計算機測控技術實驗指導書

1、計算機測控技術實驗指南編輯：婁小平吳建坤雙奇機械工程學院電子信息工程系2004.9目錄實驗 1 V/F 轉換和數(shù)字頻率輸入通道 .2實驗 2 繼電器控制實驗 .5實驗 三串并聯(lián)轉換實驗 .6實驗4 單片機與PC機的串行通信實驗 .8實驗 5 A/D、D/A 轉換實驗 14實驗 6 數(shù)字濾波 1 6實驗1 V/F轉換和數(shù)字頻率輸入通道實驗題目和內(nèi)容以LM331為基礎，設計了V/F轉換器，設計了它與計算機的接口電路，編寫了程序計算V/F轉換器的輸出頻率。目的通過實驗了解典型V/F轉換電路的實現(xiàn)和調試方法。了解計算機頻率輸入通道的軟硬件設計和調試方法。實驗內(nèi)容及要求1、基于LM331芯片的V/F轉換

2、電路設計需要校準調整環(huán)節(jié)（見圖1）。畫出原理圖和接線圖，并給出外圍元件的參數(shù)。+5V+5VRS*5KRS12KCi0.01F23587CIN0.1FVx16CL1F47RL100K100K200K5KRIN100K10KRi6.8KfOUT 8031+5VT0/T1+5V LM331+5V圖1 LM331的典型用法示意圖圖1 LM331的典型用法示意圖2、按接線圖將V/F轉換電路鋪設在面板上，用示波器觀察輸出波形，檢查校準調整環(huán)節(jié)的功能。分析外圍電路參數(shù)對輸入（V）和輸出（F）關系的影響。3、設計V/F轉換器與計算機的接口電路和軟件，選擇測頻方式。畫出框圖并給出程序清單。4、通過實驗研究V/F

3、轉換器的線性度。記錄至少 10 對數(shù)據(jù)。4. 頻率測量方法示例將LM331的輸出接到8031的T1端，即作為T1的計數(shù)脈沖。啟動 T1 后，延遲 100ms 后停止 T1 計數(shù)。此時T1中的計數(shù)值乘以10即為測得的頻率。程序框圖如圖2所示。如圖3所示，以T0為定時器，T1為計數(shù)器，在T0的中斷服務程序中停止T1計數(shù)，然后根據(jù)T1中的計數(shù)值和T0的預設值計算測得的頻率.主程序框圖和 T0 中斷服務程序框圖分別如圖 4 和圖 5 所示。將T1設置為16位計數(shù)方式將T1設置為16位計數(shù)方式清除T1并啟動T1計數(shù)延時100msT1停止計數(shù)計算所測頻率圖2 軟件延時計算所測頻率的框圖中斷請求中斷請求（b

4、）fVm6M晶振分頻T0TF0TR0（a）VFCT1TR1數(shù)字輸出圖3 利用兩個計數(shù)器通過中斷計算所測頻率五、實驗報告內(nèi)容1、硬件原理圖和接線圖（包括V/F轉換和計算機接口），外圍電路參數(shù)應通過實驗調整。2. 解釋使用的頻率測量方法。3、調試確定的框圖和程序清單。4、V/F關系的實測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析。如果線性不好，分析非線性的原因。5.分析和討論實驗中的問題。將T1設置為16位計數(shù)方式設置T0的定時值m并清除T1將T1設置為16位計數(shù)方式設置T0的定時值m并清除T1內(nèi)容T0產(chǎn)生中斷開中斷啟動T0、T1開始工作T1圖4 中斷法計算所測頻率的主程序框圖將T0設置為定時器方式等待中斷讀取T1的

5、計數(shù)值讀取T1的計數(shù)值計算所測頻率中斷返回圖5 T0的中斷服務程序框圖T1停止計數(shù)六、實驗注意事項1、連接V/F轉換電路后，經(jīng)導師檢查后即可上電。2、用示波器觀察V/F轉換器的輸出信號后，連接電腦即可。實驗2 繼電器控制實驗實驗題目和內(nèi)容使用輸出接口輸出高低電平，控制繼電器的開閉，實現(xiàn)對外部設備的控制。目的1、了解繼電器的工作原理和控制方法。2、掌握繼電器與執(zhí)行器的連接方法。實驗說明在現(xiàn)代自動化控制設備中，存在電子線路與電氣線路的互連問題。一方面要使電子電路的控制信號能夠控制電子電路的執(zhí)行元件（電機、電磁鐵、電燈等），另一方面要提供良好的對電子線路和電氣線路進行電氣隔離，保護電子線路和人身安全

6、。 .電子繼電器可以完成這種橋梁作用。本實驗使用MCS51/98單片機實驗箱自帶的繼電器，型號為JDC-3，控制電壓為DC+5V，其控制端為實驗箱上的JDQ插孔。 JDQ為高電平時繼電器不動作，為低電平時繼電器動作（常閉觸點斷開，常閉端子閉合）。如圖1所示，在MCS51/98單片機實驗箱中，插座J4的1、2、3、4、5端子分別接+5V，繼電器的常閉端，繼電器的控制端繼電器，以及繼電器的常開端子。接地。圖1 繼電器相關接線說明實驗內(nèi)容及要求1. 將燈泡連接到插座 J4，使其狀態(tài)隨著繼電器的閉合和斷開而變化。2. 根據(jù)接線圖將電路鋪設在面板上。3. 設計軟件。畫出框圖并給出程序清單。4、通過實驗研

7、究繼電器的控制方法。實驗報告1、硬件接線圖。2、調試確定的框圖和程序清單。3.分析和討論實驗中的問題。實驗三串并聯(lián)轉換實驗實驗題目和內(nèi)容利用8031單片機的串口并行輸出串行移位寄存器74LS164，擴展I/O口，在數(shù)顯上顯示09的10個數(shù)字。目的了解串并轉換的實現(xiàn)方法，以適應具體應用。掌握使用串口擴展I/O通道的方法。掌握8031串口模式0工作模式及編程方法。實驗說明當8031的串口工作在模式0時，可以通過外部移位寄存器實現(xiàn)串并轉換。這樣數(shù)據(jù)為8位，只能從RXD端輸入輸出，TXD端作為輸出移位同步時鐘信號，其波特率固定為振蕩頻率的1/12 （晶體頻率）。需要注意的是，8031的串口工作在模式0

8、時，只有通過軟件設置串口控制寄存器（SCON）的REN位后才能開始串口接收； CPU 將數(shù)據(jù)寫入 SBUF 寄存器后，立即啟動。致;輸入 8 位數(shù)據(jù)后，硬件會將 SCON 寄存器的 T1 位設置為 1，必須由軟件清零。實驗箱接線說明實驗盒上的數(shù)顯部分接8279，做這個實驗的時候需要把數(shù)顯部分和8279相連的所有短路芯片都拔掉，然后把8031的TXD端接到74LS164的SCLK端，RXD端接74LS164的SIN端，74LS164的QHQA分別接數(shù)顯。 ah，數(shù)顯LD0接高電平（+5V），LD1LD5接低電平（地）。五、實驗內(nèi)容及要求1、按照以上說明畫出實驗中使用的原理圖和接線圖。2. 根據(jù)接

9、線圖將電路鋪設在面板上。3、根據(jù)框圖設計程序并給出程序清單。通過實驗研究了繼電器的控制方法。實驗報告1、硬件原理圖和接線圖。2、調試確定的框圖和程序清單。3.分析和討論實驗中的問題。圖1 實驗連接示意圖NNY入 口置計數(shù)初值，初始化串口，指針指向表首址從表中取段選碼送串口的SBUFTI=0TI清零)延 時表指針下移計數(shù)減一為0？N圖2 串并轉換程序框圖置計數(shù)初值，表指針初值Y實驗4 單片機與PC機的串行通信實驗一、實驗的對象、內(nèi)容利用8031單片機的串口，實現(xiàn)與PC機的串口通訊功能。本實驗實現(xiàn)以下功能：將8031單片機實驗盒小鍵盤輸入的數(shù)字和字母顯示在PC的顯示器上，輸入字符 0 F 二、實驗

10、目的掌握串口工作方式的編程，掌握單片機通訊程序的編寫。了解實現(xiàn)串口通信的硬件環(huán)境、數(shù)據(jù)格式協(xié)議、數(shù)據(jù)交換協(xié)議。了解PC通訊的基本要求。三、實驗說明本實驗的通訊模塊由兩個獨立的模塊組成：單片機通訊模塊和PC機通訊模塊。MCS-51單片機的串口有兩個SBUF：接收SBUF和致SBUF，它們在物理結構上是獨立的，用于單片機通信模塊接收和致數(shù)據(jù)。特殊寄存器 SCON 和 PCON 控制串口的工作模式和波特率。定時器 1 用作波特率發(fā)生器。PC端的串口通訊軟件采用基于Windows的應用程序“串口調試器”。也可以使用86匯編語言編寫PC端的通訊模塊。這時候要注意兩點：一是串口初始化時設置波特率和數(shù)據(jù)格式

11、，二是確定數(shù)據(jù)傳輸方式。有兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：查詢模式和中斷模式。本實驗采用查詢方式。第五部分給出了86匯編實現(xiàn)的串行通信模塊框圖。另外，8031單片機與PC機的串行通訊采用RS-232C標準。523523J13114898111213RXDTXDRXDTXD23108031PCRS-232C（9針）圖1 PC機與8031間串行通信實驗示意圖1488四、實驗箱上的連接說明8279與鍵盤、顯示器的連接方法見圖2。圖 2 如何將 8279 連接到鍵盤和顯示器圖2 8279與鍵盤、顯示器的連接圖五、程序框圖圖2 8279與鍵盤、顯示器的連接圖下面給出PC機的通訊模塊框圖、8031通訊模塊的主程序框圖和

12、8031的中斷程序和顯示子程序框圖。注：字符09對應的ASCII碼值為30H39H； AG對應的ASCII碼值為41H47H； M對應的ASCII碼值為4DH； P 對應的ASCII碼值為50H； R對應的ASCII碼值為52H。YY寫顯示緩沖器RAM命令取R2中數(shù)值轉換為段選碼從數(shù)據(jù)口輸出返回圖6 8031顯示子程序框圖：顯示R2中的內(nèi)容6、實驗操作方法完成8031程序模塊的設計、實現(xiàn)和調試。確保每個模塊都能正常工作。將調試好的8031程序通過PC下載到單板機并運行程序。在PC端退出單片機的開發(fā)應用程序。 （按 Ctrl-B 然后選擇“退出”）如果PC端的串口通訊程序采用“串口調試器”，執(zhí)行

13、應用程序，彈出如圖7所示界面。調整“串口設置”部分各選擇框的選擇內(nèi)容，保證PC與8031的串口通信能夠正確進行。設置好參數(shù)后，點擊“Open Serial Port”按鈕，按鈕上的文字變成“Close the serial port”，表示可以通過PC上指定的串口收發(fā)數(shù)據(jù)。 （注意：PC端和單片機端的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位必須一致）。致字符時，在右上方文本框中輸入要致的字符，然后點擊“手動致”按鈕；接收到的字符顯示在右下角的文本框中。如果PC端的串口通訊程序采用自己編寫的模塊，按照程序的說明操作即可。如果兩端程序運行正常，在單片機開發(fā)系統(tǒng)的小鍵盤上輸入的數(shù)字或字母會顯示在PC的屏幕上，

14、單片機開發(fā)系統(tǒng)的數(shù)顯也會顯示PC 一端通過串口致的字符。圖7 “串口調試器”運行界面七、實驗內(nèi)容及要求1、按照以上說明畫出實驗中使用的原理圖和接線圖。2. 根據(jù)接線圖將電路鋪設在面板上。3. 設計軟件。畫出框圖并給出程序清單。4、通過實驗研究了串行通信的實現(xiàn)方法。八、實驗報告內(nèi)容1、硬件原理圖和接線圖。2、調試確定的框圖和程序清單。3.分析和討論實驗中的問題。實驗五 模/數(shù)、數(shù)/模轉換實驗1. 實驗題目ADC0809芯片用于將05V之間的模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號，并顯示在開發(fā)設備的數(shù)字顯示屏上。同時，8031單片機讀入數(shù)字信號，通過DAC0832轉換成模擬電壓信號輸出。二、實驗目的1、熟悉A

15、DC和DAC芯片的使用。2.研究AD轉化的量化特征。三、實驗原理UADCUADC8031DAC圖1 實驗原理圖數(shù)碼顯示器O05V由電位器產(chǎn)生并輸入到ADC0809。 8031控制ADC0809的工作狀態(tài)，并讀入其轉換結果，同時顯示在數(shù)字顯示屏上。 8031將讀取的AD轉換結果通過DAC0832轉換成模擬電壓輸出。通過調節(jié)電位器可以改變輸入電壓。此時，數(shù)碼管上的數(shù)字為A/D轉換器對應的輸出號和D/A轉換器的輸入號。四、實驗內(nèi)容及步驟1、按照以上說明畫出實驗中使用的原理圖和接線圖。2. 根據(jù)接線圖將電路鋪設在面板上。3. 編寫程序讀取并顯示A/D 轉換結果，并通過D/A 輸入對其進行控制。將電位器

16、的輸出調到0V，運行程序，觀察數(shù)顯的顯示結果是否為00，如果不是，考慮原因并調整方法。將電位器的輸出調節(jié)在05V之間，用數(shù)字電壓表分別檢測A/D的輸入電壓和D/A的輸出電壓，觀察顯示，記錄相應的結果，填入表1。表1 實驗記錄1模擬輸入電壓 (V)監(jiān)控數(shù)字 (H)模擬輸出電壓 (V)用數(shù)字萬用表監(jiān)測A/D輸入電壓，連續(xù)調整A/D輸入電壓在2.5V左右，觀察量化誤差和量化單位。在 2.5V 附近以 5 個量化單位測量 A/D 輸入電壓的值，并記錄對應的數(shù)字量，如表 2 所示。表2 實驗記錄2壓入電壓 (mV)數(shù)字量 (H)根據(jù)表2，畫出A/D轉換的量化特性圖。五、實驗報告內(nèi)容1、硬件原理圖和接線圖

17、。2、調試確定的框圖和程序清單。3、對實驗結果記錄的分析和說明。4.分析和討論實驗中的問題。實驗 6 數(shù)字濾波1. 實驗題目8031單片機用于對含有干擾的正弦信號進行數(shù)字濾波，去除干擾，保留正弦信號。對含有干擾的正弦信號進行采樣，通過A/D芯片輸入8031，處理后通過D/A芯片輸出。二、實驗目的1、熟悉數(shù)字濾波器的工作原理和實現(xiàn)方法。2、了解數(shù)字濾波器的參數(shù)計算和實驗調整方法。三、實驗原理CCRADC8031DAC圖1 實驗示意圖用RC電路對555輸出的方波進行微分，將微分后的信號視為干擾；然后用信號發(fā)生器產(chǎn)生一個正弦波，兩個信號疊加產(chǎn)生如圖1所示的R信號。注意信號波形不要超過5V，以免數(shù)字化

18、時溢出。設計一個等效數(shù)字濾波器，通過一階差分法可以得到近似公式如下：. . 等式 1上式中，X K為輸入，Y K為輸出，T 為采樣周期， .加權平均算法為：.公式 2上式中，X K為輸入，Y K為輸出。四、實驗內(nèi)容及要求1、按照以上說明畫出實驗中使用的原理圖和接線圖。2. 根據(jù)接線圖將電路鋪設在面板上。3. 編寫模擬一階慣性環(huán)節(jié)的數(shù)字濾波程序和加權平均法的數(shù)字濾波程序。程序運行后，用示波器觀察輸入R和輸出C的波形，分析濾波效果，用a的值記錄干擾衰減率和正弦衰減率。記錄衰減比時，先在輸入端接正弦信號并記錄，再在輸入端分別接干擾信號并記錄。峰峰值 (PP, V) 用于記錄。在運行一階慣性環(huán)節(jié)的數(shù)字