北京北阳电子技术有限公司
电子竞赛
——多路数据采集系统说明书
Electron－competition Specification
Technology for Easy Life
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历届全国大学生电子竞赛 SPCE061A 实现方案
目录
摘要 ..............................................................................................................................3
一、设计功能及要求 ...................................................................................................4
1.1 设计要求..........................................................................................................4
1.2 系统功能...........................................................................................................4
二、方案设计与论证 ...................................................................................................5
三、硬件电路设计 .......................................................................................................6
3.1 系统电路框图及说明........................................................................................6
3.2 系统的各部分电路设计....................................................................................7
3.2.1 主机电路 .................................................................................................7
3.2.2 从机系统电路 .........................................................................................8
3.2.2 数码显示电路 .........................................................................................9
3.2.3 键盘输入电路 .......................................................................................10
3.2.4 模拟信号产生器.................................................................................... 11
3.2.5 1V 到 5V 转 0.66V 到 3.3V 输入电路 ..................................................13
3.2.6 RS485 接口电路....................................................................................13
四、软件设计 .............................................................................................................14
4.1 从机系统的主程序流程 .......................................................................... 14
4.1 从机系统的主程序流程 .......................................................................... 15
4.2 主机系统的主程序流程 .......................................................................... 15
4.3 主机系统的按键处理流程 ...................................................................... 17
4.4 主机发送命令接收数据的流程 .............................................................. 17
4.5 主机系统中断程序 FIQ 和 IRQ5 流程.....................................................19
五、系统测试及整机指标..........................................................................................20
六、总结.....................................................................................................................21
七、参考资料 .............................................................................................................21
附：系统使用说明 .....................................................................................................22
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历届全国大学生电子竞赛 SPCE061A 实现方案
多路数据采集系统
摘要
本系统采用双 CPU 控制，主机与从机的 CPU 都是使用 SPCE061A 单片机。从 CPU
负责采集七路数据，同时应答主 CPU 发送的命令。主 CPU 进行数据处理，数据显示，
键盘输入，系统报警，语音播报通道的电压值。在主 CPU 与从 CPU 的通讯中，采用
国际标准的 RS485 差分方式接口，使通讯的速率和传输距离均大于 RS232 的标准接口
方式，并且用线最少（只要两根）。
本系统实现了一种具有语音播报、语音提示的高性能、高智能的实用型远距离多
路数据采集系统。
关键词： SPCE061A，RS485
SPCE061A 单片机概述
SPCE061A 是继µ’nSP 系列产品 SPCE500A 等之后凌阳科技推出的又一个 16 位结构
的微控制器。目前有两种封装形式：84 引脚的 PLCC84 封装和 80 引脚的 LQFP80 贴
片封装。
主要性能如下：
■16 位µ’nSP 微处理器；
■工作电压：VDD 为 2.4~3.6V(cpu), VDDH 为 2.4~5.5V(I/O)；
■CPU 时钟：32768Hz~49.152MHz ；
■内置 2K 字 SRAM、内置 32K FLASH；
■可编程音频处理；
■32 位通用可编程输入/输出端口；
■32768Hz 实时时钟，锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号；
■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；
■7 通道 10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；
■声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；
■14 个中断源：定时器 A / B，2 个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；
■具备触键唤醒的功能；
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历届全国大学生电子竞赛 SPCE061A 实现方案
■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；
■具备异步、同步串行设备接口；
■具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；
■内置在线仿真电路接口 ICE（In- Circuit Emulator）；
■具有保密能力；
■具有 WatchDog 功能（由具体型号决定）
一、设计功能及要求
1.1 设计要求
设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如图 1 所示，要求主控器能对 50 米以
内的各路数据，通过串行传输线进行采集和显示。具体设计任务是：
（1） 现场模拟信号产生器。
（2） 七路数据采集器
（3） 主控器。
图 1 系统电路框图
1.2 系统功能
1、实现现场模拟信号产生器，即通过自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改
变振荡频率，使频率在 200Hz～2kHz 范围变化，再经频率电压变换后输出相
应 1～5v 直流电压（200Hz 对应 1v，2kHz 对应 5v）
2、 路数据采集器 数据采集器第一路输入自制 1V～5V 直流电压，第 2～7 路分
别输入来自直流源的 5V、4V、3V、2V、1V、0V 直流电压（各路输入可由分压
器产生，不要求精度）。将各路模拟信号分别转换成 8 位二进制数字信号，在
经并/串变换电路，用串行码送入传输线路。
3、 主控器通过串行传输线路对各路数据进行 采集和显示。采集方式包括循环采
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历届全国大学生电子竞赛 SPCE061A 实现方案
集（即 1 路、2 路……7 路、1 路……）和选择采集（任选一路）二种方式。
显示部分能同时显示地址和相应的数据。
4、主机实现语音操作提示和播放各通道电压的功能，故障报警功能。
二、方案设计与论证
方案一：
该方案的系统原理框图如图 2 所示，它能完成所要求的功能。但是存在不足之处
是：编程不方便，主要是 A/D 接口和 RS485 接口编程不方便。
R/V变换 ICL8038 F/V变换
RS485接口
RS485接口
LED显示
按键
A/D
从CPU
(8031)
EPROM
主CPU
(8031)
EPROM
图 2 方案一系统框图
方案二：
该方案的系统原理框图如图 3 所示，它使用 SPCE061A 单片机作 CPU，该 CPU
内核具有模块化的结构。
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