【正文】 文） 1 第一章 引 言 研究背景 數(shù)據(jù)處理是 世界 當(dāng)前和未來 面臨的 最重要的 任務(wù) 之一。數(shù)據(jù)處理 領(lǐng)域典型的應(yīng)用 還有 高能物理試驗數(shù)據(jù)處理、天文觀測數(shù)據(jù)處理、知識檢索和挖掘 、 遙感數(shù)據(jù)處理 、 企業(yè)數(shù)據(jù)中心 、 業(yè)務(wù)系統(tǒng)備份 、 數(shù)據(jù)容災(zāi)備份 、 商業(yè)智能 、 遠(yuǎn)程教育。如果統(tǒng)計時涉及的單元格區(qū)域很大，你也可以按照自己的要求編寫各種函數(shù)。 相應(yīng)的過程稱為數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理 。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被采集的物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電量，又經(jīng)過信號放大、采樣、量化和編碼等環(huán)節(jié)之后，被系統(tǒng)中的微處理器采集，但是采集到的數(shù)據(jù)僅僅是以電壓的形式表現(xiàn)。因而必須采用各種方法（如濾波等）最大限度地消除混入數(shù)據(jù)中的干擾，以保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度。 數(shù)據(jù)處理的類型 數(shù)據(jù)處理的類型有多種，一般根據(jù)以下方式分類。預(yù)處理通常是剔除數(shù)據(jù)奇異項、去除數(shù)據(jù)趨勢項。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成?？梢赃M(jìn)一步用軟件對采樣數(shù)據(jù)做預(yù)處理，使采樣數(shù)據(jù)盡 可能接近其真實值，以使數(shù)據(jù)的二次處理結(jié)果更加精確。變換公式為 ??0000mmYYY Y X NNN?? ? ?? 式中 0Y —— 被測量量程的下限； mY —— 被測量量程的上限； Y—— 標(biāo)度變換后所得到的被測量的實際值； 0N —— 0Y 對應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量； mN —— mY 對應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量； X —— 被測量實際值 Y 所對應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 例如，在流量測量中，從差壓變送器來的信號 P? 與實際流量 Q 成平方根的關(guān)系，即 Q K P?? 式中 K —— 刻度系數(shù)，與流體的性質(zhì)和節(jié)流裝置的尺寸有關(guān)。例如，熱敏電阻的阻值與溫度之間的關(guān) 系。對每一個需要做標(biāo)度變換的數(shù)據(jù) y 分別查表一次，找出數(shù)據(jù) y 所在的區(qū)間，然后用該區(qū)間的線性插值公式 ? ?i i iy y k x x? ? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 其中 11iii yyk xx???? ? 進(jìn)行計算，即可完成對 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)字量所做的標(biāo)度變換。為了使樣點的選取更合理，可根據(jù)曲線的形狀采用不同的方法進(jìn)行分段。要減少這種誤差就必須選取更多的樣點，這樣勢必占用更多的內(nèi)存。這種方法的優(yōu)點是可以提高精度和速度，但非等距離選取樣點比較復(fù)雜。 應(yīng)用舉例：見“軟件設(shè)計”“線性化子程序”部分。 (2) 可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問題。 算術(shù)平均值濾波 算術(shù)平均值法是尋找這樣一個 Y 作為本次采樣的平均值，使該值與本次各采樣值間誤差的平方和最小，即 E? min 21Nii e????????=min ? ?21Nii YX????????? 由一元函數(shù)求極限原理得 11 N iiYXN ?? ? 式中 Y —— N 次采樣的算術(shù)平均值； iX —— 第 i 次采樣值； N —— 采樣次數(shù)。應(yīng)視具體情況選取 N ，以便既少用時間，又 達(dá)到最好的效果。 一階滯后濾波法（慣性濾波法） 在模擬輸入通道中，常用一階低通 RC 濾波器來削弱干擾。 通常采樣周期 ST 遠(yuǎn)小于濾波環(huán)節(jié)的時間常數(shù) ? ，也就是輸入信號的頻率高，而濾波器的時間常數(shù)相對地大。 防脈沖干擾復(fù)合濾波法 這種方法兼容了算術(shù)平均值法和中值濾波法的優(yōu)點。 以上介紹了幾種常用的數(shù)字濾波方法，每種方法都有其各自的特點，可根據(jù) 具體的被測物理量選用。有時采用不恰當(dāng)數(shù)字濾波反而會適得其反，造成不良影響?！痭SP ?（ Microcontroller and Signal Processor） 16位微處理器芯片（以下簡稱 181?！痭SP ?系列單片機(jī)（以下簡稱 181?！痭SP ?家族的模塊式結(jié)構(gòu) 181。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求?！痭SP ?家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM、靜態(tài) RAM和多功能的 I/O口。 ? 、效率高的指令系統(tǒng) 181。另外， 181?！痭SP ?系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款 16位結(jié)構(gòu)的微控制器。因此，與 SPCE500A相比，以 181。 ? 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )，耗電僅為 2181。 圖 SPCE061A LQFP80封裝引腳排列圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 13 圖 SPCE061APLCC84封裝排列 圖 SPCE061A PLCC84實物圖 在 PLCC84封裝中，有 15個空余腳，用戶使用時這 15個空余腳懸浮。 IOB10 57 輸入輸出 IOB10：通用異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送管腳 T IOB9 58 輸入輸出 IOB9： TimerB 脈寬調(diào)制輸出管腳 BPWMO IOB8 59 輸入輸出 IOB8： TimerA 脈寬調(diào)制輸出管腳 APWMO IOB7 60 輸入輸出 IOB7：通用異步串行數(shù)據(jù)接收管腳 Rx IOB6 61 輸入輸出 IOB6：雙向 IO 端口 IOB5 62 輸入輸出 IOB5：外部中斷源 EXT2 的反饋管腳 IOB4 63 輸入輸出 IOB4：外部中斷源 EXT1 的反饋管腳 IOB3 64 輸入輸出 IOB3：外部中斷源 EXT2 IOB2 65 輸入輸出 IOB2：外部中斷源 EXT1 IOB1 66 輸入輸出 IOB1：串行接口的數(shù)據(jù)傳送管腳 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 14 IOB0 67 IOB0：串行接口的時鐘信號 DAC1 12 輸出 DAC1 數(shù)據(jù)輸出管腳 DAC2 13 輸出 DAC2 數(shù)據(jù)輸出管腳 X32I 2 輸出 32768Hz 晶振輸入管腳 X32O 1 輸出 32768Hz 晶振輸出管腳 VCOIN 70 輸入 PLL 的 RC 濾波器連接管腳 AGC 16 輸入 AGC 的控制管腳 MICN 19 輸入 麥克風(fēng)負(fù)向輸入管腳 MICP 21 輸入 麥克風(fēng)正向輸入管腳 V2VREF 14 輸出 外部 ADC Line_In 通道最高參考輸入電壓 MICOUT 18 輸出 麥克風(fēng) 1 階放大器輸出管腳 OPI 17 輸入 麥克風(fēng) 2 階放 大器輸入管腳 VEXTREF 23 輸入 ADC Line_In 通道最高參考輸入電壓管腳 VMIC 25 輸出 麥克風(fēng)電源 VADREF 22 輸出 AD參考電壓 (由內(nèi)部 ADC 產(chǎn)生 ) VDD 5,69 輸入 邏輯電源的正向電壓 VSS 10,26,71 輸入 邏輯電源和 IO 口的參考地 VDDIO 37,38,56 輸入 IO端口的正向電壓管腳 VSSIO 35,36,48 輸入 IO端口的參考地 AVDD 24 輸入 模擬電路（ A/D、 D/A 和 2V穩(wěn)壓源）正向電壓 AVSS 15 輸入 模 擬電路（ A/D、 D/A 和 2V穩(wěn)壓源）參考地 RESET 68 輸入 低電平有效的復(fù)位管腳 SLEEP 49 輸出 睡眠模式 (高電平激活 ) ICE 7 輸入 激活 ICE(高電平激活 ) ICECLK 8 輸入 ICE 串行接口時鐘管腳 ICESDA 9 輸入輸出 ICE 串行接口數(shù)據(jù)管腳 TEST 3 輸入 測試模式時接高電平，正常模式時接地 GND或懸浮 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 15 ROMT 47 輸入 測試閃爍存儲器，正常模式時懸浮 N/C 55 輸入 正常使用時接地 N/C 4 輸入 正常使用時接地 N/C 輸入 正 常使用時接地 PFUSE,PVIN 20,11 輸入 程序保密設(shè)定腳。 SPY0029 是凌陽公司設(shè)計的電壓調(diào)整 IC，采用 CMOS工藝，具有靜態(tài)電流低、驅(qū)動能力強(qiáng)、線性調(diào)整出色等特點。SPCE061A 內(nèi)置 2 路 10 位精度的 DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。 61 板為 Probe 和 EZ_Probe 各自提供了一組接口，可通過 S5 跳線來選擇使用的接口類型。輸出端口負(fù)責(zé)向內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 18 外界輸送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動信號等。 SPCE061A有兩個 16 位通用的并行 I/O 口： A 口和 B 口。 3 個端口內(nèi)每個對應(yīng)的位組合在一起，形成一個控制字，用來定義相應(yīng) I/O 口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。 A 口的 IOA0~IOA7 用作輸入口時具有喚醒功能，即具有輸入電平變化引起CPU中斷功能。 A 口的方向向量單元，用于用來設(shè)置 A 口是輸入還是輸出，該方向控制向量寄存器可以寫入或從該寄存器內(nèi)讀出 方向控制向量。其 余 7個通道 (Line_In)和IOA[0~6] 引腳共享，可以將輸入的模擬信號 (如電壓信號 ) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 ADC的最大輸入電壓由 P_ADC_Ctrl(寫 )($7015H)的第 7和第 8位的值決定。此反饋回路把 ADC的最高參考電壓設(shè)置為 2V。系統(tǒng)的默認(rèn)值為 ADE=0( 關(guān)閉 ADC) 。工作時，如果 MIC_In通道和 Line_In通道都處于直接工 作模式 (direct mode)，程序會檢查 P_ADC_Ctrl(W)($7015H)的第 15位。 用戶可通過讀取 P_ADC(讀 )($7014H)單元，取得從 MIC_In通道輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換結(jié)果。然而，在選擇 Line_In通道后，只有在讀取P_ADC_LINEIN_Data(讀 )($702CH)單元的內(nèi)容后，才執(zhí)行 A/D轉(zhuǎn)換，且不能使用定時器鎖存數(shù)據(jù)。即，VMIC狀態(tài)和 ADC狀態(tài)無關(guān)。最大輸出電流可為 2mA或是默認(rèn)值 3mA。 RAM SPCE061A有 2K字的 SRAM(包括堆棧區(qū) )，其地址范圍從 0x0000到 0x07FF。全部 32K 字閃存均可在 ICE 工作方式下被寫入或被擦除。寫入 0x5533，對閃存寫入。 此外，為保證數(shù)據(jù)的正確寫入，用戶必須在寫入之前擦除頁的內(nèi)容。 在芯片上電后，閃存就處于讀取狀態(tài)，讀取的操作與 SRAM相同。要保證擦除操作的正確完成，必須考慮以下幾個參數(shù)： 1. 該閃存的內(nèi)部分頁結(jié)構(gòu)。第一頁范圍是 [0x8000~0x80FF]，最后一頁范圍是 [0xFF00~0xFFFF]。例如向 0x8000記憶地址寫入 0xffff流程如下：（ 1） 0x7555 ← 0xAAAA (2) 0x7555 ← 0x5533 (3) 0x8000← 0xFFFF 3. 連續(xù)寫入多個字的流程是：先對命令用戶接口地址 0x7555送出 0xAAAA，然后再對命令用戶接口地址 0x7555送出 0x5544，再給要連續(xù)寫入字的起始地址寫入字?jǐn)?shù)據(jù)，約 40us即可完成 1個字的寫入操作。 參 數(shù)：無 返回值：返回值低 8bit 為有效 值 2. void F_UART_Write（ unsigned int uiData） 功 能：用于寫一字節(jié)數(shù)據(jù)到串口，該函數(shù)具有寫串口超時處理功能。 PLL的作用如圖 ： 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 26 系統(tǒng)時鐘 32768Hz的實時時鐘經(jīng)過 PLL倍頻電路以后，產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘頻率 Fosc， Fosc再經(jīng)過分頻得到 CPU時鐘頻率 (CPUCLK)，可通過設(shè)定 P_SystemClock(寫 )(7013H)單元來控制。處于強(qiáng)振模式時， RTC振蕩器始終運(yùn)行在高耗能的狀 態(tài)下。第 0~2位用來改變 CPUCLK，若將第 0~2位設(shè)為 “111” 可以使 CPU時鐘停止工作，系統(tǒng)切換至低功耗的睡眠狀態(tài)；通過設(shè)置該單元的第 5~7位可以改變系統(tǒng)時鐘的頻率。串行輸入端（ A、 B）為可控數(shù)據(jù)，當(dāng) A、 B 任意一個為低電平時用數(shù)據(jù)寫入，在時鐘端（ CLOCK）上升沿作用下 Q0 為低電平；當(dāng) A、 B 有一個為高電平時另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿的作用下決定 Q0 的狀態(tài)。如果在限定的時間內(nèi)， Watch Dog計數(shù)器沒有被清除， CPU就會認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)無法正常工作，將會進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位 (reset)。對于有 Watch Dog的版本， Watch Dog功能是上電時自動啟動，不能被關(guān)閉。 主程序設(shè)計 主程序（流程圖見圖 ）是程序的支撐，各個子程序通過被主程序的調(diào)用發(fā)揮其相應(yīng)的功能和作用：端口初始化子程序是對 SPEC061A 的并行端口 IOA和 IOB 進(jìn)行輸入、輸出控制；鍵盤掃描子程序為實現(xiàn)鍵盤控制提供了條件； A/D采樣、濾波子程序是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的前提條件；線性化子程序提供的是可顯示的數(shù)據(jù)，它把一個無確定意義的數(shù)值變成一個具有物理意義的數(shù)值；存儲子程序把線性化得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，便于以后調(diào)用；顯 示子程序把系統(tǒng)要得到的物理量直觀的通過顯示屏顯示出來，以便了解當(dāng)前的工藝參數(shù)的變化，對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)視。因為我們按鍵用到了 IOA0~2，那么我們的 A/D 通道只剩下 IOA3~6 這 4 個通道了，它們分別對應(yīng) 7通道。 K 型熱電偶（線性化原理圖見圖 ）的測溫范圍為 0~1300186