智能仪器大作业

武汉理工大学数据采集与智能仪器大作业《数据采集与智能仪器》课程考核〔大作业〕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〕机械工业出版社概述本章要求掌握的内容：智能仪器分类、根本结构及特点、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要求掌握的内容：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。输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时，增益为1000，而输入信号每增加1mv时，其增益自动减少一倍，直到100mv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，实现根本功能〔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：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：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的内容：RS232C、RS485串行总线，USB通用串行总线，PTR2000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：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，实现根本功能〔10分〕；制作实物,实现根本功能，效果良好〔5分〕。第一章概述1智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：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；〔1〕FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；〔2〕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；〔3〕FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短；〔4〕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。第二章数据采集技术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。输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时，增益为1000，而输入信号每增加1mv时，其增益自动减少一倍，直到100mv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，实现根本功能〔5分〕；分析要求：当输入信号为<1mv时候，增益为1000；当输入信号为1mv<V<2mv时候，增益为500；当输入信号为2mv<V<3mv时候，增益为250；当输入信号为3mv<V<4mv时候，增益为125；当输入信号为4mv<V<5mv时候，增益为62.5；当输入信号为5mv<V<6mv时候，增益为31.25；当输入信号6mv<V<7mv时候，增益为15.625；当输入大于7mv时候，输出等于输入即可。实验硬件电路图：图SEQ图\*ARABIC1增益硬件电路图实验程序：#include<reg52.h>#include"LCD1602.c"#include"TLC549.c"bitflag=0;ucharTable[90],times=0;floatcodeAv[10]={1000.000,500.000,250.000,125.000,62.500,31.250,15.625,12.500,11.100,10.000};unsignedcharcodeC[10]={7,6,5,4,3,2,1,8,16,24};voidinitT0(){//定时器T0初始化TMOD=0x01;TH0=(65536-222)/256;TL0=(65536-222)%256;ET0=1;TR0=1;EA=1;}voidwriteLCD_com(ucharcom);voidwriteLCD_data(uchardat);voidwrite_string(ucharcol,ucharline,uchar*table);voidLcdInit();uintGetAD();voidmain(){chark,Ap;charvolmax=0;floatf;LcdInit();initT0();while(1){if(flag){for(k=0;k<90;k++)//排序求峰值{if(Table[k]>volmax)volmax=Table[k];}volmax=volmax*2;if(volmax<100){write_string(0,2,"Vpp_in=");//在第一行显示"Vpp_in="write_string(0,13,"mV");//在第一行显示单位"mV"writeLCD_com(0x80+9);writeLCD_data(volmax/100+48);//显示输入信号峰值writeLCD_data(volmax%100/10+48);writeLCD_data('.');writeLCD_data(volmax%10+48);Ap=(int)(volmax/10);P1=C[Ap];f=Av[Ap];write_string(1,2,"Av=");//在第二行显示"Av="writeLCD_com(0xc0+5);writeLCD_data(f/1000+48);writeLCD_data((int)f%1000/100+48);//显示该输入电压对应的增益writeLCD_data((int)f%100/10+48);writeLCD_data((int)f%10+48);writeLCD_data('.');writeLCD_data((int)(f*10+0.5)%10+48);}else{write_string(1,6,"Wronginput!");//当输入电压超过10mv时提示错误P1=0x00;}flag=0;//LCD显示完毕后停止本次工作}}}voidT0time()interrupt1{//定时器T0中断效劳程序TH0=(65536-222)/256;TL0=(65536-222)%256;Table[times]=GetAD();//有中断请求那么采样times++;if(times==90){TR0=0;//采样完毕TR=0times=0;flag=1;}}仿真结果图：图SEQ图\*ARABIC2仿真结果图分析：根据仿真结果，可得知到达了题目要求的增益效果，实验结果成功。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：正确设计硬件电路图〔10分〕；正确描述工作过程〔5分〕；硬件电路图：图SEQ图\*ARABIC3硬件电路图工作过程：IDT7206是IDT公司容量为16K×9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。因为是一个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,说明存储器空;为所用的存储器的容量时,说明存储器已满。AD7677为ADI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。假设要增加采集样本长度,只需要换IDT7206即可,其硬件的连接方式根本不变。在此系统中单片机的作用只是控制何时采样,以及采样完成后对采样数据的处理,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)和IDT7206(存高位)读出,进行处理。每组数据的数量应该由程序计数判断,当然也可以利用IDT7206的EF标志进行查询判断。在进行第二组数据的采集前,最好将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。这样可以更充分地保证FIFORAM的读、写指针的稳定。人机接口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：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〕硬件电路图：图SEQ图\*ARABIC4液晶显示硬件电路图程序流程图：图SEQ图\*ARABIC5程序流程图程序代码：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]="XXGCXY";sbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitEN=P2^2;ucharnum;/****************延时函数*****************/voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}/*****************写数据******************/voidwrite_data(uchardate){P0=0xff;RS=1;RW=0;P0=date;delay(5);EN=1;delay(5);EN=0;}/******************写命令*******************/voidwrite_com(ucharcom){P0=0xff;RS=0;RW=0;P0=com;delay(5);EN=1;delay(5);EN=0;}/*****************初始化函数*******************/voidInit_LCD1602(){EN=0;write_com(0x38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口write_com(0x0c);//设置开显示，不显示光标write_com(0x06);//写一个字符后地址指针加一write_com(0x01);//显示清0，数据指针清0}/*******************主函数*******************/voidmain(){Init_LCD1602();while(1){write_com(0x80);for(num=0;num<6;num++){write_data(table[num]);delay(5);}delay(200);write_com(0x01);write_com(0xc0);for(num=0;num<6;num++){write_data(table[num]);delay(5);}delay(200);write_com(0x01);}}仿真结果图：图SEQ图\*ARABIC6仿真运行结果图数据通信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：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，实现根本功能〔10分〕；制作实物,实现根本功能，效果良好〔5分〕。硬件电路图：图SEQ图\*ARABIC7硬件电路图程序流程图：图SEQ图\*ARABIC8程序流程图程序代码：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodetab[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xb0,0x99,0x92