智能仪器实验指导书20140309

智能仪器仪表设计技术

实验指导书

电气与信息工程学院测控系

2014年3月

1.智能仪器实验板

1．1 资源介绍

1）采用STC8951RC（与标准51指令、脚位完全兼容），支持在线串行ISP 下载。

2）供电方式：USB供电

3）串口RS232

4）4个LED发光管

5）四位数码管

6）4个独立式键盘（包含外部中断按键）

7）DS1302 一片

8）AT24C02一片

9）热敏电阻1支

10）12864液晶显示接口

11）PCF8591一片

12）DS18B20温度传感器（选配件）

13）IrDA红外接收头（选配件）

1.2原理图

1.3 PCB丝印图

1．4 软件下载使用说明

STC-ISP下载软件的使用方法：

该软件将已生成的HEX文件下载到单片机中。具体步骤如下：

1.双击STC-ISP图标：

2.然后在“MCU Type”列表中选择单片机型号（应选择单片机板中的CPU 型号），如下图：

3.点击“Open File”按钮，找到所要下载的HEX文件，并选中，选择“打开”，如下图:

4.选择串口的对应端口号，（根据自己的硬件连接端口）(如COM1)。

5.然后选“MaxBuad”中的波特率，也可以选默认值。

6.点击”Download/下载”，进行文件下载，如图：

7.稍等几秒，即可下载完成,如图：

实验一 I2C总线A/D转换实验

1.实验目的

学会用51单片机模拟I2C总线接口，实现与PCF8951 8位AD/DA转化器的接口，并编写、调试AD转换程序。

2.实验设备及器件

PC机一台

51单片机实验板一台（含PCF8951芯片）

万用表、示波器

3.实验内容

编写一段程序，采集PCF8951四路AD通道的模拟信号值，将二进制代码值用四位数码管显示出来；同时用DA通道输出一个方波信号。

4.实验电路原理图

①AIN0-AIN3为4路模拟输入信号，时钟信号SCL接至单片机P36，数据线

SDA接至P37;

②AOUT为模拟信号输出端，接至示波器观察输出波形

5.参考例程

#include "STC89C52RC.h"

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define PCF8591 0x90 //PCF8591 地址

#define THCO 0xf8 //11.0592MHZ晶振

#define TLCO 0xcb //定时2ms时间常数值

unsigned char Data_Buffer[4]={1,2,3,4};

uchar code Duan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x7 1,0x76};

sbit P24=P2^4; //四个数码管的位码口定义

sbit P25=P2^5;

sbit P26=P2^6;

sbit P27=P2^7;

bit flag=0;

bit DACconversion(unsigned char sla,unsigned char c, unsigned char Val);

bit ISendByte(unsigned char sla,unsigned char c);

unsigned char IRcvByte(unsigned char sla);

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

void main(void) //主程序

{

unsigned int v;

unsigned char AD_CHANNEL=0;

unsigned int D[5]={0,0,0,0,255};

TMOD=0x11; //设置定时器0工作模式,16位计数模式

TH0=THCO;

TL0=TLCO;

TR0=1; //启动定时器

ET0=1; //使能定时器中断

EA=1; //开总中断

while(1)

{

if(flag==1)

{flag=0;

if(++AD_CHANNEL>4) AD_CHANNEL=0;

switch(AD_CHANNEL)

{

case 0: ISendByte(PCF8591,0x40);

D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591); //ADC3 模数转换4

break;

case 1: ISendByte(PCF8591,0x41);

D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591); //ADC0 模数转换1

break;

case 2: ISendByte(PCF8591,0x42);

D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591); //ADC1 模数转换2

break;

case 3: ISendByte(PCF8591,0x43);

D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591); //ADC2 模数转换3

break;

case 4: DACconversion(PCF8591,0x40, D[4]); //DAC 数模转换

D[4]=255-D[4];//输出方波

break;

}

v=D[AD_CHANNEL];

Data_Buffer[0]=AD_CHANNEL;

Data_Buffer[1]=v/100%10;

Data_Buffer[2]=v/10%10;

Data_Buffer[3]=v%10;

}

}

}

void timer0() interrupt 1 //定时器中断服务子程序

{

static unsigned int count=0;//软计时变量定义

static unsigned char Bit=0; //静态变量，退出程序后，值保留

TH0=THCO;

TL0=TLCO;

Bit++;

if(Bit>=4)Bit=0;

P2|=0xf0; //先关位码

P0=Duan[Data_Buffer[Bit]]; //开段码

if(Bit==0)P0|=0x80;

switch(Bit) //送位码

{

case 0: P24=0;break;

case 1: P25=0;break;

case 2: P26=0;break;

case 3: P27=0;break;

}

count++;

if(count>=250) //半S时间到

{

count=0;

flag=1;

}

}

6.思考题

1）通过按键设定待转换通道，并将该通道的采样值在数码管上显示出来。

2）利用PCF8591产生一个三角波形，用示波器观察结果。

7、实验成绩评定方法

实验成绩包括实验完成质量、实验报告质量2部分组成，各部分所占比例分别为50%、50%。

8、实验报告要求

1）实验名称

2）实验目的

3）实验要求

4）实验步骤

5）调试

6）结果

实验三键盘及LCD显示

一、实验目的

1.掌握独立式键盘的编程方法。

2.掌握LCD的接口技术和编程方法。

3.掌握仪器监控程序设计和调试方法。

二、实验要求

1.利用实验板上提供的键盘电路，LCD显示电路,将实验二中采集的电压信号在LCD上显示出来，并显示通道号。

2.可以通过按键设定的待显示的通道号，并显示在LCD上。

三、预习与参考

1. 结合ST7920 控制器系列中文图形液晶模块有关资料手册，详细了解ST7920接口设计技术。

2. 参考资料

1）实验板说明书

2）ST7920 控制器系列中文图形液晶模块资料手册

四、实验仪器设备和材料清单

单片机实验板、ST7920图形液晶模块、PC机；

Keil c51软件、STC-ISP下载软件。

五、实验设计及实施的指导

1.以单片机为核心，设计键盘及LCD的硬件电路，画出电路原理图。

2.设计键盘及LCD的控制软件，画出流程图，编写控制程序。

3.在指导教师指导下调试LCD显示程序。

4.在指导教师指导下调试按键程序。

5.综合调试直到满足设计要求。

注：1、2项须在课外完成。

六、参考资料

LCD显示参考程序

#include "reg51.h"

#include "intrins.h"

sbit CS =P1^0;

sbit SID=P1^1;

sbit SCLK=P1^2;

sbit B_light=P2^7; //背光控制

void delay(unsigned int j)

{

unsigned char i;

do{

for(i=0;i<100;i++);

}while(j--);

}

void send_command(unsigned char command_data) //发送命令{

unsigned char i;

unsigned char i_data,temp_data1,temp_data2;

i_data=0xf8; //操作命令,可以查看资料

delay(10);

CS=1;

SCLK=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

SID=(bit)(i_data&0x80);

SCLK=0;

SCLK=1;

i_data=i_data<<1;

}

i_data=command_data;

i_data&=0xf0;

for(i=0;i<8;i++)

{

SID=(bit)(i_data&0x80);

SCLK=0;

SCLK=1;

i_data=i_data<<1;

}

i_data=command_data;

temp_data1=i_data&0xf0;

temp_data2=i_data&0x0f;

temp_data1>>=4;

temp_data2<<=4;

i_data=temp_data1|temp_data2;

i_data&=0xf0;

for(i=0;i<8;i++)

{

SID=(bit)(i_data&0x80);

SCLK=0;

SCLK=1;

i_data=i_data<<1;

}

CS=0;

}

void send_data(unsigned char command_data) //发送数据{

unsigned char i;

unsigned char i_data,temp_data1,temp_data2;

i_data=0xfa; //操作命令,可以查看资料

delay(10);

CS=1;

for(i=0;i<8;i++)

{

SID=(bit)(i_data&0x80);

SCLK=0;

SCLK=1;

i_data=i_data<<1;

}

i_data=command_data;

i_data&=0xf0;

for(i=0;i<8;i++)

{

SID=(bit)(i_data&0x80);

SCLK=0;

SCLK=1;

i_data=i_data<<1;

}

i_data=command_data;

temp_data1=i_data&0xf0;

temp_data2=i_data&0x0f;

temp_data1>>=4;

temp_data2<<=4;

i_data=temp_data1|temp_data2;

i_data&=0xf0;

for(i=0;i<8;i++)

{

SID=(bit)(i_data&0x80);

SCLK=0;

SCLK=1;

i_data=i_data<<1;

}

CS=0;

}

void InitLCD() //液晶初始化

{

send_command(0x30); //功能设置:一次送8位数据,基本指令集

send_command(0x06); //点设定:显示字符/光标从左到右移位,DDRAM地址加1

send_command(0x0c); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动

send_command(0x04); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动

send_command(0x01); //清DDRAM

send_command(0x02); //DDRAM地址归位

send_command(0x80); //把显示地址设为0X80，即为第一行的首位}

/* x,y为起始座标 x(0<=x<=3),y(0<=y<=7),x为行座标,y为列座标;

how为要显示汉字的个数;

str是要显示汉字的地址 */

void DispHanzi(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,unsigned char *stri)

{

unsigned char hi=0; //汉字显示

if(x==0) send_command(0x80+y); //

else if(x==1) send_command(0x90+y);

else if(x==2) send_command(0x88+y);

else if(x==3) send_command(0x98+y);

for(hi=0;hi

{

send_data(*(stri+hi*2));

send_data(*(stri+hi*2+1));

}

}

void DispZimu(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,unsigned char *stri)//字母数字都可以显示

{

unsigned char hi=0; //字母显示

if(x==0) send_command(0x80+y);

else if(x==1) send_command(0x90+y);

else if(x==2) send_command(0x88+y);

else if(x==3) send_command(0x98+y);

for(hi=0;hi

{

send_data(*(stri+hi));

}

}

main()

{

InitLCD();

B_light=0;

DispHanzi(1,1,4,"北京时间");//第二行显示，2列显示汉字

DispZimu(3,1,10,"0123456789");

while(1);

}

七、成绩评定及实验报告格式要求参见实验二

实验四基本数据处理算法

一、实验目的

1.掌握随机误差的数字滤波算法。

二、预习与参考

1. 随机误差的数字滤波算法

三、实验内容

1．将实验二中采集的0-5 V电压信号进行数字滤波后，在LCD上显示出来。（必做）

2．利用热敏电阻进行温度检测，测温范围为0-50oC，要求将测量温度值在LED或LCD上显示出来。（选做）

四、实验要求

1.设计硬件电路，画出电路原理图。

2.用Keil C51编写数据处理程序，并调试。

2.实验结果LCD上显示出来。

五、实验仪器设备和材料清单

PC机；单片机实验板、ST7920图形液晶模块

Keil c51软件、STC-ISP下载软件。

六、实验设计及实施的指导

1. 将单片机采集的数字量经过数字滤波后，首先转换成0-5V电压值，再算出对应的热敏电阻值，为了方便查表也放大1000倍；

2.利用对半查表法原理将计算的电阻值和表中电阻值比较，找出相等或最接近的元素，最后经计算得到相应的温度值。

5.编写程序并调试。

七、实验成绩评定方法和实验报告要求参见实验二。

八、参考资料

热敏电阻型号：MF52-103/3435 10K ±1％精度 B值：3435

1、型号

将产品引线裁剪成所需要的长度，注意最小长度≧5mm。

MF52 10K 3470 温度特性表

R25℃=10K B(25/50)=3470K

T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ) -40 190.5562 -27 99.5847 -14 53.1766 -1 29.2750 -39 183.4132 -26 94.6608 -13 50.7456 0 28.0170 -38 175.6740 -25 90.0326 -12 48.4294 1 26.8255 -37 167.6467 -24 85.6778 -11 46.2224 2 25.6972 -36 159.5647 -23 81.5747 -10 44.1201 3 24.6290 -35 151.5975 -22 77.7031 -9 42.1180 4 23.6176 -34 143.8624 -21 74.0442 -8 40.2121 5 22.6597 -33 136.4361 -20 70.5811 -7 38.3988 6 21.7522 -32 129.3641 -19 67.2987 -6 36.6746 7 20.8916 -31 122.6678 -18 64.1834 -5 35.0362 8 20.0749 -30 116.3519 -17 61.2233 -4 33.4802 9 19.2988 -29 110.4098 -16 58.4080 -3 32.0035 10 18.5600 -28 104.8272 -15 55.7284 -2 30.6028 11 18.4818 T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ)

12 18.1489 25 10.0000 38 6.1418 51 3.9271

13 17.6316 26 9.5762 39 5.9343 52 3.7936

14 16.9917 27 9.1835 40 5.7340 53 3.6639

15 16.2797 28 8.8186 41 5.5405 54 3.5377

16 15.5350 29 8.4784 42 5.3534 55 3.4146

17 14.7867 30 8.1600 43 5.1725 56 3.2939

18 14.0551 31 7.8608 44 4.9976 57 3.1752

19 13.3536 32 7.5785 45 4.8286 58 3.0579

20 12.6900 33 7.3109 46 4.6652 59 2.9414

21 12.0684 34 7.0564 47 4.5073 60 2.8250

22 11.4900 35 6.8133 48 4.3548 61 2.7762

23 10.9539 36 6.5806 49 4.2075 62 2.7179

24 10.4582 37 6.3570 50 4.0650 63 2.6523

T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ) T(℃)R(KΩ)

64 2.5817 77 1.7197 90 1.2360 103 0.8346

65 2.5076 78 1.6727 91 1.2037 104 0.8099

66 2.4319 79 1.6282 92 1.1714 105 0.7870

67 2.3557 80 1.5860 93 1.1390 106 0.7665

68 2.2803 81 1.5458 94 1.1067 107 0.7485

69 2.2065 82 1.5075 95 1.0744 108 0.7334

70 2.1350 83 1.4707 96 1.0422 109 0.7214

71 2.0661 84 1.4352 97 1.0104 110 0.7130

72 2.0004 85 1.4006 98 0.9789

73 1.9378 86 1.3669 99 0.9481

74 1.8785 87 1.3337 100 0.9180

75 1.8225 88 1.3009 101 0.8889

76 1.7696 89 1.2684

实验五基于单片机的智能仪器综合设计实验

一、实验目的

在实验一~实验四的基础上，完成综合设计实验，学会信号采集、数据处理、

键盘控制、LCD显示等功能的智能仪器设计。

二、复习与参考

实验一~实验四

三、设计指标