智能儀器大作業(yè)

1、武漢理工大學(xué)數(shù)據(jù)采集與智能儀器大作業(yè)武漢理工大學(xué)數(shù)據(jù)采集與智能儀器大作業(yè)數(shù)據(jù)采集與智能儀器課程考核（大作業(yè)）武漢理工大學(xué)信息學(xué)院 參考書 趙茂泰 智能儀器原理及應(yīng)用（第三版） 電子工業(yè)出版社程德福 智能儀器（第二版）機械工業(yè)出版社第1章 概述本章要求掌握的內(nèi)容：智能儀器分類、基本結(jié)構(gòu)及特點、智能儀器設(shè)計的要點考試題（10分）1 智能儀器設(shè)計時采用CPLD/FPGA有哪些優(yōu)點？第2章 數(shù)據(jù)采集技術(shù)本章要求掌握的內(nèi)容：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、模擬信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、高速數(shù)據(jù)采集與傳輸、D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計考試題（30分）1 設(shè)計一個MCS-51單片機控制的程控增益放大器的接口電路

2、。已知輸入信號小于10mv,要求當輸入信號小于1mv時，增益為1000，而輸入信號每增加1mv時，其增益自動減少一倍，直到100mv為止。（15分）評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（5分）；正確編寫控制程序（5分）；完成仿真調(diào)試，實現(xiàn)基本功能（5分）；2 運用雙口RAM或FIFO存儲器對教材中圖2-22所示的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行改造，畫出采集系統(tǒng)電路原理圖，簡述其工作過程。（15分）評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（10分）；正確描述工作過程（5分）；第3章 人機接口 本章要求掌握的內(nèi)容：鍵盤；LED、LCD、觸摸屏考試題（30分）1 設(shè)計8031單片機與液晶顯示模塊LCM-512-01A的接口電路，

3、畫出接口電路圖并編寫上下滾動顯示XXGCXY(6個大寫英文字母)的控制程序（包含程序流程圖）。評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（10分）；正確畫出程序流程圖（5分）；正確編寫控制程序（5分）；完成仿真調(diào)試（10分）第4章數(shù)據(jù)通信本章要求掌握的內(nèi)容：RS232C、RS485串行總線，USB通用串行總線，PTR2000無線數(shù)據(jù)傳輸考試題（30分） 1 設(shè)計PC機與MCS-51單片機的RS232C數(shù)據(jù)通信接口電路（單片機端含8位LED顯示），編寫從PC機鍵盤輸入數(shù)字，在單片機的6位LED上左右滾動顯示的通信與顯示程序。評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（5分）；正確畫出程序流程圖（5分）；正確編寫單片機通信程

4、序（5分）；在開發(fā)系統(tǒng)上運行，實現(xiàn)基本功能（10分）；制作實物,實現(xiàn)基本功能，效果良好（5分）。19第一章 概述1 智能儀器設(shè)計時采用CPLD/FPGA有哪些優(yōu)點？FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他們除了ASIC的特點之外，還有以下優(yōu)點：隨著VLSI工藝的不斷提高，F(xiàn)PGA/CPLD的規(guī)模也越來越大，所能實現(xiàn)的功能越來越強可以實現(xiàn)系統(tǒng)集成；（1）FPGA/CPLD的資金投入小，研制開發(fā)費用低；（2）FPGA/CPLD可反復(fù)的編程、擦除、使用或者在外圍電路不動的情況下用不同的EPROM就可實現(xiàn)不同的功能；（3）FPGA/CPLD芯片電路的實際周期短；（4）FPGA/CPLD軟件易學(xué)

5、易用，可以使設(shè)計人員更能集中精力進行電路設(shè)計。FPGA/CPLD適合于正向設(shè)計，對知識產(chǎn)權(quán)保護有利。第二章 數(shù)據(jù)采集技術(shù)1 設(shè)計一個MCS-51單片機控制的程控增益放大器的接口電路。已知輸入信號小于10mv,要求當輸入信號小于1mv時，增益為1000，而輸入信號每增加1mv時，其增益自動減少一倍，直到100mv為止。（15分）評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（5分）；正確編寫控制程序（5分）；完成仿真調(diào)試，實現(xiàn)基本功能（5分）；分析要求：當輸入信號為<1mv時候，增益為1000；當輸入信號為1mv<V<2mv時候，增益為500；當輸入信號為2mv<V<3mv時候，增益

6、為250；當輸入信號為3mv<V<4mv時候，增益為125；當輸入信號為4mv<V<5mv時候，增益為62.5；當輸入信號為5mv<V<6mv時候，增益為31.25；當輸入信號6mv<V<7mv時候，增益為15.625；當輸入大于7mv時候，輸出等于輸入即可。實驗硬件電路圖：圖 1 增益硬件電路圖實驗程序：#include <reg52.h>#include "LCD1602.c"#include "TLC549.c"bit flag=0;uchar Table90, times=0; floa

7、t code Av10=1000.000,500.000,250.000,125.000,62.500,31.250,15.625,12.500,11.100,10.000;unsigned char code C10=7,6,5,4,3,2,1,8,16,24;void initT0() /定時器T0初始化 TMOD=0x01; TH0=(65536-222)/256; TL0=(65536-222)%256; ET0=1; TR0=1; EA=1;void writeLCD_com(uchar com);void writeLCD_data(uchar dat);void write_st

8、ring(uchar col,uchar line,uchar *table);void LcdInit();uint GetAD();void main() char k,Ap; char volmax=0; float f; LcdInit(); initT0(); while(1) if(flag) for(k=0;k<90;k+) /排序求峰值 if(Tablek>volmax) volmax=Tablek; volmax=volmax*2; if(volmax<100) write_string(0,2,"Vpp_in="); /在第一行顯示&q

9、uot;Vpp_in=" write_string(0,13,"mV"); /在第一行顯示單位"mV" writeLCD_com(0x80+9); writeLCD_data(volmax/100+48); /顯示輸入信號峰值 writeLCD_data(volmax%100/10+48); writeLCD_data('.'); writeLCD_data(volmax%10+48); Ap=(int)(volmax/10); P1=CAp; f=AvAp; write_string(1,2,"Av=");

10、 /在第二行顯示"Av=" writeLCD_com(0xc0+5); writeLCD_data(f/1000+48); writeLCD_data(int)f%1000/100+48);/顯示該輸入電壓對應(yīng)的增益 writeLCD_data(int)f%100/10+48); writeLCD_data(int)f%10+48); writeLCD_data('.'); writeLCD_data(int)(f*10+0.5)%10+48); else write_string(1,6,"Wrong input!");/當輸入電壓超過

11、10mv時提示錯誤 P1=0x00; flag=0; /LCD顯示完畢后停止本次工作void T0time() interrupt 1 /定時器T0中斷服務(wù)程序 TH0=(65536-222)/256; TL0=(65536-222)%256; Tabletimes=GetAD(); /有中斷請求則采樣 times+; if(times=90) TR0=0;/采樣完畢TR=0times=0;flag=1; 仿真結(jié)果圖：圖 2 仿真結(jié)果圖分析：根據(jù)仿真結(jié)果，可得知達到了題目要求的增益效果，實驗結(jié)果成功。2 運用雙口RAM或FIFO存儲器對教材中圖2-22所示的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行改造，畫出采集系

12、統(tǒng)電路原理圖，簡述其工作過程。（15分）評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（10分）；正確描述工作過程（5分）；硬件電路圖：圖 3 硬件電路圖工作過程：IDT7206是IDT公司容量為16K×9的且引腳功能完全兼容的串行FIFO雙端口RAM單向的FIFO雙端口存儲器。因為是一個FIFO(先入先出)存儲器,所以沒有絕對地址的概念,只有讀指針和寫指針的相對位置。當相對位置為0時,表明存儲器空;為所用的存儲器的容量時,表明存儲器已滿。AD7677為ADI 公司研制的16位、1MSPS的高速A/ D轉(zhuǎn)換器。采集系統(tǒng)的原理圖如上圖所示。用一片AD7677和兩片IDT7206構(gòu)成了一個16位的、最高采

13、樣頻率可達1MHz、每組最大采樣點數(shù)為16K的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。若要增加采集樣本長度,只需要換IDT7206即可,其硬件的連接方式基本不變。在此系統(tǒng)中單片機的作用只是控制何時采樣,以及采樣完成后對采樣數(shù)據(jù)的處理,在采樣過程中,單片機無須任何干預(yù)。至于一次采集多少次,可以由硬件決定,也可以有軟件控制。在中斷中,單片機首先關(guān)閉采樣脈沖信號(使P1. 1輸出為0) ,然后把每一點數(shù)據(jù)分兩次分別從IDT7206(存低位)和IDT7206(存高位)讀出,進行處理。每組數(shù)據(jù)的數(shù)量應(yīng)該由程序計數(shù)判斷,當然也可以利用IDT7206的EF標志進行查詢判斷。在進行第二組數(shù)據(jù)的采集前,最好將IDT7206先復(fù)位,通過在

14、IDT7206的RS引腳輸入一個低脈沖,即在8031的P1. 0引腳輸出一個低脈沖。這樣可以更充分地保證FIFORAM的讀、寫指針的穩(wěn)定。第3章 人機接口1 設(shè)計8031單片機與液晶顯示模塊LCM-512-01A的接口電路，畫出接口電路圖并編寫上下滾動顯示XXGCXY(6個大寫英文字母)的控制程序（包含程序流程圖）。評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（10分）；正確畫出程序流程圖（5分）；正確編寫控制程序（5分）；完成仿真調(diào)試（10分）硬件電路圖：圖 4 液晶顯示硬件電路圖程序流程圖：圖 5 程序流程圖程序代碼：#include<reg52.h>#define uchar unsigne

15、d char#define uint unsigned intuchar code table="XXGCXY"sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit EN=P22;uchar num;/*延時函數(shù)*/void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);/*寫數(shù)據(jù)*/void write_data(uchar date)P0=0xff;RS=1;RW=0;P0=date;delay(5);EN=1;delay(5);EN=0;/*寫命令*/void write_com(u

16、char com)P0=0xff; RS=0;RW=0;P0=com;delay(5);EN=1;delay(5);EN=0; /*初始化函數(shù)*/void Init_LCD1602() EN=0; write_com(0x38); /設(shè)置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口 write_com(0x0c); /設(shè)置開顯示，不顯示光標 write_com(0x06); /寫一個字符后地址指針加一 write_com(0x01); /顯示清0，數(shù)據(jù)指針清0/*主函數(shù)*/void main() Init_LCD1602();while(1) write_com(0x80); for(num=0;n

17、um<6;num+) write_data(tablenum); delay(5); delay(200);write_com(0x01);write_com(0xc0); for(num=0;num<6;num+) write_data(tablenum); delay(5); delay(200);write_com(0x01);仿真結(jié)果圖：圖 6 仿真運行結(jié)果圖第4章 數(shù)據(jù)通信1 設(shè)計PC機與MCS-51單片機的RS232C數(shù)據(jù)通信接口電路（單片機端含8位LED顯示），編寫從PC機鍵盤輸入數(shù)字，在單片機的6位LED上左右滾動顯示的通信與顯示程序。評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖（

18、5分）；正確畫出程序流程圖（5分）；正確編寫單片機通信程序（5分）；在開發(fā)系統(tǒng)上運行，實現(xiàn)基本功能（10分）；制作實物,實現(xiàn)基本功能，效果良好（5分）。硬件電路圖：圖 7 硬件電路圖程序流程圖：圖 8 程序流程圖程序代碼：#include<reg51.h> #include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code tab=0xc0 , 0xF9 , 0xA4, 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x90 , 0x88 ,0x83 , 0xc6 , 0xa1 , 0x86 , 0x8e , 0xff;uchar i,aa;uint flag;sbit P3_6=P36;unsigned char b;void delay(uint n)uint i,j;for(i=0;i<n;i+)for(j=0;j<110;j+);void display(uchar n)P2=_crol_(P2,1);P0=tabn;delay(500);void main()aa=0;P2=0x01;TMOD=