智能儀器大作業(yè)

武漢理工大學(xué)數(shù)據(jù)采集與智能儀器大作業(yè)《數(shù)據(jù)采集與智能儀器》課程考核〔大作業(yè)〕武漢理工大學(xué)信息學(xué)院參考書(shū)趙茂泰《智能儀器原理及應(yīng)用》〔第三版〕電子工業(yè)出版社程德?！吨悄軆x器》〔第二版〕機(jī)械工業(yè)出版社概述本章要求掌握的內(nèi)容：智能儀器分類(lèi)、根本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)、智能儀器設(shè)計(jì)的要點(diǎn)考試題〔10分〕1智能儀器設(shè)計(jì)時(shí)采用CPLD/FPGA有哪些優(yōu)點(diǎn)？第2章數(shù)據(jù)采集技術(shù)本章要求掌握的內(nèi)容：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、模擬信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、高速數(shù)據(jù)采集與傳輸、D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)考試題〔30分〕1設(shè)計(jì)一個(gè)MCS-51單片機(jī)控制的程控增益放大器的接口電路。輸入信號(hào)小于10mv,要求當(dāng)輸入信號(hào)小于1mv時(shí)，增益為1000，而輸入信號(hào)每增加1mv時(shí)，其增益自動(dòng)減少一倍，直到100mv為止。〔15分〕評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔5分〕；正確編寫(xiě)控制程序〔5分〕；完成仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)根本功能〔5分〕；2運(yùn)用雙口RAM或FIFO存儲(chǔ)器對(duì)教材中圖2-22所示的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行改造，畫(huà)出采集系統(tǒng)電路原理圖，簡(jiǎn)述其工作過(guò)程?！?5分〕評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔10分〕；正確描述工作過(guò)程〔5分〕；第3章人機(jī)接口本章要求掌握的內(nèi)容：鍵盤(pán)；LED、LCD、觸摸屏考試題〔30分〕1設(shè)計(jì)8031單片機(jī)與液晶顯示模塊LCM-512-01A的接口電路，畫(huà)出接口電路圖并編寫(xiě)上下滾動(dòng)顯示XXGCXY(6個(gè)大寫(xiě)英文字母)的控制程序〔包含程序流程圖〕。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔10分〕；正確畫(huà)出程序流程圖〔5分〕；正確編寫(xiě)控制程序〔5分〕；完成仿真調(diào)試〔10分〕第4章數(shù)據(jù)通信本章要求掌握的內(nèi)容：RS232C、RS485串行總線(xiàn)，USB通用串行總線(xiàn)，PTR2000無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸考試題〔30分〕1設(shè)計(jì)PC機(jī)與MCS-51單片機(jī)的RS232C數(shù)據(jù)通信接口電路〔單片機(jī)端含8位LED顯示〕，編寫(xiě)從PC機(jī)鍵盤(pán)輸入數(shù)字，在單片機(jī)的6位LED上左右滾動(dòng)顯示的通信與顯示程序。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔5分〕；正確畫(huà)出程序流程圖〔5分〕；正確編寫(xiě)單片機(jī)通信程序〔5分〕；在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)根本功能〔10分〕；制作實(shí)物,實(shí)現(xiàn)根本功能，效果良好〔5分〕。第一章概述1智能儀器設(shè)計(jì)時(shí)采用CPLD/FPGA有哪些優(yōu)點(diǎn)？FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他們除了ASIC的特點(diǎn)之外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：隨著VLSI工藝的不斷提高，F(xiàn)PGA/CPLD的規(guī)模也越來(lái)越大，所能實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成；〔1〕FPGA/CPLD的資金投入小，研制開(kāi)發(fā)費(fèi)用低；〔2〕FPGA/CPLD可反復(fù)的編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的情況下用不同的EPROM就可實(shí)現(xiàn)不同的功能；〔3〕FPGA/CPLD芯片電路的實(shí)際周期短；〔4〕FPGA/CPLD軟件易學(xué)易用，可以使設(shè)計(jì)人員更能集中精力進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。FPGA/CPLD適合于正向設(shè)計(jì)，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)有利。第二章數(shù)據(jù)采集技術(shù)1設(shè)計(jì)一個(gè)MCS-51單片機(jī)控制的程控增益放大器的接口電路。輸入信號(hào)小于10mv,要求當(dāng)輸入信號(hào)小于1mv時(shí)，增益為1000，而輸入信號(hào)每增加1mv時(shí)，其增益自動(dòng)減少一倍，直到100mv為止?！?5分〕評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔5分〕；正確編寫(xiě)控制程序〔5分〕；完成仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)根本功能〔5分〕；分析要求：當(dāng)輸入信號(hào)為<1mv時(shí)候，增益為1000；當(dāng)輸入信號(hào)為1mv<V<2mv時(shí)候，增益為500；當(dāng)輸入信號(hào)為2mv<V<3mv時(shí)候，增益為250；當(dāng)輸入信號(hào)為3mv<V<4mv時(shí)候，增益為125；當(dāng)輸入信號(hào)為4mv<V<5mv時(shí)候，增益為62.5；當(dāng)輸入信號(hào)為5mv<V<6mv時(shí)候，增益為31.25；當(dāng)輸入信號(hào)6mv<V<7mv時(shí)候，增益為15.625；當(dāng)輸入大于7mv時(shí)候，輸出等于輸入即可。實(shí)驗(yàn)硬件電路圖：圖SEQ圖\*ARABIC1增益硬件電路圖實(shí)驗(yàn)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(){//定時(shí)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=");//在第一行顯示"Vpp_in="write_string(0,13,"mV");//在第一行顯示單位"mV"writeLCD_com(0x80+9);writeLCD_data(volmax/100+48);//顯示輸入信號(hào)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=");//在第二行顯示"Av="writeLCD_com(0xc0+5);writeLCD_data(f/1000+48);writeLCD_data((int)f%1000/100+48);//顯示該輸入電壓對(duì)應(yīng)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!");//當(dāng)輸入電壓超過(guò)10mv時(shí)提示錯(cuò)誤P1=0x00;}flag=0;//LCD顯示完畢后停止本次工作}}}voidT0time()interrupt1{//定時(shí)器T0中斷效勞程序TH0=(65536-222)/256;TL0=(65536-222)%256;Table[times]=GetAD();//有中斷請(qǐng)求那么采樣times++;if(times==90){TR0=0;//采樣完畢TR=0times=0;flag=1;}}仿真結(jié)果圖：圖SEQ圖\*ARABIC2仿真結(jié)果圖分析：根據(jù)仿真結(jié)果，可得知到達(dá)了題目要求的增益效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果成功。2運(yùn)用雙口RAM或FIFO存儲(chǔ)器對(duì)教材中圖2-22所示的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行改造，畫(huà)出采集系統(tǒng)電路原理圖，簡(jiǎn)述其工作過(guò)程?！?5分〕評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔10分〕；正確描述工作過(guò)程〔5分〕；硬件電路圖：圖SEQ圖\*ARABIC3硬件電路圖工作過(guò)程：IDT7206是IDT公司容量為16K×9的且引腳功能完全兼容的串行FIFO雙端口RAM單向的FIFO雙端口存儲(chǔ)器。因?yàn)槭且粋€(gè)FIFO(先入先出)存儲(chǔ)器,所以沒(méi)有絕對(duì)地址的概念,只有讀指針和寫(xiě)指針的相對(duì)位置。當(dāng)相對(duì)位置為0時(shí),說(shuō)明存儲(chǔ)器空;為所用的存儲(chǔ)器的容量時(shí),說(shuō)明存儲(chǔ)器已滿(mǎn)。AD7677為ADI公司研制的16位、1MSPS的高速A/D轉(zhuǎn)換器。采集系統(tǒng)的原理圖如上圖所示。用一片AD7677和兩片IDT7206構(gòu)成了一個(gè)16位的、最高采樣頻率可達(dá)1MHz、每組最大采樣點(diǎn)數(shù)為16K的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。假設(shè)要增加采集樣本長(zhǎng)度,只需要換IDT7206即可,其硬件的連接方式根本不變。在此系統(tǒng)中單片機(jī)的作用只是控制何時(shí)采樣,以及采樣完成后對(duì)采樣數(shù)據(jù)的處理,在采樣過(guò)程中,單片機(jī)無(wú)須任何干預(yù)。至于一次采集多少次,可以由硬件決定,也可以有軟件控制。在中斷中,單片機(jī)首先關(guān)閉采樣脈沖信號(hào)(使P1.1輸出為0),然后把每一點(diǎn)數(shù)據(jù)分兩次分別從IDT7206(存低位)和IDT7206(存高位)讀出,進(jìn)行處理。每組數(shù)據(jù)的數(shù)量應(yīng)該由程序計(jì)數(shù)判斷,當(dāng)然也可以利用IDT7206的EF標(biāo)志進(jìn)行查詢(xún)判斷。在進(jìn)行第二組數(shù)據(jù)的采集前,最好將IDT7206先復(fù)位,通過(guò)在IDT7206的RS引腳輸入一個(gè)低脈沖,即在8031的P1.0引腳輸出一個(gè)低脈沖。這樣可以更充分地保證FIFORAM的讀、寫(xiě)指針的穩(wěn)定。人機(jī)接口1設(shè)計(jì)8031單片機(jī)與液晶顯示模塊LCM-512-01A的接口電路，畫(huà)出接口電路圖并編寫(xiě)上下滾動(dòng)顯示XXGCXY(6個(gè)大寫(xiě)英文字母)的控制程序〔包含程序流程圖〕。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔10分〕；正確畫(huà)出程序流程圖〔5分〕；正確編寫(xiě)控制程序〔5分〕；完成仿真調(diào)試〔10分〕硬件電路圖：圖SEQ圖\*ARABIC4液晶顯示硬件電路圖程序流程圖：圖SEQ圖\*ARABIC5程序流程圖程序代碼：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]="XXGCXY";sbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitEN=P2^2;ucharnum;/****************延時(shí)函數(shù)*****************/voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}/*****************寫(xiě)數(shù)據(jù)******************/voidwrite_data(uchardate){P0=0xff;RS=1;RW=0;P0=date;delay(5);EN=1;delay(5);EN=0;}/******************寫(xiě)命令*******************/voidwrite_com(ucharcom){P0=0xff;RS=0;RW=0;P0=com;delay(5);EN=1;delay(5);EN=0;}/*****************初始化函數(shù)*******************/voidInit_LCD1602(){EN=0;write_com(0x38);//設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c);//設(shè)置開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06);//寫(xiě)一個(gè)字符后地址指針加一write_com(0x01);//顯示清0，數(shù)據(jù)指針清0}/*******************主函數(shù)*******************/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);}}仿真結(jié)果圖：圖SEQ圖\*ARABIC6仿真運(yùn)行結(jié)果圖數(shù)據(jù)通信1設(shè)計(jì)PC機(jī)與MCS-51單片機(jī)的RS232C數(shù)據(jù)通信接口電路〔單片機(jī)端含8位LED顯示〕，編寫(xiě)從PC機(jī)鍵盤(pán)輸入數(shù)字，在單片機(jī)的6位LED上左右滾動(dòng)顯示的通信與顯示程序。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：正確設(shè)計(jì)硬件電路圖〔5分〕；正確畫(huà)出程序流程圖〔5分〕；正確編寫(xiě)單片機(jī)通信程序〔5分〕；在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)根本功能〔10分〕；制作實(shí)物,實(shí)現(xiàn)根本功能，效果良好〔5分〕。硬件電路圖：圖SEQ圖\*ARABIC7硬件電路圖程序流程圖：圖SEQ圖\*ARABIC8程序流程圖程序代碼：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodetab[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xb0,0x99,0x92