1、智能仪器大作业教学文案智能仪器大作业课程名称：数据采集与智能仪器姓 名：学 号：班 级：数据采集与智能仪器课程考核（大作业）武汉理工大学信息学院 参考书 赵茂泰 智能仪器原理及应用（第三版） 电子工业出版社程德福 智能仪器（第二版）机械工业出版社第1章 概述本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点考试题（10分）1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？第2章 数据采集技术本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计考试题（30分）1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益
2、放大器的接口电路。已知输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时，增益为1000，而输入信号每增加1mv时，其增益自动减少一倍，直到100mv为止。（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）；2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确描述工作过程（5分）；第3章 人机接口本章要求掌握的内容：键盘；LED、LCD、触摸屏考试题（30分）1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01
3、A的接口电路，画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序（包含程序流程图）。评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试（10分）第4章数据通信本章要求掌握的内容：RS232C、RS485串行总线，USB通用串行总线，PTR2000无线数据传输考试题（30分）1 设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路（单片机端含8位LED显示），编写从PC机键盘输入数字，在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写
4、单片机通信程序（5分）；在开发系统上运行，实现基本功能（10分）；制作实物,实现基本功能，效果良好（5分）。第1章 概述考试题（10分）1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？答：FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：（1）随着VLSI工艺的不断提高，FPGA/CPLD的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；（2）FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；（3）FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能；（4）FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短
5、；（5）FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计，对知识产权保护有利。第2章 数据采集技术考试题（30分）1、设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。已知输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时，增益为1000，而输入信号每增加1mv时，其增益自动减少一倍，直到100mv为止。（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）；1设计原理及简介程控放大器利用选通开关，控制放大器的反馈电阻阻值，实现改变放大倍数的原理工作。这里采用两片8选1模拟开关器
6、件CD4051作为放大器反馈电阻选择开关，通过两两电阻并联得到32种放大倍数。下面有程序将电阻组合一一列出并与芯片引脚相对应然后是单片机P0口控制液晶显示器的输出采用TLC549作为A/D转换芯片，在仿真图左上方。这里通过A/D转换将模拟输入量转换成数字量串行输出，通过P2.5输入。2硬件电路图3程序框图4程序#include reg51.h#include intrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit cs = P3 5;sbit intr = P3 4;sbit wr = P3 6;sbit rd = P
7、3 7;sbit a1 = P1 0;sbit a2 = P1 1;sbit a3 = P1 2;sbit a4 = P1 3;sbit a5 = P1 4;sbit a6 = P1 5;uchar d4;/* 延时*/void delayms(uchar n) uchar i, j; for (i = 0; i n; i+) for (j = 0; j 110; j+);/* AD转换*/uchar adctrans() cs = 0; wr = 1; _nop_(); wr = 0; _nop_(); wr = 1; delayms(1); / 读取转换后的值 P2 = 0xff; rd
8、= 1; _nop_(); rd = 0; _nop_(); d0 = P2; _nop_(); rd = 1; _nop_(); wr = 1; _nop_(); wr = 0; _nop_(); wr = 1; delayms(1); / 读取转换后的值 P2 = 0xff; rd = 1; _nop_(); rd = 0; _nop_(); d1 = P2; rd = 1; wr = 1; _nop_(); wr = 0; _nop_(); wr = 1; delayms(1); / 读取转换后的值 P2 = 0xff; rd = 1; _nop_(); rd = 0; _nop_();
9、 d2 = P2; rd = 1; while (1) if (d0d2) return d1; d0 = d1; d1 = d2; wr = 1; _nop_(); wr = 0; _nop_(); wr = 1; delayms(1); / 读取转换后的值 P2 = 0xff; rd = 1; _nop_(); rd = 0; _nop_(); d2 = P2; rd = 1; /* 主函数*/void main() uchar a; a4 = 0; a5 = 0; a6 = 0; a = adctrans(); while (1) wr = 1; _nop_(); wr = 0; _no
10、p_(); wr = 1; delayms(1); / 读取转换后的值 P2 = 0xff; rd = 1; _nop_(); rd = 0; _nop_(); d3 = P2; _nop_(); rd = 1; if (d3a) a = d3; if (a = 25) a1 = 0; a2 = 0; a3 = 0; else if (a = 51) a1 = 1; a2 = 0; a3 = 0; else if (a = 76) a1 = 0; a2 = 1; a3 = 0; else if (a = 102) a1 = 1; a2 = 1; a3 = 0; else if (a = 127
11、) a1 = 0; a2 = 0; a3 = 1; else if (a = 153) a1 = 1; a2 = 0; a3 = 1; else if (a = 178) a1 = 1; a2 = 0; a3 = 1; a4 = 1; else if (a = 204) a1 = 1; a2 = 0; a3 = 1; a4 = 0; a5 = 1; else if (a = 229) a1 = 1; a2 = 0; a3 = 1; a4 = 1; a5 = 1; else if (a = 255) a1 = 1; a2 = 0; a3 = 1; a4 = 0; a5 = 0; a6 = 1;
12、5仿真结果图1波形显示情况2、运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确描述工作过程（5分）1硬件电路图2工作过程IDT7206是IDT公司容量为16K9的且引脚功能完全兼容的串行FIFO双端口RAM单向的FIFO双端口存储器。因为是一个FIFO(先入先出)存储器,所以没有绝对地址的概念,只有读指针和写指针的相对位置。当相对位置为0时,表明存储器空;为所用的存储器的容量时,表明存储器已满。AD7677为ADI 公司研制的16位、1MSPS的高速A/ D转换器。采集
13、系统的原理图如上图所示。用一片AD7677和两片IDT7206构成了一个16位的、最高采样频率可达1MHz、每组最大采样点数为16K的数据采集系统。若要增加采集样本长度,只需要换IDT7206即可,其硬件的连接方式基本不变。在此系统中单片机的作用只是控制何时采样,以及采样完成后对采样数据的处理,在采样过程中,单片机无须任何干预。至于一次采集多少次,可以由硬件决定,也可以有软件控制。在中断中,单片机首先关闭采样脉冲信号(使P1. 1输出为0) ,然后把每一点数据分两次分别从IDT7206(存低位)和IDT7206(存高位)读出,进行处理。每组数据的数量应该由程序计数判断,当然也可以利用IDT72
14、06的EF标志进行查询判断。在进行第二组数据的采集前,最好将IDT7206先复位,通过在IDT7206的RS引脚输入一个低脉冲,即在8031的P1. 0引脚输出一个低脉冲。这样可以更充分地保证FIFORAM的读、写指针的稳定。第3章 人机接口考试题（30分）1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路，画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序（包含程序流程图）。评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试（10分）1. 原理及简介1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGRO
15、M）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。在单片机编程中还可以用字符型常亮或变量赋值，如A。因为CGROM储存的字符代码与我们PC中的字符代码是基本一致的，因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1=A这样的方法。PC在编译时就把A先转换为41H代码了。2. 接口电路图3. 程序流程图流程图4. 程序#include#define uchar u
16、nsigned char#define uint unsigned intuchar code table=XXGCXY;sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit EN=P22;uchar num;/*延时函数*/void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/*写数据*/void write_data(uchar date) P0=0xff; RS=1; RW=0; P0=date; delay(5); EN=1; delay(5); EN=0;/*写命令*/void write_com(uchar
17、com) P0=0xff; RS=0; RW=0; P0=com; delay(5); EN=1; delay(5); EN=0; /*初始化函数*/void Init_LCD1602() EN=0; write_com(0x38); /设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口 write_com(0x0c); /设置开显示，不显示光标 write_com(0x06); /写一个字符后地址指针加一 write_com(0x01); /显示清0，数据指针清0/*主函数*/void main() Init_LCD1602(); while(1) write_com(0x80); for(num=
18、0;num6;num+) write_data(tablenum); delay(5); delay(200); write_com(0x01); write_com(0xc0); for(num=0;num6;num+) write_data(tablenum); delay(5); delay(200); write_com(0x01); 5.结果第4章数据通信考试题（30分）1.设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路（单片机端含8位LED显示），编写从PC机键盘输入数字，在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确画
19、出程序流程图（5分）；正确编写单片机通信程序（5分）；在开发系统上运行，实现基本功能（10分）；制作实物,实现基本功能，效果良好（5分）。1. 通信接口电路2.流程图3程序(1)下位机51单片机程序/*名称：RS232串口接收程序 *连接方法：使用串口调试助手（Baud 4800、数据位8、停止位1、效验位无） 上位机通过串口给单片机发送信息并显示。 *功能：电脑给单片机发送数据 */#include /此文件中定义了51的一些特殊功能寄存器#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define SEG_N P2
20、#define SEG_D P0uchar a;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e;/* 延时子程序 */void delay(uchar ms) uchar i; while(ms-) /共循环ms*120次 for(i=0;i120;i+); /* 主程序 */main() uchar j; SCON=0x50; /REN=1允许串行接受状态，串口工作模式2 TMOD|=0x20; /定时器工作方式2 PCON|=0x80; /
21、波特率提高一倍 /TH1=0xFD; /baud*2 /* reload value 19200、数据位8、停止位1。效验位无(11.0592) TH1=0xF3; / /baud*2 /* 波特率4800、数据位8、停止位1。效验位无 (12M) TL1=0xF3; TR1=1; /开启定时器1 ES=1; /开串口中断 EA=1; /开总中断 /IE=0x0; P1=0xff; while(1) if (RI) /RI接受中断标志 RI=0; /清除RI接受中断标志 a=SBUF; /SUBF接受/发送缓冲器 for(j=0;jj; P0 = tablea & 0x0f; /接收0-9 delay(200); 3实验结果
