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-512-01A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）

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）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 int

sbit cs = P3 ^ 5; sbit intr = P3 ^ 4; sbit wr = P3 ^ 6; sbit rd = P3 ^ 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 d[4];

/******************************* **********

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 = 1;

_nop_();

rd = 0;

_nop_();

d[0] = 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_();

d[1] = 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_();

d[2] = P2;

rd = 1;

while (1)

{

if (d[0]d[2]) return d[1];

d[0] = d[1];

d[1] = d[2];

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_();

d[2] = 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;

_nop_();

wr = 1;

delayms(1);

// 读取转换后的值

P2 = 0xff;

rd = 1;

_nop_();

rd = 0;

_nop_();

d[3] = P2;

_nop_();

rd = 1;

if (d[3]>a)

a = d[3];

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) {

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;

}

}

}

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16K×9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IDT7206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（CGROM）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 unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code table[]="XXGCXY";

sbit RS=P2^0;

sbit RW=P2^1;

sbit EN=P2^2;

uchar num;

/****************延时函数*****************/

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;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 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=0;num<6;num++)

{

write_data(table[num]);

delay(5);

}

delay(200);

write_com(0x01);

write_com(0xc0);

for(num=0;num<6;num++)

{

write_data(table[num]);

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