2023年智能仪器大作业

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《智能仪》

第1章概述

本章规定掌握的内容：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

本章规定掌握的内容：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,规定当输入信号小于Imv时，增益为1000,而输入信号每增长

Imv时，其增益自动减少一倍，直到lOOmv为止。（15分）

评分标准：对的设计硬件电路图（5分）；对的编写控制程序（5分）；完毕仿真

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:对的设计硬件电路图（10分）；对的描述工作过程（5分）；

第3章人机接口

本章规定掌握的内容: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：对的设计硬件电路图（10分）；对的画出程序流程图（5分）；对的编写

控制程序（5分）；完毕仿真调试（10分）

第4章数据通信

本章规定掌握的内容:RS232C、RS485串行总线,USB通用串行总线，PTR2023

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:对的设计硬件电路图（5分）；对的画出程序流程图（5分）；对的编写

单片机通信程序（5分）；在开发系统上运营，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，尚有

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乂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,规定当输入信号小于lmv时,增益为1000,而

输入信号每增长1mv时，其增益自动减少一倍，直到lOOmv为止。（1

5分）

评分标准：对的设计硬件电路图（5分）；对的编写控制程序（5分）；

完毕仿真调试，实现基本功能（5分）；

1.设计原理及简介

程控放大器运用选通开关，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

出并与芯片引脚相相应

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

#inc1ude”reg51.h〃sbita5=P14;

#inc1udenintrins.h〃sbita6=Pl'5；

#defineucharunsigneduchard[4];

char

/**********************

#defineuintunsignedint

sbitcs=二P3八5;延时

*1**£**1*7，*1**£*7，

sbitintr=P34；A不个不不不不不A个个个个个AA不个AAAA*

sbitwr=P3人6;******************/

sbitrd=二P3八7;voidde1ayms(ucharn)

sbita1=P10;{

sbita2=Pl-1；uchari,j;

sbita3=P1'2；©for(i=0;i<n；i++)

sbita4=Pl八3;for(j=0；j<110；j

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/************************owr=0;

*****************_nop_()；

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个不不不不不个A个个个个个个个个AAA*cAAAAdelayms(1);

*****************/”/读取转换后的值

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{ord=1；

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_nop_()；_nop_();

©wr=0;d[l]=P2；

_nop_();ord=1;

owr=1;owr=1；

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//读取转换后的值owr=0;

oP2=Oxff;_nop_();

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»rd=0;//读取转换后的值

Jnop_();P2=Oxff;

»d[0]=P2;3rd=1;

»_nop_();®_nop_();

rd=1;ord=0;

_nop_()nop_();

d[2]=P2；*******************

ord=1;主函数

whi1e(1)***************************

{**************/

式f(d[0]<d[1]&&dvoidmainO

[l]>d[2])(

areturnd[1];uchara;

d[0]=d[l];a4=0;

。d[l]=d[2]；a5=0;

3wr=1;a6=0;

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wr=0；

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_nop_()；

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wr=1;

wr=1；

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。//读取转换后的值

。wr=0；

P2=Oxff;

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。_nop_();

匕delayms(1);

3rd=0；

。//读取转换后的值

。_nop_();

。P2=0xff；

。d[2]=P2;

8rd=1;

rd=1;

g_nop—();

rd=0;

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

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8a=d[3];。elseif(a<=127)

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(a<=25)

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a2=0;

al=1；

。a3=1;

3a2=0;

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。a3=0;

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al=1;

a2=0;}

。a3=1;Iseif(a<=255)

。a4=0;00{

a5=1；ga1=1;

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elseif(a<=229)ea3=1;

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8al=1;8a5=0;

ga2=0;ga6=1;

3a3=1;。}

a4=1;}

oa5=1;}

5.仿真结果

图1波形显示情况

2、运用双口RAM或FIF0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：对的设计硬件电路图（10分）；对的描述工作过程（5分）

1.硬件电路图

AD7677

AVDD

VINVOUTDVDD

6NDOVDD

0B/2C

REFGNDIDT7206C

AD8021

U1+

^754AL^sc18

CNVST

BUSY

BVTESU

采样脉冲08NDIHPULS

D6NDAER/PA

JUITLD6NDRESET

A6NDPD

AGNDUARP

2.工作过程

IDT7206是IDT公司容量为16KX9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。由于是一个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，表白存储器空；为所用的存储器

的容量时，表白存储器己满。人口7677为人口1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。若要增长采集样本

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，以及采样完毕后对采样数据的解决,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，单片机一方面关闭采样脉冲信号（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，进行解决。每组数据的数量应当由程序计

数判断，当然也可以运用1DT7206的EF标志进行查询判断。在进行第二组数据的采集前，最

佳将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•这样可以更充足地保证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：对的设计硬件电路图（10分）；对的画出程序流程图（5

分）；对的编写控制程序（5分）；完毕仿真调试（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（4

1H）,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;由于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%转换为41H代码了。

2.接口电路图

XXGCXV

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

#include<reg52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedinteEN=l;

3delay(5)；

ucharcodetable[]="XXGCXY"；

EN=0;

sbitRS=P2A0;)

八

sbitRW=P21;1*****************火写*

sbitEN=P2A2；******************1

ucharnum;voidwrite_com(ucharcom)

(

1**********文正日、j

P0=Oxff;

**************/

。RS=0;

voidde1ay(uintz)

oRW=0;

(

P0=com；

uintx,y;

odelay(5);

for(x=z;x>0;x-)

EN=1;

for(y=110;y>0;y-)；

。delay(5);

)

EN=0;

/**********************}

***/

/*****************初始化函

voidwrite_data(uchardate)******************/

(

voidInit_LCD1602()

oP0=0xff；

(

RS=1;

EN=0；

。RW=0;

write_com(0x38)；//

。PO=date；。

设立16*2显示，5*7点阵,8位数据接

de1ay(5);□

write_com(OxOc);〃设U0i

开显示，不显示光标。write_data(table[num]);

write_com(Ox06);。//写一。delay(5);

个字符后地址指针加一0}

write_com(0xOl);。〃显示清。odelay(200)；

0,数据指针清0B3write_com(Ox01);

)b

write_com(0xc0);

/*******************函***

。for(num=0；num<6;num++)

****************I

°{

voidmain()

write_data(table[nu

(

m])；

Init_LCD1602()；

de1ay(5)；

owhiIe⑴

。}

(

de1ay(200)；

write_com(0x80);

®write_com(Ox01)；

。for(num=0;num<6；num+

}

+)

}

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:对的设计硬件电路图（5分）；对的画出程序流程图（5分）；

对的编写单片机通信程序（5分）；在开发系统上运营，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

i

退

甚

BS

S鬻

3t

«TE<TS-

2.流程图

下位机读取数据流程图

上位机程序流程图

3濯序

⑴下位机51单片机程序

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