智能仪器大作业教学文案.docx
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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"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitcs=P3^5;
sbitintr=P3^4;
sbitwr=P3^6;
sbitrd=P3^7;
sbita1=P1^0;
sbita2=P1^1;
sbita3=P1^2;
sbita4=P1^3;
sbita5=P1^4;
sbita6=P1^5;
uchard[4];
/*****************************************
延时
*****************************************/
voiddelayms（ucharn）
{
uchari,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<110;j++）;
}
/*****************************************
AD转换
*****************************************/
ucharadctrans（）
{
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]）
returnd[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
*****************************************/
voidmain（）
{
uchara;
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;
}
elseif（a<=51）
{
a1=1;
a2=0;
a3=0;
}
elseif（a<=76）
{
a1=0;
a2=1;
a3=0;
}
elseif（a<=102）
{
a1=1;
a2=1;
a3=0;
}
elseif（a<=127）
{
a1=0;
a2=0;
a3=1;
}
elseif（a<=153）
{
a1=1;
a2=0;
a3=1;
}
elseif（a<=178）
{
a1=1;
a2=0;
a3=1;
a4=1;
}
elseif（a<=204）
{
a1=1;
a2=0;
a3=1;
a4=0;
a5=1;
}
elseif（a<=229）
{
a1=1;
a2=0;
a3=1;
a4=1;
a5=1;
}
elseif（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
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable[]="XXGCXY";
sbitRS=P2^0;
sbitRW=P2^1;
sbitEN=P2^2;
ucharnum;
/****************延时函数*****************/
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
/*****************写数据******************/
voidwrite_data（uchardate）
{
P0=0xff;
RS=1;
RW=0;
P0=date;
delay（5）;
EN=1;
delay（5）;
EN=0;
}
/******************写命令*******************/
voidwrite_com（ucharcom）
{
P0=0xff;
RS=0;
RW=0;
P0=com;
delay（5）;
EN=1;
delay（5）;
EN=0;
}
/*****************初始化函数*******************/
voidInit_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*******************/
voidmain（）
{
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
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（Baud4800、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
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineSEG_NP2
#defineSEG_DP0
uchara;
ucharcodetable[]={
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,
0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0x88,0x83,
0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
/*****************************************************************************
*延时子程序
******************************************************************************/
voiddelay（ucharms）
{
uchari;
while（ms--）//共循环ms*120次
{
for（i=0;i<120;i++）;
}
}
/*****************************************************************************
*主程序
******************************************************************************/
main（）
{
ucharj;
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;//波特率提高一倍
//TH1=0xFD;//baud*2/*reloadvalue19200、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;j<8;j++）
{
SEG_N=0x80;
SEG_N=SEG_N>>j;
P0=table[a&0x0f];//接收0-9
delay（200）;
}
}
}
3实验结果
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