智能仪器大作业 (一)

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'也）

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

本章要求掌握得内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计得要点

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

本章要求掌握得内容：数据采集系统得组成结构、碟拟信号调理、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单片机控制得程控增益放大器得接口电路。已知输入信号小于

10mv,要求当输入信号小于lmv时，增益为1000,而输入信号每增加lmv时,其增益

自动减少一倍，直到lOOmv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FIF0存储器对教材中图2—22所示得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

本章要求掌握得内容：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得接口电路，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）得控制程序（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

本章要求掌握得内容:RS232C、RS485串行总线,USB通用串行总线，PTR2000无线数据传

输

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智能仪器大作业

考试题（30分）

1设计PC机与MCS-51单片机得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，在单片机得6位LED上左石滚动显示得通信与显示程序。

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芯片都就是特殊得ASIC芯片，她们除了ASIC得特点之外，还有以下

优点：（1）随着VLSI工艺得不断提高,FPGA/CPLD得规模也越来越大，所能实现得功

能越来越强可以实现系统集成；（2）FPGA/CPLD得资金投入小，研制开发费用低：（3）F

PGA/CPLD可反复得编程、擦除、使用或者在外围电路不动得情况下用不同得EPRCM就

可实现不同得功能；（4）FPGA/CPLD芯片电路得实际周期短；（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单片机控制得程控增益放大器得接口电路。已知输入信号小于

10mv,要求当输入信号小于lmv时,增益为1000,而输入信号每增加lmv时，其增益自动

减少一倍，直到1OOmv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,控制放大器得反馈电阻阻值，实现改变放大倍数得原理工作。

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井与芯片引脚相对应

然后就是单片机P0口控制液晶显示器得输出

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

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#inelude"reg51^h”sbitrd=P3A7;

#include"intrins>h"sbital=PlA0;

#defineucharunsignedcharsbita2=P11：

#defineuintunsignedintsbita3=P1A2

sbitcs=P3A5；sbita4=PlA3；

sbitintr=P3"4；sbita5=Pl'4：

sbitwr=P3A6；sbita6=P1A5;

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*******************0al=0；

主函数goa:2=1;

*************女*********火o«a3=0;

*****************/ooj

voidmain()elseif(a<=102)

|g{

uchara：°a1=1；

®a4=0;0a2=1；

3a5=0；5a3=0；

0a6=0;ooj

a=adctrans()；elseif(a<=127)

»whi1e(1)0(

(，a1=0；

wr=1；80a2=o；

a_nop_();a3=1；

wr=0；0)

»o_nop_();e1seif(a<=153)

。wr=1;(

。delayms(1)；al=1;

。。〃读取转换后得值8a2=0；

P2=Oxff；oooa3=1；

rd=1；0}

a_nopj)；e1seif(a<=178)

8rd=0：(

a_nop_（）；*a1=1；

d[3]=P2；0a2=0;

0_nop_();，a3=1;

8rd=1;0◎a4=1；

ooif(d[3]>a)，｝

a=d[3]；gelseif(a<=204)

«if(a(=25)(

(8al=1;

al=0;0«a2=0;

，a2=0；8a3=1；

o«a3=0；8a4=0；

00)8a5=1；

。elseif(a<=51)0)

(。到seif(a<=229)

°al=1；00{

ga2=0;00al=1;

aaa3=0；0a2=0；

=1；

elseif(a<=76)a4=1；

(8a5=1;

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0}»a4=0：

®elseif(a<=255)。a5=0;

，{。a6=1；

，3al=1；°}

a2=0;。}

，a3=1;}

5,仿真结果

DigitalOscilloscope

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所示得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）

1O硬件电路图

AD767?

ADR421-AVDD

VXNUOUTDVDO

GNDOVDO_________________________

08/2C

RCFGNDffIDT7266<)ycc

UI*

「

CNV5T

BUSV29

BVTESU

采样麻冲OBND1MPULS

DSHDACR/PA

JinjiD6N0RCSCT

A«NOPD

AGNDUARP

2o工作过程

IDT7206就是IDT公司容量为16Kx9得且引脚功能完全兼容得串行F尸0双端口RAM

单向得FIFO双端口存储器。因为就是一个FIFO（先入先出）存储器，所以没有绝对地址得

概念，只有读指针与写指针得相对位置当相对位置为。时，表明存储器空；为所用得存储器

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得容量时，表明存储器已满。A07671为公司研制得16位、1MSPS得高速A/D

转换器。采集系统得原理图如上图所示。用一片AD7677与两片IDT7206构成了一个1

6位得、最高采样频率可达1MHz、每组最大采样点数为16K得数据采集系统。若要增加

采集样本长度，只需要换IDT7206即可，其硬件得连接方式基本不变。

在此系统中单片机得作用只就是控制何时采样，以及采样完成后对采样数据得处理在采

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）与IDT7206（存高位）读出，进行处理。每组数据得数量应该由程序

计数判断，当然也可以利用IDT7206得EF标志进行查询判断。在进行第二组数据得采集

前，最好将IDT7206先复位，通过在IDT7206得RS引脚输入一个低脉冲，即在803

1得P1、0引脚输出一个低脉冲。这样可以更充分地保证FIFORAM得读、写指针得稳定。

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得接口电路，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）得控制程序（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液晶模块内部得字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同得点阵

字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母得大小写、常用得符号、与日文假名等，

每一个字符都有一个固定得代码，比如大写得英文字母"A”得代码就是01000001B

（41H）,显示时模块把地址41H中得点阵字符图形显示出来，我们就能瞧到字母“A〃.

在单片机编程中还可以用字符型常亮或变量赋值，妇因为CGROM储存得字符代

码与我们PC中得字符代码就是基本一致得，因此我们在向DDRAM写C51字符代码

程序时甚至可以直接用P1=7V这样得方法。PC在编译时就把，A，先转换为41H代码了。

2、接口电路图

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KXGCXV

flI•DIMM

，工』g

P22<«<1

■ZM”

PZ«MC

”尔口

P2«*U

rzime

fZDfM

911.T-1

FJ^TTO

nawn

”皿

raaO»

♦2?"F

3、程序流程图

START

LCD初始化

第一行显示

“WHLGDX”

延时500ms

流程

图

4、程序

#incIude<reg52>h>sbitRS=P2'0；

#defineucharunsignedcharsbitRW=P2八1;

#defineuintunsignedintsbitEN=P2A2;

ucharcodetable[]="XXGCXY";ucharnum：

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/************大***延时函数*

火***************/

EN=0;

voiddelay(uintz)write_(0x38)；〃设置16次2显

(示,5*7点阵，8位数据接口

uintx,y;write_(Ox0c)：〃设置开显示，

for(x=z；x>0；x-----)不显示无标

for(y=l10：y>0：y--)；writeJOx06)：//写一个字符后地

)址指针加一

/****士******火火女火火*写数据**writejOxOl);〃显示清0,数据

****************/指针清0

voidwrite_data(uchardate)}

(/*******************主函数

3Po=0xff;*******************/

，RS=1;voidmain()

sRW=0;(

3P0=date；olnit_LCD1602()；

de1ay(5)；while(l)

-EN-1；(

，de1ay(5)；。write[0x80)：

EN=0;for(num=0；num<6；num++)

)(

/*************火****写命令.。write_data(table[num]);

*******♦♦*********/。delay(5)：

voidwrite_(uchar)}

(。delay(200);

«P0=0xff；。write_(0xOl);

RS=0;awrite_(OxcO);

»RW=0；ofor(num=0;num(6；num++)

P0=；。(

。delay(5);。write_data(tab1e[num])；

EN=1;。de1ay(5);

◎delay(5);)

EN=0;e1ay(200)；

)gwrite_(0x01)；

/***火火***********火初始化函

数*******************/)

voidlnit_LCD1602()

5、结果

第9页共12页

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LCD1

iw皿

•TXT

,OQTKQO

,onag

,gA0G

第

4章数据通信

考试题（30分）

1、设计PC机与MCS-51苴片机得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，在单片机得6位LED上左右滚动显示得通信与显示程序.

评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确面出程序流程图（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）.

通信接口电路

，2lg

FZ3AD

RZ3*11

FS«IAC

R2SOO

F2GA1t

P27ss

・1W,30*^

fi.i/raxP3VTO

•§22•aEJ

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八A”*ao上

■，，

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J

2、流程图

机样疗玳，

3.程序

(1)下位机51单片机程序

/***********火************************大******火*

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*********************************

*名称:RS232串口接收程序。。。。

大连接方法：使用串口调试助手（Ba”4800、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8。8。。。，

666dO

****************************火火***************火***

*****************************

#inc1ude(reg51h//此文件中定义了51得一些特殊功能寄存器

#include<stdio.h)

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsigned

#defineSEG_NP2

#defineSEGDPO

uchara;

ucharcodetab1

0xcO,Oxf9,0xa4,0xb0,

0x99,0x92,Ox82,0/8,

Ox80,0x90,0x88,0x83,

Oxc