第1章 绪论
第1章 绪论
1.1 课题背景
数据采集技术作为信息科学的主要分支，他不仅应用在智能仪器中，而且在现代工业生产、国防军事及科学研究等方面都得到广泛应用，无论是过程控制、状态检测、或者是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统。随着科学技术的进步，特别是以传感器技术、通信技术和计算机技术为基础的现代信息技术的发展，以及测试理论的不断发展，数据采集技术的发展也是日新月异[1]。
1.2 选题的依据和意义
在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道快变的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成，但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求较高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。
1.3 国内外研究现状
美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器。它可单独使用又可与计算机连接使用，它具有多种测试功能，多种数据存储功能和控制方式。在国内，由于数据采集技术不断发展，市场上出现各种新型的数据采集器。例如北京凯文斯系统集成系统有限公司的E16(单端)，可编程增益为1，2，4，8倍，分辨率为十六位，
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燕山大学本科生毕业设计（论文）
采用率为16位，采样最高频率决定于微机的CPU及处理速度，一般60～80KHZ。国内的数据采集器与国外的数据采集器相比，在技术上仍有一定的差距。目前国内的数据采集器在高精度、高速度、实时数据采集和数据采集器的现场处理能力等方面仍有不足，不能满足运动控制、爆炸检测、医疗设备、快速生产过程和变电站自动化等领域的要求。
从近来国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展可以概括为体积小、功能多样和使用方便等三个方面。此外，数据采集系统的应用特点还反映在如下几个方面：
第一，它既是一台数据采集器，又是一台功能较全的机器状态分析仪，不仅有常用的时域分析和频域FIT分析，而且还可以做倒谱、细化、包络谱和时频域分析等功能。
第二，它既是采集器，又可以兼做其它仪器来用。如法国迈威公司的MOVIL OG数据采集器，就可作为一台动平衡仪来用，它不但可以做单一平面的动平衡，还可以做六个平面的动平衡。
第三，储存量大，从低频到高频频率测量范围宽，能适应机器从低速到高速的各种监测范围需要。
第四，可利用振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理量，如振动加速度、位移、相位、转速、温度、压力、流量、电压、电流和功率等，形成多参数监测系统。
第五，数据采集器配套的软件是以通用窗口的软件为基础，功能较强。一套软件可同时支持数种不同型号与不同档次的数据采集器。
第六，数据采集器已经安装了LCD背光显示屏，并尽量减少了操作键，元器件高度集成化，并减轻了机器的重量，采用防水防撞击的密封外壳，能适应恶劣的工业环境。
数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统，而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景[2]。
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第1章 绪论
1.4 本文主要研究内容
本文主要的研究内容是基于STC12C5A60S2系列单片机和TLC2543的多路数据采集器，该系统包括以下功能：变阻器电压的模拟信号采集，多路模拟信号的A/D转换，LCD1602显示数据，串口通信，PC机上的数据显示。第二章中主要介绍了本设计所使用的单片机。第三章则分析了各个模块，在每个模块说明中主要介绍所使用的器件特性、引脚功能、工作原理、电路原理图等。第四章主要介绍软件部分的实现和仿真调试部分以及硬件成品。
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第2章 STC12C5A60S2单片机的介绍
2.1 STC12C5A60S2单片机的说明
2.1.1 芯片特性
随着电子行业发展的突飞猛进，微控制器，作为大多数电子产品的核心器件，发展更是日新月异，无论从品种上还是从性能上都是不断进步。1971年Intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。目前市面上常见的单片机有AVR、DSP、PIC、51系列等等，每一款单片机都有其独特的功能和特性。51单片机虽然是一款入门级的单片机，然而随着多家公司相继推出51系列器件以后，无论是性能还是稳定性方面都大大改进。因此，我选择了宏晶公司生产的STC12C5A60S2系列单片机。STC12C5A60S2系列单片机是一个增强型51系列单片机。
2.1.1.1 内含看门狗 STC12C5A60S2系列单片机内部引进了看门狗功能，使单片机系统可靠性设计变得更加方便/简洁。如果MCU/CPU 不在规定的时间内按要求访问看门狗，就认为MCU/CPU处于异常状态，看门狗就会强迫MCU/CPU复位，使系统重新从头开始按规律执行用户程序。 2.1.1.2 低功耗 STC12C5A60S2系列单片机可以运行3种省电模式以降低功耗，他们分别是：空闲模式，低速模式和掉电模式，正常工作模式下，STC12C5A60S2系列单片机的典型功耗是2mA～7mA，而掉电模式下的典型功耗是<0.1uA，空闲模式下的典型功耗是<1.3mA。
2.1.1.3 外部低压检测 STC12C5A60S2系列单片机在P4.6口增加了外部低压检测功能，这样用户可以用查询方式或中断方式检查外部电压是否偏低。5V单片机内部检测门槛电压是1.32V。有了外部低压检测功能，就可以在掉电时，及时将数据保存进EEPROM，正常工作时无需操作EEPROM。 2.1.1.4 第二复位功能脚 STC12C5A60S2系列单片机中，用户可以自己设置将P4.6脚为第二复位脚，在时钟频率高于12MHz时，建议使用第二复位功能脚，利用增加的外部低压检测LVD功能作外部低压检测复位脚。
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第2章 STC12C5A60S2单片机的介绍
2.1.1.5 兼容性 STC12C5A60S2系列单片机的引脚和8051是一样的，因此选用STC12C5A60S2系列单片机取代8051是可以直接代替的。不管是采用40引脚还是44引脚的产品，只要选用相同的STC12C5A60S2系列单片机取代8051即可。
2.1.2 STC12C5A60S2单片机硬件组成结构
STC12C5A60S2的主要功能如下： 8位字长CPU。
工作频率范围：0～35MHz。
ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程。 片上集成 1280 字节RAM。 4个I/O端口共32线。 4个16位定时/计数器。 高速SPI 串行通信端口。 通用全双工异步串行通信。 硬件看门狗。
8 通道，10 位高速ADC，速度可达25 万次/秒。 芯片内EEPROM 功能,擦写次数10 万次以上。 可编程时钟输出功能。
2.1.3 STC12C5A60S2单片机引脚功能
STC12C5A60S2单片机有4种不同的封装，其有效引脚为40条。现以PDIP(双列直插式)封装为例简介各引脚功能。
2.1.3.1 外接晶振或外部振荡器引脚 1、XTAL1 当外接晶振时，接外部晶振的一个引脚。片内振荡器由一个单级反相器组成，XTAL1为反相器的输入。当外部振荡器提供时钟信号时，则由XTAL2端输入；2、XTAL2 接外部晶振的另一个引脚。片内为单级反相器的输出，当由外部时钟源提供时钟信号时，则本引脚浮空。
2.1.3.2 多功能I/O口引脚 第一，P0口为8位并行I/O口，作为输出口时，每个管脚可带8个TTL负载。在外扩存储器时，还可以作为低8位地
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