《智能仪器原理》实验指导书.doc

智能仪器原理实验指导书本课程是一门理论联系实际，它涉及到机、电、磁、光、单片机等方面的知识。本课程的任务是综合运用以前所学习的知识，了解智能仪器的原理及设计过程。培养学生综合、灵活运用已学知识，进行仪器设计的能力。学生通过实验了解智能仪器仪表的基本组成及仪器的核心：单片微型计算机及系统；掌握单片机应用系统设计基础、基本系统设计、系统译码电路、常用接口芯片的使用；掌握智能仪器的弱信号转换技术；掌握A/D转换技术及智能仪器中常用的其他信号转换技术；掌握了解智能仪器的人机对话通道技术，通讯技术及串行接口的使用；掌握简单智能仪器的设计、调试过程。实验一 A/D转换技术A/D转换技术是智能仪器中最基本的部件，用于将模拟信号输入到计算机中处理，本实验内容是设计软件，实现A/D转换。（一）ICL7135 位双积分A/D转换器。1ICL7135简介ICL7135（国产有5G7135）采用CMOS工艺制作，为位双积分式A/D转换器，满量程达2.0000V，最大显示读数19999，分辨率为0.1mV。其主要特性如下：（1）在20000字范围内，转换误差1字。（2）电路内部自动调零，保证0信号输入时，输出读数为零。（3）输入电流典型值可达1pA。（4）测量电压时，能自动进行极性转换并指示出极性。（5）提供过量程（OR）与欠量程（UR）信号。（6）所有输入、输出端信号能直接和TTL兼容。（7）动态扫描输出BCD码。（8）ICL7135电参数（极限参数）ICL7135内部模拟部分主要由三个运放和若干开关组成。CAL，CR，CINT和一个电阻RINT就能完成双积分和自动调零功能。VINH0应取满量程电压2V。R/H=“1”时，7135处于连续转换状态，每4002个周期完成一次A/D转换。若R/H由“1”变为“0”，则7135在完成本次A/D转换后进入保持状态。若把R/H端用作启动功能时，只要在该端输入一宽度大于300ns正脉冲，转换器就可开始进行A/D转换。ST 每次A/D转换周期结束后，ST端输出五个负脉冲，其输出时间对应在每个周期开始时五个位选信号正脉冲的中间。BUSY 此信号在双积分阶段为高电平，其余时间为低电平。OR 超量程信号。UR 欠量程信号。POL 输入信号极性指示。D5，D4，D3，D2，D1 位驱动信号。B8，B4，B2，B1 BCD码输出信号。2实验参考电路3实验内容（1）与单片机接口：a）采用程序查询，可利用D5D1，信号，比较用与不用的结果。b）用作为中断，利用8031的INT0和INT1实现中断采集。（2）利用8255实现程序查询和中断方式采集数据。（3）利用8155实现程序查询和中断方式采集数据。（二）AD574 12位A/D转换器1AD574简介（1）AD574A的特性与引脚功能1）分辨率及精度为12位。2）转换12位时速度为25s，8位时速度为16s。3）带有时钟电路和参考电压基准。4）转换结果通过内部三态缓冲器，总线取数时间为250ns。5）模拟信号输入范围允许010V，020V以及5V或10V。AD574A为DIP28脚封装。12/8：输出数据方式选择。A0：转换数据长度选择。CS：片选信号，低电平有效。R/C：读或转换选择。CE：芯片允许信号。VCC：正电源，其范围为016.5V。REFOUT：10V参考电压输出。AC：模拟信号公共端。DC：数字信号公共端。REFIN：参考电压输入。VEE：负电源。BIPOFF：双极性偏移。10VIN：单极性输入010V范围输入端。20VIN：单极性输入020V范围输入端。STS：状态输出信号。D0D11：12位转换数据的输出线。（2）读转换数据：在CS=0和CE=1且R/C为高时，才能读数据，由12/8决定是12位并行读出，还是两次读出。（三）ADC 0809TDN86/51教学实验系统的A/D单元，地址为7FF8H 7FFFH，分别对应8个模拟输入通道。参考电路如下：参考程序：MAIN：MOV R0，#30HMOV P2，#7FHMOV R1，#F8HL1： MOVX R1，ALCALL DALLYL2： JNB P3.3，L2MOVX A，R1MOV R0，AINC R0CJNE R0，#40H，L1L3： SJMP L3NOPNOPNOPDALLY：MOV R2，#10HL4： DJNZ R2，L4RETEND实验二 智能仪器常用信号转换技术（一）采用NE555实现V/F转换。输入05V信号，转换为010kHz信号。 1NE555的性能NE555为单定时器电路，基本单元包括两个电压比较器、一个RS触发器、放电场效应管和输出反相器。（1）电源电压：4.516V。（2）触发电压：电源电压5V时典型值为1.67V。（3）阈值电压：2/3电源电压。（4）触发电流典型为0.5A。（5）输出低电平：5V电源电压，吸收电流5mA.（6）输出高电平：5V电源电压，驱动能力为100mA。（7）输出上升，下降时间典型值都为100ms。2用NE555构成V/F转换电路NE555的应用很广，如图所示的电路，它可以把05V电压变换成04kHz脉冲频率输出，线性误差仅0.2%左右。输出频率f0可用下式计算： f0=（VIN/VH）/R1C（二）用运算放大器组成V/I转换电路。实验三 智能仪器中弱信号放大技术（一）运算放大器7650的使用。设计放大100倍电路，测试其性能：带宽、频响、零漂、噪声等。（二）运算放大器保持电路实验。抑制共模干扰、差模干扰、工频干扰、输出幅度的控制。实验四 智能仪器D/A转换技术（一）DAC 0832 D/A转换器与8031接口设计。1DAC0832输入工作方式（2）用运算放大器组成I/V转换。1）输入输出直通方式 将WR2及XFER接地，ILE接高电平，CS及WR接地，输入数据便可直接送D/A转换器进行电流转换。2）单缓冲寄存器工作方式 将WR和XFER接地，则DAC寄存器为不锁存状态，ILE接高电平，CS和WR信号有效时（低电平有效），输入数据就输入寄存器，当WR信号变为高电平时，数据就被锁存到输入寄存器。3）双缓冲寄存器工作方式2DAC0832的模拟输出方式1）单极性输出UREF可以是稳定的直流电压，也可以是从1010V之间的可变电压。 2）双极性输出（二）采用脉宽调制原理的D/A转换。提示：利用8031 T0、T1及P1.0实现。（三）采用MCS-2型A/D和D/A转换接口板在8088系统上实验。实验 D/A转换实验研究一、实验目的1掌握DAC0832的使用方法。2掌握DAC0832在51系列单片机系统中的使用方法。二、实验内容及提示 实验电路如图所示，同中当WR和P2.7有效时选中该片，因此可取7FFFH为片选地址。1 产生锯齿波，要求周期为2mSMAIN：MOV DPTR，#7FFFHCLR AA1： MOVX DPTR，AINC ASJMP A1END2 产生三角波，要求周期为4mSMAIN：DPTR，#7FFFHCLR AL1： MOVX DPTR，AINC ACJNE A，#0FFH，L1DEC AL2： MOVX DPTR，ADEC ACJNE A，#00H，L2SJMP L1END3 产生阶梯波，要求周期为30mSMAIN：MOV DPTR，#7FFFHCLR AL2： MOVX DPTR，AADD A，#10HACALL L1SJMP L2L1： PUSH 0E0HPUSH 0F0HMOV A，#02HL4： MOV 0F0H，#0FAHL3： DJNZ 0F0H，L3DEC AJNZ L4POP 0F0HPOP 0E0HRETEND实验步骤（1）按图接线。（2）输入程序并检查无误，经汇编、连接后装入系统。（3）运行程序，用示波器观察波形是否正确。实验五 智能仪器的人机对话通道技术（一）BCD码拨盘电路与软件设计。（二）行列式键盘使用编程的设计。（三）LED动态显示。采用串行与并行输入两种方式的设计。（四）8279实验设计。（五） 8155键盘及显示接口实验设计采用8155接口电路实现键盘及显示接口的设计。实验内容及提示1线路原理图图中画圈的线需用导线或排针在线路板上连接，其它的线在板子上均已连接。2实验参考程序MAIN：MOV 52H，#00HMOV 53H，#00HMOV 51H，#00HMOV 50H，#00HMOV R5，#53HKEY： MOV A，#03HMOV DPTR，#7F00HMOVX DPTR，ABEGIN：ACALL DIS ACALL CLEAR ACALL CCSCA JNZ INK1 AJMP BEGININK1： ACALL DIS ACALL DL1MS ACALL DL1MS ACALL CLEAR ACALL CCSCA JNZ INK2 AJMP BEGININK2： MOV R2，#0FEHMOV R4，#00HCOLUM： MOV DPTR，#7F01H MOV A，R2 MOVX DPTR，A INC DPTR INC DPTR MOVX A，DPTR JB ACC.0，LONE MOV A，#00H AJMP KCODELONE： JB ACC.1，NEXT MOV A，#04HKCODE：ADD A，R4 ACALL PUT PUSH ACCKON： ACALL DIS ACALL CLEAR ACALL CCSCA JNZ KON POP ACCNEXT： INC R4 MOV A，R2 JNB ACC.3，KERR RL A MOV R2，A AJMP COLUMKERR： AJMP BEGINCCSCA：MOV DPTR，#7F01H MOV A，#00H MOVX DPTR，A INC DPTR INC DPTR MOVX A，DPTR CPL A ANL A，#03H RETCLEAR：MOV DPTR，#7F02H MOV A，#00H MOV DPTR，A RETDIS： PUSH ACC PUSH 00H PUSH 03H MOV A，#03H MOV DPTR，#7F00HMOVX DPTR，AMOV R0，#50HMOV R3，#0F7HMOV A，R3AGAIN：MOV DPTR，#7F01HMOVX DPTR，AMOV A，R0MOV DPTR，#DSEGMOVC A，A+DPTRMOV DPTR，#7F02HMOVX DPTR，AACALL DL1MSINC R0MOV A，R3JNB ACC.0，OUTRR AMOV R3，AAJMP AGAINOUT： POP 03HPOP 00HPOP ACCRETDSEG：DB 3FH，06H，5BHDB 4FH，66H，6DHDB 7DH，07HDL1MS：MOV R7，#01HDL0： MOV R6，#0FFHDL1： DJNZ R7，DL0 RETPUT： PUSH 00H PUSH ACC MOV A，R5 MOV R0，A POP ACC实验六 串并转换接口实验设计采用74LS164串并转换接口实现灯光设计及接口设计设计（一） 发光二极管电路设计1 参考图2参考程序MAIN：MOV SCON，#00HMOV R0，#00HMOV R1，#30HNOPL4： MOV A，R0MOV SBUF，AL1： JNB TI，L1CLR TIMOV R2，#0FFHL3： MOV R3，#0FFHL2： DJNZ R3，L2DJNZ R2，L3MOV R1，AL5： INC R1INC R0CJNE R0，#10H，L4SJMP L5END实验步骤（1）接好电路。注意连接中AD转换器地址的设置。（2）输入程序并检查无误，经汇编、连接后装入系统。（3）在1014处设断点。（4）用万用表测IN0线上电压值，GB=0000运行程序，直到断点为止，用R07命令检查转换结果，即片内30-3F单元内容或累加器中的内容。（5）改变W，并用万用表测INT0线上电压值，系统线路板上已提供地址线插孔，重复（4），观察是否与显示器上显示结果相符。（二） 键盘显示电路设计参考教材有关内容自行设计 实验七 智能仪器的通讯技术（一）MCS-51单片机之间通讯程序设计。单机设计、主从（多机）式通讯设计。（二）单片机与PC机之间的通讯：程序设计。实验八 智能仪器的总体设计与调试（一）智能仪器开发装置的使用。（二）RAM掉电保护电路实验。（三）WDT监视定时器的设计。（四）系统抗干扰实验数字滤波。模拟噪声信号，利用A/D采集，经处理后D/A转出，从示波器上观察，输入与输出波形的变化。附录1：设计报告要求及格式标题副标题内容简介（提要）关键词一、系统功能概述国内外技术发展研究的意义研究的内容系统功能系统总的技术路线（方框图） 二、系统的硬件设计技术要求、技术指标、技术实现方案（可多种，然后讲所确定的方案的优点、可得性。分功能块介绍，从输入中心输出，或输入、输出、中心，或中心、输入、输出每个模块按分述，讨论与其他模块的衔接。输入通道：传感器、转换、切换、放大、外围抗干措施、A/D、键盘输出通道：驱动方式、驱动能力、输出形式的多样化、D/A、显示、并/串通讯：RS232、或RS485等主控：单片机低功耗、最小系统保护：RAM掉电保持，程序跑飞的自动复位电源：自设计开关电源模块自设计基础上使用DC-DC模块重点：放大电路、信号转换三、软件设计主程序：初始化闭合循环功能子程序（对应键）中断子程序：定时中断T0：显示、延时用（