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
第1章概述
本章要求掌握的内容：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。

已知输入信号小于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：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，还有以下优点：（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；（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,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对应
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
#include "reg51.h"
#include "intrins.h"
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int
sbit cs = P3 ^ 5; sbit intr = P3 ^ 4; sbit wr = P3 ^ 6; sbit rd = P3 ^ 7; sbit a1 = P1 ^ 0; sbit a2 = P1 ^ 1; sbit a3 = P1 ^ 2; sbit a4 = P1 ^ 3;
sbit a5 = P1 ^ 4;
sbit a6 = P1 ^ 5;
uchar d[4];
/******************************* **********
延时
******************************** *********/
void delayms(uchar n)
{
uchar i, j;
for (i = 0; i < n; i++)
for (j = 0; j < 110; j++); }
/******************************* **********
AD转换
******************************** *********/
uchar adctrans()
{
cs = 0;
wr = 1;
_nop_();
wr = 0;
_nop_();
wr = 1;
delayms(1);
// 读取转换后的值
P2 = 0xff;
rd = 1;
_nop_();
rd = 0;
_nop_();
d[0] = P2;
_nop_();
rd = 1;
_nop_();
wr = 1;
_nop_();
wr = 0;
_nop_(); wr = 1;
delayms(1);
// 读取转换后的值
P2 = 0xff;
rd = 1;
_nop_();
rd = 0;
_nop_();
d[1] = P2;
rd = 1;
wr = 1;
_nop_();
wr = 0;
_nop_();
wr = 1;
delayms(1);
// 读取转换后的值
P2 = 0xff;
rd = 1;
_nop_();
rd = 0;
_nop_();
d[2] = P2;
rd = 1;
while (1)
{
if (d[0]<d[1] && d[1]>d[2]) return d[1];
d[0] = d[1];
d[1] = d[2];
wr = 1;
_nop_();
wr = 0;
_nop_();
wr = 1;
delayms(1);
// 读取转换后的值
P2 = 0xff;
rd = 1;
_nop_();
rd = 0;
_nop_();
d[2] = P2;
rd = 1;
}
}
/******************************* **********
主函数
******************************** *********/
void main()
{
uchar a;
a4 = 0;
a5 = 0;
a6 = 0;
a = adctrans();
while (1)
{
wr = 1;
_nop_();
wr = 0;
_nop_();
wr = 1;
delayms(1);
// 读取转换后的值
P2 = 0xff;
rd = 1;
_nop_();
rd = 0;
_nop_();
d[3] = P2;
_nop_();
rd = 1;
if (d[3]>a)
a = d[3];
if (a <= 25)
{
a1 = 0;
a2 = 0;
a3 = 0;
}
else if (a <= 51)
{
a1 = 1;
a2 = 0;
a3 = 0;
}
else if (a <= 76) {
a1 = 0;
a2 = 1;
a3 = 0;
}
else if (a <= 102) {
a1 = 1;
a2 = 1;
a3 = 0;
}
else if (a <= 127) {
a1 = 0;
a2 = 0;
a3 = 1;
}
else if (a <= 153) {
a1 = 1;
a2 = 0;
a3 = 1;
}
else if (a <= 178) {
a1 = 1;
a2 = 0;
a3 = 1;
a4 = 1;
}
else if (a <= 204) {
a1 = 1;
a2 = 0;
a3 = 1;
a4 = 0;
a5 = 1;
}
else if (a <= 229) {
a1 = 1;
a2 = 0;
a3 = 1;
a4 = 1;
a5 = 1;
}
else if (a <= 255) {
a1 = 1;
a2 = 0;
a3 = 1;
a4 = 0;
a5 = 0;
a6 = 1;
}
}
}
5．仿真结果
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）1．硬件电路图
2．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,表明存储器空;为所用的存储器的容量时,表明存储器已满。

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。

若要增加采集样本长度,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。

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：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（41H），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’。

因为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'先转换为41H代码了。

2. 接口电路图
3. 程序流程图
流程图
4. 程序
#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code table[]="XXGCXY";
sbit RS=P2^0;
sbit RW=P2^1;
sbit EN=P2^2;
uchar num;
/****************延时函数*****************/
void delay(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
/*****************写数据******************/
void write_data(uchar date)
{
P0=0xff;
RS=1;
RW=0;
P0=date;
delay(5);
EN=1;
delay(5);
EN=0;
}
/******************写命令*******************/
void write_com(uchar com)
{
P0=0xff;
RS=0;
RW=0;
P0=com;
delay(5);
EN=1;
delay(5);
EN=0;
}
/*****************初始化函数*******************/
void Init_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*******************/
void main()
{
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);
} }
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：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）。

1.通信接口电路
2.流程图
开始
系统初始化
得到应答了吗
N
Y
读取数据
循环显示数据
下位机读取数据流程图
开始
打开串口了吗
打开串口
发送数据
结束
写入待发送数据
N
Y
上位机程序流程图
3．程序
(1)下位机51单片机程序
/****************************************************************************** *名称：RS232串口接收程序
*连接方法：使用串口调试助手（Baud 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
******************************************************************************/ #include <reg51.h> //此文件中定义了51的一些特殊功能寄存器
#include <stdio.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define SEG_N P2
#define SEG_D P0
uchar a;
uchar code table[]={
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,
0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0x88,0x83,
0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
/***************************************************************************** * 延时子程序
******************************************************************************/ void delay(uchar ms)
{
uchar i;
while(ms--) //共循环ms*120次
{
for(i=0;i<120;i++);
}
}
/***************************************************************************** * 主程序
******************************************************************************/ main()
{
uchar j;
SCON=0x50; //REN=1允许串行接受状态，串口工作模式2
TMOD|=0x20; //定时器工作方式2
PCON|=0x80; //波特率提高一倍
//TH1=0xFD; //baud*2 /* reload value 19200、数据位8、停止位1。

效验位无(11.0592)
TH1=0xF3; // //baud*2 /* 波特率4800、数据位8、停止位1。

效验位无(12M)
TL1=0xF3;
TR1=1; //开启定时器1
ES=1; //开串口中断
EA=1; //开总中断
//IE=0x0;
P1=0xff;
while(1)
{
if (RI) //RI接受中断标志
{
RI=0; //清除RI接受中断标志
a=SBUF; //SUBF接受/发送缓冲器
}
for(j=0;j<8;j++)
{
SEG_N=0x80;
SEG_N=SEG_N>>j;
P0 = table[a & 0x0f]; //接收0-9
delay(200);
}
}
}
3实验结果。