成信工智能仪器设计实验指导

《智能仪器仪表设计》实验指导书自编讲义2017.6

一、课程实验性质、目的与任务通过本课程的实验，使学生建立仪器整机系统的概念，掌握智能仪器仿真设计方法，培养学生综合运用所学知识与技术进行仪器设计的能力，提高学生灵活性和创新（创造）意识。二、实验基本要求1.掌握智能仪器仪表各组成部件的原理图设计。2.掌握智能仪器的基本数据处理算法的设计方法。3.掌握键盘、LED显示、A/D、液晶等设计方法。6.提出仪器系统的设计思路、论证设计方案，具备技术实现能力，基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解决办法。三、实验1．实验目的与任务综合单元实验成果，形成较完整的仪器系统，培养学生的综合集成设计能力和技术实现能力。为此开设3个单元实验。2．实验教学基本说明1）智能仪器仪表的数据采集实验:能够依据仪器数据采集系统的性能指标要求，选择A/D转换方式、芯片及接口电路，设计采集系统硬件及软件，实现单路电压信号的数据采集。2）智能仪器仪表的人机接口实验：子系统设计实验，能进行键盘或触摸屏输入设计，LCD液晶或485、USB、网络输出设计，选择合适的芯片，进行电路和程序设计。3）基本数据处理算法：在理解数据处理基本理论的基础上，编写基本数据处理算法的程序，拟定被处理数据，验证程序的正确性和处理的有效性及局限性；能够根据信号和噪声（干扰）特征，选择合适处理算法和流程。4）微机内嵌式智能仪器综合实验（选做）：本实验以重量、压力、声音为测量对象，将实验一到实验四的单元内容综合，完成具有信号采集、处理、键盘控制、显示等功能的智能仪器；掌握标定原理和工程量变换方法；能够对测量结果进行分析。

实验一智能仪器仪表的人机接口实验实验目的:能进行键盘输入设计，LED与LCD液晶显示。实验要求:绘制原理图\PCB,并用PROTEUS仿真实验原理:参考原理图(2)程序设计图4.22矩阵编码示意行扫描法：1、寻找有无键按下所有列接地，看行有无低。2、找出按下键的列位置使一列接地，其它列接高，看行有无低。3、找出按下的键属于哪一行图4.23矩阵线反转法硬件连接图1、CPU通过指令使所有的列线（P1.4-—P1.7）置高，所有的行线（P1.0-P1.3）输出为低电平（称开放所有行）；读列线。2、CPU通过指令实验内容：实验课堂要求，要求对应图例，用PROTEUS完成原理图设计，并用KEILC完成程序，演示正确（1）流水灯--------------------------------------------30----45分钟提示，对应的元器件名称如图（1）流水灯--------------------------------------------30----45分钟（2）按键控制灯亮--------------------------------------------10----25分钟（3）7段数码管--------------------------------------------10----25分钟0Xc0；0XF9；0XA4；0XB0;0X99;0X92;0X82;0Xf8;0X80;0X90;4矩阵键盘实验（3）-------------------------------------------------------45分钟分别使用隔行扫描和线反转进行按键识别，并显示（

实验二智能仪器仪表的数据采集实验实验目的:能够依据仪器数据采集系统的性能指标要求，选择A/D转换方式、芯片及接口电路，设计采集系统硬件及软件，实现单路电压信号的数据采集。实验要求:绘制原理图\PCB,并用PROTEUS仿真实验原理:(1)参照教材61-62页\74页\84页、92页、103页进行设计；(2)设计对应的程序；（3）按照自选题目要求，自己设计原理实验步骤：使用PC进行设计AD--------------------------（1）60分钟以上，芯片资料见课件；LCD程序见课件。（2）60分钟以上，加入AD芯片，芯片资料见课件；相关程序见资料。

实验三数据处理程序设计实验目的:子系统设计实验，能进行函数计算、查找、冒泡等程序设计。实验要求:通过KEILC相关程序实验原理:（1）查找循序查找顺序查找就是从头开始，按照顺序把表中的元素项逐一地与给定的关键字进行比较。例SER：CLRAMOVCA，@A+DPTRCJNEA,R0,SER2INCDPTRCLRAMOVCA,@A+DPTRCJNEA,R1,SER3LJMPSER4SER2:INCDPTRSER3:INCDPTRDJNZR2,SERMOVDPTR,#0FFFFHSER4:RET对半查找有序表的数据排列有一定规律，可以采用对半查找；就是每次截取表的一半，确定元素在哪一部分，逐步细分，缩小检索范围，从而大大加快查找速度。进行对半查找时，需要设置两个指针LO和HI，分别保存低界和高界元素的序号。1、开始时，LO=0，HI=N-1。中心为[（LO+HI）/2]2、计算中心元素的地址AM=表首地址+（MI）*L根据中心元素的地址的位置可找出中心元素，并比较。如小于中心元素，则取低半表。修改高界指针HI。HI=MI-L。3、如相等，则成功。对半查找子程序intBinSearch(SeqListR,KeyTypek,intlow,inthigh)//试写出二分查找的递归算法#definen10typedefintKeyType;typedefstruct{KeyTypekey;InfoTypeotherinfo;}NodeType;typedefNodeTypeSeqList[n+1];intBinSearch(SeqListR,KeyTypek,intlow,inthigh){intmid=(low+high)/2;if(R[mid].key==k)return(mid);elseif(low>=high)return(0);elseif(R[mid].key>k)return(BinSearch(R,k,low,mid-1));elsereturn(BinSearch(R,k,mid+1,high));}intBinSearch(SeqListR,KeyTypek)//写一算法在有序表R[1..n]中进行二分查找，成功时返回结点的位置，失败时返回零#definen10typedefintKeyType;typedefstruct{KeyTypekey;InfoTypeotherinfo;}NodeType;typedefNodeTypeSeqList[n+1];intBinSearch(SeqListR,KeyTypek){intlow=1,high=n,mid;while(low<=high){mid=(low+high)/2;if(R[mid].key==k)return(mid);if(R[mid].key>k)high=mid-1;elselow=mid+1;}return(0);}直接查找（LED）AJCB：MOVDPTR，#TABMOVA，R0MOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,#PORTMOVX@DPTR,ARETTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH;DB7DH,07H,7FH,6FH;（2）排序冒泡排序希尔排序冒泡排序依次比较两个相邻的一对数据，如不符合规定的递增顺序，则交换两个数据的位置，比较依次进行，直到最后位置完成第一轮比较。而后进行第二轮比较，直到完成。冒泡排序voidBubbleSort(SeqListR)//写一算法R[1..n]是待排序的记录，采用自下而上扫描对R作冒泡排序#definen10typedefintKeyType;typedefstruct{KeyTypekey;InfoTypeotherinfo;}RecType;typedefRecTypeSeqList[n+1];voidBubbleSort(SeqListR){inti,j;Booleanexchange;for(i=1;i<n;i++){exchange=FALSE;for(j=n-1;j>=i;j--)if(R[j+1].key<R[j].key){R[0]=R[j+1];R[j+1]=R[j];R[j]=R[0];exchange=TRUE;}if(!exchange)return;}}希尔排序首先确定比较两个数据的间距，按等间距进行规定的排序比较，若符合排序要求，则保持现状，继续向前比较；若不符合排序要求，则交换两个数据的位置，并沿反向逐一比较，直到若符合排序要求，继续向前比较；直到排序正确为止。然后取间距为原一半，重复1直到间距为1voidShellSort(SeqListR)//写一算法对顺序表R中的记录R[1..n]作希尔排序#definen10typedefintKeyType;typedefstruct{KeyTypekey;InfoTypeotherinfo;}RecType;typedefRecTypeSeqList[n+1];voidShellSort(SeqListR){intincrement=n;do{increment=increment/3+1;ShellPass(R,increment);}while(increment>1);}//希尔排序voidShellPass(SeqListR,intd)//写一算法进行希尔排序中的一趟排序，d为当前增量#definen10typedefintKeyType;typedefstruct{KeyTypekey;InfoTypeotherinfo;}RecType;typedefRecTypeSeqList[n+1];voidShellPass(SeqListR,intd){inti,j;for(i=d+1;i<=n;i++)if(R[i].key<R[i-d].key){R[0]=R[i];j=i-d;do{R[j+d]=R[j];j=j-d;}while(j>0&&R[0].key<R[j].key);R[j+d]=R[0];}}实验步骤：使用PC进行设计数据处理实验（1）--------------------------------------------------------45分钟（1）完成实验一的第四部分A/D采集；（2）增加交流源。通过编程测量并显示交流源的幅度和相位。-------------时域和频域（FFT）都可以2数据处理实验（2）--------------------