智能儀器實(shí)驗(yàn)封面

1、吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告書 課程名稱： 智能儀器 課程編碼： ab08265022 學(xué)生專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 學(xué)生學(xué)號(hào)： 65110329 學(xué)生姓名： 陳鑫 20132014學(xué)年 第 2 學(xué)期 2014年 6 月 15 日 控制器驅(qū)動(dòng)方向速度顯示操作工藝報(bào)告書此表由實(shí)驗(yàn)老師填寫 目錄一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：12.1方案的選擇12.1.1控制器：12.1.2顯示：22.1.3采集系統(tǒng)：22.1.4 KEIL軟件32.2、方案設(shè)計(jì)：32.2.1人機(jī)接口：3 2.2.1.1主控部分：3 2.2.1.2顯示部分：4 2.2.1.3軟件流程圖：42.2.2數(shù)據(jù)采集、濾波及串口通信

2、：4 2.2.2.1主控部分：5 2.2.2.2顯示部分：5 2.2.2.3軟件流程圖：7三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：7四、 系統(tǒng)調(diào)試：7五、 誤差分析：81、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉智能儀器平臺(tái)硬件電路圖，查閱有關(guān)芯片的數(shù)據(jù)手冊；2、熟悉智能儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用方法。3、了解掌握SST單片機(jī)的在線仿真設(shè)置方法，在線仿真與程序下載狀態(tài)的切換操作；4、熟悉keil軟件，進(jìn)行編譯及仿真，熟悉每個(gè)窗口；讀懂C語言編寫的程序。5、熟悉Proteus軟件進(jìn)行仿真。6、了解單片機(jī)的中斷方式，優(yōu)化設(shè)計(jì)程序； 7、了解對人機(jī)接口的控制程序；8、熟悉平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理原理，查看主要芯片管腳的輸出波形； 9、了解濾波及數(shù)據(jù)采集過程；10、

3、了解軟件方式的信號(hào)濾波系統(tǒng)；11、了解軟件的抗干擾設(shè)計(jì)；12、了解數(shù)字濾波技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 2.1方案的選擇 2.1.1控制器： SST89E564RD: 該模塊包括單片機(jī)、大容量RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和RS-232 串行數(shù)據(jù)通信接口。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制以SST89V564RD 單片機(jī)為核心。美國SST 公司生產(chǎn)的SST89 系列單片機(jī)是一款非常有特色的以8051 內(nèi)核為核心的新型8 位單片機(jī)。它具有獨(dú)特的FLASH 技術(shù)和小扇區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其最大的特點(diǎn)是采用在應(yīng)用可編程和在系統(tǒng)可編程技術(shù)，在不占用用戶資源和無須改動(dòng)硬件的情況下，可直接通過串口在系統(tǒng)仿真，在線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級，無須專用仿真器和編程器。SS

4、T89 系列單片機(jī)還在其他功能上較之傳統(tǒng)的51 單片機(jī)有了長足的改進(jìn)和進(jìn)步，如片內(nèi)含有大容量的RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其獨(dú)特的DPTR 數(shù)據(jù)指針結(jié)構(gòu)使得在進(jìn)行查表尋址運(yùn)算時(shí)更加方便。正是因?yàn)镾ST89 系列單片機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，因此在仿真器和下載儀中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)本系統(tǒng)實(shí)際需要選用SST 公司的3.3V 供電的SST89V564RD 單片機(jī)。為滿足因高速采集和大量數(shù)據(jù)計(jì)算所需要的大容量存儲(chǔ)器，該模塊包含了一片存儲(chǔ)容量為128KB 的高速RAM 存儲(chǔ)器，單片機(jī)利用分頁方式對其訪問。另外，該模塊上還包含了單片機(jī)與PC 機(jī)通信的RS-232 芯片。 2.1.2顯示： 顯示部分選用160

5、21602是字符型液晶顯示模塊，是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符，芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)，模塊最佳工作電壓:5.0V，字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。 2.1.3采集系統(tǒng)：該模塊以CPLD 為控制處理核心，利用CPLD 的I/O 與單片機(jī)的總線連接，通過單片機(jī)總線將控制字寫入CPLD 內(nèi)部的存儲(chǔ)器，而CPLD 則通

6、過讀取存儲(chǔ)器控制字的方式按單片機(jī)的要求工作。由于該方式使用非常靈活，如果CPLD 不是掛接在單片機(jī)總線而是其它的控制總線，則只要控制字能夠滿足要求，該模塊同樣可以進(jìn)行工作。CPLD 根據(jù)控制字的要求可以控制該模塊實(shí)現(xiàn)以下功能：輸入信號(hào)的程控放大及濾波，數(shù)據(jù)采集頻率及采集點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對模塊自帶RAM 的讀寫以及產(chǎn)生簡單的信號(hào)源供測試使用。該模塊共有兩個(gè)輸入通道和一個(gè)信號(hào)源輸出通道。采集模塊的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 圖1為提高實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性能，本模塊選用性能先進(jìn)的A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度16 位，最高采樣頻率為500KHz，能夠滿足很多數(shù)據(jù)采集的需要。2.1.4 KEIL軟件 單片機(jī)軟件開發(fā)采用目前比較通

7、用的Keil51 開發(fā)軟件完成，該軟件有很多詳細(xì)的應(yīng)用文檔，在此不再贅述。如果不使用硬件仿真器，多數(shù)通用單片機(jī)都無法實(shí)現(xiàn)在線仿真功能。而本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用單片機(jī)SST89V564RD 可以實(shí)現(xiàn)在線仿真以及程序下載功能，兩者皆可以通過PC 機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)RS-232 串口與Keil51 軟件通信實(shí)現(xiàn)，其連接示意圖如圖5 所示。本節(jié)主要介紹如何在現(xiàn)有Keil51 軟件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)上述功能。針對在線仿真功能，SST 公司為方便用戶使用單片機(jī)調(diào)試程序而開發(fā)了調(diào)試工具SoftICE（Software In Circuit Emulator，在電路軟件模擬），該調(diào)試工具可實(shí)現(xiàn)下述功能：1、 下載INTEL HEX 文

8、件2、 在線調(diào)試及設(shè)置斷點(diǎn)，支持匯編語言和C51 語言3、 反匯編代碼區(qū)到8051 助記符4、 讀寫代碼/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、FSR 特殊功能寄存器及PORT 端口5、IAP（In Application Programming，應(yīng)用中再編程）功能6、 軟件重啟動(dòng)2.2、方案設(shè)計(jì)：2.2.1人機(jī)接口：2.2.1.1主控部分：如圖2 圖22.2.1.2顯示部分： 采用1602，在1602上顯示學(xué)號(hào)和姓名。如圖3Xuehao: 65110329Xingming: chenxin 圖3軟件流程圖：如圖4 開始 顯示關(guān)閉顯示清屏 寫入字符 顯示 結(jié)束 圖42.2.2數(shù)據(jù)采集、濾波及串口通信：濾波方式：中值濾波

9、是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，中值濾波的基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周圍的像素值接近的真實(shí)值，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)。噪聲來源：指系統(tǒng)的內(nèi)部電子電路的各種干擾，如元器件的老化引起的參數(shù)變化，以及電阻的熱噪聲，晶體管、場效應(yīng)管等器件內(nèi)部分配噪聲和閃爍噪聲，放大電路正反饋引起的自激振蕩等。 采集方式：取最大值，先取出最大值，然后在取出相鄰的最大值，這兩個(gè)相鄰的最大值之間就是采集信號(hào)的周期，然后按照該周期，連續(xù)取樣，取出最大值。取出最大值（即峰值）之后，按照公式計(jì)算均值和有效值。串口通信：串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。

10、盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總常不得超過20米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達(dá)1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：本實(shí)驗(yàn)中規(guī)定輸入一個(gè)非零數(shù)字返

11、回一個(gè)峰值。2.2.2.1主控部分： 采用SST89E564RD芯片，該芯片的抗干擾性和穩(wěn)定性都很好。如圖5 圖52.2.2.2顯示部分：實(shí)驗(yàn)采用1602顯示采集的數(shù)據(jù)：峰值如圖6 MAX:201.56 圖6 串口部分顯示：使用串口調(diào)試小助手。如圖7 圖7波形顯示：一倍增益一通道：如圖8 一倍增益二通道：如圖9 圖8 圖9 十倍增益：如圖10 圖102.2.2.3軟件流程圖：如圖11 開始 判斷是否是最大值采集數(shù)據(jù) 初始化否是 開中斷 結(jié)束 顯示 通信 數(shù)據(jù)處理 圖11 三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過實(shí)際測試，本系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的要求?？梢酝瓿闪魉疅舻拈W爍。AD的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的采集，濾波，以及串口通信且電路工作穩(wěn)定。4、 系統(tǒng)調(diào)試： 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)流水燈閃爍不定，發(fā)現(xiàn)問題是延時(shí)過短。另實(shí)驗(yàn)中常常出現(xiàn)，原調(diào)整波形的幅值，而采集的數(shù)據(jù)則不變化，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢查，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間較短，使得數(shù)據(jù)不變，