计算机测控技术实验指导书.doc

计算机测控技术实验指导书编者：娄小平 巫建坤 赵双琦北京机械工业学院电子信息工程系20049目 录实验一 V/F转换及数字频率输入通道.2实验二 继电器控制实验.5实验三 串并转换实验.6实验四 单片机与PC机的串行通信实验.8实验五 模/数、数/模转换实验14实验六 数字滤波16实验一 V/F转换及数字频率输入通道一、 实验题目及内容以LM331为主设计V/F转换器并设计其与计算机间的接口电路，编写程序计算V/F转换器的输出频率。二、 实验目的1、 通过实验了解典型V/F转换电路的实现及调试方法。2、 了解微机频率输入通道的软、硬件设计及调试方法。三、 实验内容及要求1、设计以LM331芯片为主的V/F转换电路，要求有定标调整环节（参见图1）。画出原理图及接线图，给出外围元件参数。+5VRS*5KRS12KCi0.01F23587CIN0.1FVx16CL1F47RL100K100K200K5KRIN100K10KRi6.8KfOUT 8031+5VT0/T1+5V LM331+5V图1 LM331的典型用法示意图 2、按接线图在面板上搭接V/F转换电路，用示波器观测输出波形，并考察定标调整环节的作用。分析外围电路参数对输入（V）与输出（F）关系的影响。 3、设计V/F转换器与计算机间的接口电路及软件，测频方法自选。画出程序框图，并给出程序清单。4、通过实验考察V/F转换器的线性。至少纪录10对数据。四、测频方法示例1、 将LM331的输出与8031的T1端相连，即作为T1的计数脉冲。启动T1后延时100ms再让T1停止计数，此时T1中的计数值乘以10即为所测频率。程序框图如图2所示。2、 如图3所示，以T0作为定时器，T1作为计数器，在T0的中断服务程序中停止T1计数，之后根据此时T1中的计数值和T0的预置值计算出所测频率。主程序和T0中断服务程序的框图分别如图4和图5所示。将T1设置为16位计数方式清除T1并启动T1计数延时100msT1停止计数计算所测频率图2 软件延时计算所测频率的框图中断请求（b）fVm6M晶振分频T0TF0TR0（a）VFCT1TR1数字输出图3 利用两个计数器通过中断计算所测频率五、实验报告内容 1、硬件原理图及接线图（包括V/F转换及计算机接口），外围电路参数应是通过实验实际调整后的。 2、说明所采用的测频方法。 3、调试后确定的程序框图及程序清单。 4、V/F间关系的实测数据，并对该数据进行分析，若线性不好，分析引起非线性的原因。 5、对实验中出现的问题进行分析、讨论。将T1设置为16位计数方式设置T0的定时值m并清除T1允许T0产生中断开中断启动T0、T1开始工作T1图4 中断法计算所测频率的主程序框图将T0设置为定时器方式等待中断读取T1的计数值计算所测频率中断返回图5 T0的中断服务程序框图T1停止计数六、实验注意事项1、V/F转换电路搭接好后，经辅导老师检查，方可上电。 2、用示波器观测到V/F转换器的输出信号后，方可与计算机连接。实验二 继电器控制实验一、 实验题目及内容 利用输出接口输出高低电平，控制继电器开合，以实现对外部装置的控制。二、 实验目的1、了解继电器的工作原理和控制方法。2、掌握继电器与执行元件之间的连接方法。三、 实验说明 现代自动化控制设备中，都存在一个电子电路与电气电路的互相联结问题。一方面要使电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件（电动机、电磁铁、电灯等），一方面又要为电子电路和电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身的安全。电子继电器便能完成这一桥梁作用。本实验采用MCS51/98单片机实验箱上自带的继电器，型号为JDC-3，控制电压为直流+5V，其控制端为实验箱上的JDQ插孔。当JDQ为高电平时，继电器不动作，为低电平时继电器动作（常闭触点断开，常闭端点闭合）。如图一所示，在MCS51/98单片机实验箱中，插座J4的1、2、3、4、5各端分别与+5V、继电器的常闭端、继电器的控制端、继电器的常开端以及地相连。 图1 与继电器有关的连线说明四、 实验内容及要求 1、在插座J4上连接一个灯泡，使其状态跟随继电器的闭合和断开发生变化。 2、按接线图在面板上搭接电路。 3、设计软件。画出程序框图，并给出程序清单。 4、通过实验考察继电器的控制方法。五、 实验报告内容 1、硬件接线图。 2、调试后确定的程序框图及程序清单。 3、对实验中出现的问题进行分析、讨论。实验三 串并转换实验一、 实验题目及内容 利用8031单片机的串行口，以及并行输出串行移位寄存器74LS164，扩展I/O口，在数码显示器上循环显示09这10个数字。二、 实验目的1、 了解串并转换的实现方法以及具体的应用场合。2、 掌握利用串行口扩展I/O通道的方法。3、 掌握8031串行口方式0工作方式以及编程方法。三、 实验说明8031的串行口工作在方式0时，可以通过外接的移位寄存器实现串并转换。在这种方式下，数据为8位，只能从RXD端输入输出，TXD端用作输出移位同步时钟信号，其波特率固定为振荡频率（晶振频率）的1/12。需要注意的是，8031的串行口工作在方式0时，需由软件置位串行控制寄存器（SCON）的REN位后才能启动串行接收；CPU将数据写入SBUF寄存器后，会立即启动发送；8位数据输入完毕后，硬件将SCON寄存器的T1位置1，必须由软件才能将其清除为0。四、 实验箱的连线说明实验箱上的数码显示部分是与8279相连的。做这个实验时，需要先把数码显示部分与8279连接的短路片全部拔掉，然后将8031的TXD端接74LS164的SCLK端，RXD端接74LS164的SIN端，74LS164的QHQA分别接数码显示的ah，数码显示的LD0接高电平（+5V），LD1LD5接低电平（地）。五、实验内容及要求 1、按照以上说明画出实验所用的原理图和接线图。 2、按接线图在面板上搭接电路。 3、根据框图设计程序，并给出程序清单。3、 通过实验考察继电器的控制方法。六、 实验报告内容 1、硬件原理图和接线图。 2、调试后确定的程序框图及程序清单。 3、对实验中出现的问题进行分析、讨论。 图1 实验连线示意图NY入 口置计数初值，初始化串口，指针指向表首址从表中取段选码送串口的SBUFTI=0？TI清零)延 时表指针下移计数减一为0？N图2 串并转换程序框图置计数初值，表指针初值Y实验四 单片机与PC机的串行通信实验一、实验题目、内容 利用8031单片机的串行口，实现与PC机的串行通信功能。 本实验实现以下功能：将从8031单片机实验箱的小键盘上键入的数字、字母显示到PC机的显示器上，将PC机键盘输入的字符0F（其他字不显示）显示到单片机实验箱的数码管上。二、实验目的1、 掌握串行口工作方式的程序设计，掌握单片机通信程序的编制。2、 了解实现串行通信的硬件环境，数据格式的协议，数据交换的协议。3、 了解PC机通信的基本要求。三、实验说明本实验的通信模块由两个独立的模块组成：单片机通信模块和PC机通信模块。MCS-51单片机串行口的SBUF有两个：接收SBUF和发送SBUF，二者在物理结构上是独立的，单片机通信模块用它们来接收和发送数据。专用寄存器SCON和PCON控制串行口的工作方式及波特率。定时器1作为波特率发生器。PC机一端的串行通信软件采用基于Windows的应用程序“串口调试器”。也可采用86汇编语言专门编写PC端的通信模块，此时应注意两点：一是对串口进行初始化时波特率和数据格式的设置，二是确定数据传送方式。数据传送方式有两种：查询方式和中断方式，本实验采用查询方式。第五部分中给出了采用86汇编实现的串行通信模块框图。另外，8031单片机与PC机间的串行通信采用RS-232C标准。523J13114898111213RXDTXDRXDTXD23108031PCRS-232C（9针）图1 PC机与8031间串行通信实验示意图1488实验线路示意图如图1所示。四、实验箱上的连线说明8279与键盘、显示器的连接方法参见图2。 图2 8279与键盘、显示器的连接方法图2 8279与键盘、显示器的连接图五、程序框图以下分别给出PC机的通信模块框图、8031通信模块主程序框图以及8031的中断程序和显示子程序的框图。注意：字符09对应的ASCII码值为30H39H；AG对应的ASCII码值为41H47H；M 对应的ASCII码值为4DH；P对应的ASCII码值为50H ；R对应的ASCII码值为52H。Y写显示缓冲器RAM命令取R2中数值转换为段选码从数据口输出返回图6 8031显示子程序框图：显示R2中的内容六、实验操作方法1、 完成8031各程序模块的设计、实现及调试。保证各模块功能正确。2、 通过PC机将调试完毕的8031程序下载至单板机并运行该程序。3、 在PC机一端退出单片机的开发应用程序。（按Ctrl-B之后再选择“Exit”）4、 如果PC端的串行通信程序采用“串口调试器”，则执行该应用程序，弹出如图7所示的界面。调整“串口设置”部分各选择框的选择内容，以保证PC机和8031之间的串行通信能正确进行。参数设置完毕后，单击“打开串口”按钮，此时该按钮上的文字变成“关闭串口”，表示可以通过PC机上的指定串口发送和接收数据。（注意：PC端和单片机端的波特率、数据位、校验位和停止位必须一致）。发送字符时，在右上方的文本框中输入待发送的字符，之后单击“手工发送”按钮；接收到的字符显示在右下方的文本框中。5、 如果PC端的串行通信程序采用自己编写的模块，则按照程序的指示操作即可。6、 如果两端的程序运行均正常，则在单片机开发系统的小键盘上输入的数字或字母会显示在PC机的屏幕上，单片机开发系统的数码显示器上也会显示PC机一端通过串口发送的字符。 图7 “串口调试器”的运行界面七、实验内容及要求 1、按照以上说明画出实验所用的原理图和接线图。 2、按接线图在面板上搭接电路。 3、设计软件。画出程序框图，并给出程序清单。4、通过实验考察串行通信的实现方法。八、实验报告内容 1、硬件原理图和接线图。 2、调试后确定的程序框图及程序清单。3、对实验中出现的问题进行分析、讨论。实验五 模/数、数/模转换实验一、实验题目 利用ADC0809芯片将05V之间的模拟电压信号变成数字信号并显示在开发装置的数码显示器上，同时由8031单片机读入并将数字信号通过DAC0832变成模拟电压信号输出。二、实验目的1、熟悉ADC以及DAC芯片的使用方法。2、考察AD转换的量化特性。三、实验原理UADC8031DAC图1 实验原理图数码显示器O 通过电位计产生05V之间的模拟电压输入给ADC0809。8031控制ADC0809的工作状态并读入其转换结果，该结果同时显示在数码显示器上。8031将读到的AD转换结果通过DAC0832变成模拟电压并输出。调节电位计即可改变输入电压，此时，数字显示器上的数字即为A/D转换器对应的输出数码，也是D/A转换器的输入数码。四、实验内容及步骤 1、按照以上说明画出实验所用的原理图和接线图。 2、按接线图在面板上搭接电路。3、编写程序完成A/D转换结果的读取、显示以及D/A的输入控制。4、 将电位计的输出调整为0V，运行程序，观察数码显示器的显示结果是否为00，如果不是，考虑原因以及调整方法。5、 在05V之间调整电位计的输出，用数字电压表分别检测A/D的输入电压和D/A的输出电压，观察显示器，记录相应的结果填入表1。 表1 实验记录1模拟输入电压（V）显示器数码（H）模拟输出电压（V）6、 用数字万用表监测A/D的输入电压，在2.5V附近连续调节A/D的输入电压，观察量化误差和量化单位。7、 测出A/D输入电压在2.5V附近5个量化单位的数值，记录与之相对应的数字量，如表2所示。 表2 实验记录2模入电压（mV）数字量（H）8、 根据表2画出A/D转换的量化特性图。五、实验报告内容 1、硬件原理图和接线图。2、调试后确定的程序框图及程序清单。3、对实验结果记录的分析说明。4、对实验中出现的问题进行分析、讨论。实验六 数字滤波一、实验题目 利用8031单片机对含有干扰的正弦信号进行数字滤波处理，以去除干扰，保留正弦信号。含有干扰的正弦信号通过A/D芯片采样输入8031，处理后通过D/A芯片输出。二、实验目的1、熟悉数字滤波器的工作原理和实现方法。2、了解数字滤波器的参数计算和实验调整方法。三、实验原理CRADC8031DAC 图1 实验原理图用RC电路对555所输出的方波进行微分，将此微分信号视作干扰；再利用信号发生器产生正弦波，两信号迭加，产生如图1中所示的R信号。注意，该信号波形不要超过5V，以免数字化时溢出。设计一个相当于的数字滤波器，由一阶差分法可得近似公式如下： . . . . 公式1上式中，XK为输入，YK为输出，T为采样周期，。加权平均值算法为：.公式2上式中，XK为输入，YK为输出。四、实验内容及要求 1、按照以上说明画出实验所用的原理图和接线图。 2、按接线图在面板上搭接电路。3、分别编写模拟一阶惯性环节的数字滤波程序和按照加权平均法的数字滤波程序。9、 程序运行后，用示波器观察输入R、输出C的波形，分析滤波效果，并记录干扰衰减比、正弦衰减比以及a值。纪录衰减比时可先在输入端接正弦信号并记录，再在输入端单独接干扰信号并记录，记录采用峰-峰值（P-P，V）。10、 运行一阶惯性环节的数字滤波程序时，改变a值及采样周期T，重复步骤4，直至得到满意的结果。将实验结果填入下表。 表1 一阶惯性环节的实验结果实验序号T（s）1-aa滤波前后正弦幅值比滤波前后干扰幅值比123n 运行加权平均数字滤波程序时，改变Ai以及采样周期T，调整干扰信号增多至相邻，重复步骤4，练习T与Ai的设定，并将实验结果填入下表。 表2 加权平均数字滤波法的实验结果实验序号T（s）A1A2A3A4滤波前后正弦幅值比滤波前后干扰幅值比123n五、实验报告内容 1、硬件原理图和接线图。2、调试后确定的程序框图及程序清单。3、根据实验结果分析各参数的作用。3、对实验中出现的问题进行分析、讨论。袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄