按用途分类，可将单片机分为通用型单片机和专用型单片机两种。
3、通用型单片机：
将资源全部提供给用户使用，如片内寄存器，存储器，中断系统，定时器/计数器，I/O接口等。
其适应性强，扩展容易，构建各种应用系统十分灵活，应用广泛。
如MCS-51系列单片机。
4、专用型单片机：
针对各种特殊应用场合而专门设计的单片机。
如生产过程控制，数据采集与信号处理等。
它们通常是微控制系统的集成化产品。
TMS320系列就是专门用于数字信号处理的单片机（也称DSP芯片），他的指令周期短，运算速度和精度高。
2.3单片机的特点：
由于单片机是在一块大规模或超大规模集成电路芯片上集成了微型计算机的主要功能单元，本身就是具有一定规模的计算机，因此，其紧凑的结构，小巧的形体在许多应用场合是其他类型的计算机所不能比拟的，其特点归纳如下：
1、形小体轻功耗低
如前所述，单片机就是一个计算机芯片，在这个芯片上集成了计算机的基本功能部件，甚至是构成技术应用系统的各功能部件。
因此，其集成度相当高，而这个芯片的尺寸与普通的集成块是一样的，那么形小体轻自然不用说了。
而且，由于单片机大量用于便携式产品和家用电器，设计时专门考虑了低电压，低功耗环境。
如许多单片机可在2.2V甚至1.2V或0.9V电压下工作，其功耗可降低至uA级，一颗纽扣电池供电可以使用很长时间。
另外，由于集成度高，抗干扰能力强，其本身的可靠性也相当高。
2、能强，运算速度快，性价比高
单片机在构成测控系统，电器控制装置，智能仪器等方面与其他微型计机相比有特别明显的优势，在设计软件，硬件资源时充分考虑了这方面的功能，如指令系统中具有丰富的程序分支转移，布尔处理和逻辑控制命令，有定时器，中断系统，I/O接口，各种控制寄存器等丰富的硬件资源。
单片机特有的结构形式，提高了运算速度。
有的单片机还采用了RISC和DSP技术，进一步改善了运行效率。
随着各种新技术的不断发展，各厂商在提高单片机性能的同时进一步降低价格，性能价格比成为竞争焦点之一，因此，从总体上讲单片机优于普通的微处理器。
而单片机价格可降低至0.5美元。
3、应用系统研制周期短，软，硬件开发灵活方便
由于单片机有丰富的内存和I/O接口等功能单元，可直接与外围电路或芯片连接，编写简单程序就可以构成应用系统。
而且利用简单的开发工具就可以在应用环境下进行软件，硬件调试，修改也十分方便。
调试成功后即可成为实际的应用系统。
因此，研制应用系统的时间可减到最短，其开放性的灵活扩展功能使软，硬件开发变得简单，也易于掌握。
另外，为防止因突然掉电造成信息丢失或损坏，单片机基本上都设计了备用电源引脚，可以很方便地接入备用电源，以利保护信息。
2.4单片机的应用
由于单片机的超小型结构和优越的性价比，使其应用领域十分广泛，这里列出一些主要的应用领域。
1、工业控制：
各种测试系统，机器人等。
2、仪器仪表：
智能仪器仪表，医疗仪器等。
3、家电，玩具：
各种游戏机，全自动家用电器，摄像机，激光盘驱动器，电子玩具等。
4、计算机外设和通讯设备：
各种计算机外设控制（磁盘驱动器控制，打印机控制，键盘控制），调制调解器，智能线路运行控制等。
5、数据处理：
图形处理，数字信号处理（DSP），数据采集与处理，复印机控制等。
6、汽车控制：
点火系统控制，变速器控制，防滑刹车控制，排气控制等。
7、国防应用：
鱼雷制导控制，导弹控制，智能武器控制，其他航空航天系统。
随着单片机技术的发展，新的产品不断涌现，应用领域还将继续扩大。
2.5单片机的发展
1、单片机技术的发展特点：
自单片机出现至今,单片机技术已走过了近20年的发展路程。
纵观20年来单片机发展历程可以看出,单片机技术的发展以微处理器（ＭＰＵ）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,以广泛的应用领域拉动,表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
单片机长寿命
这里所说的长寿命,一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年,另一方面是指与微处理器相比的长寿命。
随着半导体技术的飞速发展,ＭＰＵ更新换代的速度越来越快,以386、486、586为代表的ＭＰＵ,很短的时间内就被淘汰出局,而传统的单片机如68ＨＣ05、8051等年龄已有15岁,产量仍是上升的。
这一方面是由于其对相应应用领域的适应性,另一方面是由于以该类ＣＰＵ为核心,集成以更多Ｉ/Ｏ功能模块的新单片机系列层出不穷。
可以预见,一些成功上市的相对年轻的ＣＰＵ核心,也会随着Ｉ/Ｏ功能模块的不断丰富,有着相当长的生存周期。
新的ＣＰＵ类型的加盟,使单片机队伍不断壮大,给用户带来了更多的选择余地。
2、8位、16位、32位单片机共同发展：
这是当前单片机技术发展的另一动向。
长期以来,单片机技术的发展是以8位机为主的。
随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭,32位单片机应用得到了长足发展。
以Motorola68Ｋ为ＣＰＵ的32位单片机97年的销售量达8千万枚。
过去认为由于8位单片机功能越来越强,32位机越来越便宜,使16位单片机生存空间有限,而16位单片机的发展无论从品种和产量方面,近年来都有较大幅度的增长。
3、单片机速度越来越快：
MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。
而单片机则有所不同,为提高单片机抗干扰能力,降低噪声,降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。
一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序,在不提高时钟频率的条件下,使运算速度提高了很多,Motorola单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。
68HC08单片机使用4.9M外部振荡器而内部时钟达32M,而M68Ｋ系列32位单片机使用32Ｋ的外部振荡器频率内部时钟可达16MHｚ以上。
4、低电压与低功耗：
自80年代中期以来,NMOS工艺单片机逐渐被CMOS工艺代替,功耗得以大幅度下降,随着超大规模集成电路技术由3μｍ工艺发展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35近而实现0.2μｍ工艺,全静态设计使时钟频率从直流到数十兆任选,都使功耗不断下降。
Motorla最近推出任选的Ｍ.CORE可在1.8Ｖ电压下以50M/48MIPS全速工作,功率约为20ｍＷ。
几乎所有的单片机都有Wait，Stop等省电运行方式。
允许使用的电源电压范围也越来越宽。
一般单片机都能在3到6V范围内工作,对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。
低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。
0.9V供电的单片机已经问世。
5、低噪声与高可靠性技术：
为提高单片机系统的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。
如美国国家半导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路,增强了“看门狗”的性能。
Motorola也推出了低噪声的LN系列单片机。
随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高,单片机正在不断产生新的变化和进步,人们发现:
单片机与微机系统之间的距离越来越小,甚至难以辨认。
单片机在目前的发展形势下,表现出以下几大趋势:
1、可靠性及应用水平越来越高
和互联网的连接已是一种明显的走向。
现在的新型单片机已经集成ＩＰ技术与蓝牙技术,对网络的连接支持功能越来越强。
2、所集成的部件越来越多
单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例如:
定时器,比较器,Ａ/Ｄ转换器,Ｄ/Ａ转换器,串行通信接口,Watchdog电路,LCD控制器等。
有的单片机为了构成控制网络或形成局部网,内部含有局部网络控制模块ＣＡＮ。
3、功耗越来越低
现在新的单片机的功耗越来越小,特别是很多单片机都设置了多种工作方式,这些工作方式包括等待,暂停,睡眠,空闲,节电等工作方式。
零功耗系统正是当前设计的追求目标。
4、和模拟电路结合越来越多
单片机正被广泛的嵌入到各种应用系统中。
单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器,原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。
5、可靠性越来越高
在单片机应用中,可靠性是首要的因素,单片机自身的可靠性技术正在不断发展。
第三章数据采集系统的硬件组成
3.1原理图
图3—1
3.2数据处理器
1、高速：
1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍
2、宽电压：
5.5～3.3V，2.2～3.6V（STC12LE5A60S2系列）
3、增加第二复位功能脚（高可靠复位，可调整复位门槛电压，频率<
12MHz时，无需此功能）
4、增加外部掉电检测电路,可在掉电时,及时将数据保存进EEPROM,正常工作时无需操作EEPROM
低功耗设计：
空闲模式，（可由任意一个中断唤醒）
5、低功耗设计：
掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持下降沿/上升沿和远程唤醒
6、工作频率：
0～35MHz，相当于普通8051：
0～420MHz
7、时钟：
外部晶体或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用户程序时设置
8、8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上
9、1280字节片内RAM数据存储器
10、芯片内EEPROM功能,擦写次数10万次以上
11、ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程,无需编程器/仿真器
12、8通道,10位高速ADC，速度可达25万次/秒,2路PWM还可当2路D/A使用
13、2通道捕获/比较单元（PWM/PCA/CCP），
也可用来再实现2个定时器或2个外部中断（支持上升沿/下降沿中断）
14、4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1,2路PCA实现2个定时器
15、可编程时钟输出功能，T0在P3.4输出时钟，T1在P3.5输出时钟,BRT在P1.0输出时钟
16、硬件看门狗（WDT）
17、高速SPI串行通信端口
18、全双工异步串行口（UART）,兼容普通8051的串口
19、先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令
20、通用I/O口（36/40/44个），复位后为：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）
可设置成四种模式：
准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏
21、每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过100mA
图3—2
3.3I/O口配置
1、STC12C5616AD系列单片机其所有I/O口均可由软件配置成4种工作类型之一，如下表所示。
4种类型分别为：
准双向口（标准8051输出模式）、推挽输出、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。
每个口由2个控制寄存器中的相应位控制每个引脚工作类型。
STC12C5624AD系列单片机上电复位后为准双向口（传统8051的I/O口）模式。
2V以上时为高电平，0.8V以下时为低电平。
2、I/O口工作类型设定：
P3M0【7：
0】P3M1【7：
0】I/O口模式
准双向口（传统8051I/O口模式）,
灌电流可达20mA,拉电流为230μA,
由于制造误差，实际为250uA～150uA
01推挽输出（强上拉输出，可达20mA,要加限流电阻）
10仅为输入（高阻）
11开漏（OpenDrain），内部上拉电阻断开，要外加
P1M0【7：
0】P1M1【7：
0】I/O口模式（P1.x如做A/D使用，需先将其设置成开漏或高阻输入）
00
准双向口（传统8051I/O口模式）,
由于制造误差，实际为250uA～150uA
01推挽输出（强上拉输出，可达20mA，要加限流电阻）
10仅为输入（高阻），如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式
11开漏（OpenDrain），如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式
P3口设定<
P3.7,x,P3.5,P3.4,P3.3,P3.2,P3.1,P3.0无P3.6口>
P2口设定<
P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0>
P1口设定<
P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.1,P1.0>
P0口设定<
x,x,x,x,P0.3,P0.2,P0.1,P0.0无P0.7,P0.6,P0.5,P0.4口>
举例:
MOVP1M0,#11000000B
MOVP1M1,#10100000B
;
P1.7为开漏,P1.6为高阻输入,P1.5为强推挽输出,P1.4/P1.3/P1.2/P1.1/P1.0为弱上拉
P2M0【7：
0】P2M1【7：
0】I/O口模式
01推挽输出（强上拉输出，可达20mA，要加限流电阻）
11开漏（OpenDrain），内部上拉电阻断开，要外加
P0M0【7：
0】P0M1【7：
10仅为输入（高阻）
虽然每个I/O口在弱上拉时都能承受20mA的灌电流（还是要加限流电阻,如1K，560Ω等）,在强推挽输出
时都能输出
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