2023年智能儀器大作業(yè)

課

名

數(shù)

稱

:據(jù)采與

智

儀

能

程

集

姓器

：

學名

：

班號

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智

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機械工

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版業(yè)出版社

二

器第

福

《智能儀》

第1章概述

本章規(guī)定掌握的內(nèi)容：智能儀器分類、基本結(jié)構(gòu)及特點、智能儀器設(shè)計的要

點

考試題（10分）

1智能儀器設(shè)計時采用CPLD/FPGA有哪些優(yōu)點？

第2章數(shù)據(jù)采集技術(shù)

本章規(guī)定掌握的內(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

考試題（30分）

1設(shè)計一個MCS-51單片機控制的程控增益放大器的接口電路。已知輸入

信號小于10mv,規(guī)定當輸入信號小于Imv時，增益為1000,而輸入信號每增長

Imv時，其增益自動減少一倍，直到lOOmv為止。（15分）

評分標準：對的設(shè)計硬件電路圖（5分）；對的編寫控制程序（5分）；完畢仿真

調(diào)試，實現(xiàn)基本功能（5分）；

2運用雙口RAM或FIFO存儲器對教材中圖2-22所示的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進

行改造，畫出采集系統(tǒng)電路原理圖，簡述其工作過程。（15分）

評分標準:對的設(shè)計硬件電路圖（10分）；對的描述工作過程（5分）；

第3章人機接口

本章規(guī)定掌握的內(nèi)容:鍵盤；LED、LCD、觸摸屏

考試題（30分）

1設(shè)計8031單片機與液晶顯示模塊LCM-512-01A的接口電路,畫出接口電路圖

并編寫上下滾動顯示XXGCXY（6個大寫英文字母）的控制程序（包含程序流程

圖）。

評分標準：對的設(shè)計硬件電路圖（10分）；對的畫出程序流程圖（5分）；對的編寫

控制程序（5分）；完畢仿真調(diào)試（10分）

第4章數(shù)據(jù)通信

本章規(guī)定掌握的內(nèi)容:RS232C、RS485串行總線,USB通用串行總線，PTR2023

無線數(shù)據(jù)傳輸

考試題（30分）

1設(shè)計PC機與MCS—51單片機的RS232c數(shù)據(jù)通信接口電路（單片機端含8

位LED顯示），編寫從PC機鍵盤輸入數(shù)字,在單片機的6位LED上左右滾動顯示

的通信與顯示程序。

評分標準:對的設(shè)計硬件電路圖（5分）；對的畫出程序流程圖（5分）；對的編寫

單片機通信程序（5分）；在開發(fā)系統(tǒng)上運營，實現(xiàn)基本功能（10分）；制作實

物,實現(xiàn)基本功能，效果良好（5分）。

第1章概述

考試題（10分）

1智能儀器設(shè)計時采用CPLD/FPGA有哪些優(yōu)點？

答:FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他們除了ASIC的特點之外，尚有

以下優(yōu)點：（1）隨著VLSI工藝的不斷提高,FPGA/CPLD的規(guī)模也越來越大，所

能實現(xiàn)的功能越來越強可以實現(xiàn)系統(tǒng)集成；（2）FPGA/CPLD的資金投入小，

研制開發(fā)費用低；（3）FPGA/CPLD可反復的編程、擦除、使用或者在外圍電路不

動的情況下用不同的EPROM就可實現(xiàn)不同的功能乂4）FPGA/CPLD芯片電路

的實際周期短；（5）FPGA/CPLD軟件易學易用，可以使設(shè)計人員更能集中精力

進行電路設(shè)計。FPGA/CPLD適合于正向設(shè)計，對知識產(chǎn)權(quán)保護有利。

第2章數(shù)據(jù)采集技術(shù)

考試題（30分）

1、設(shè)計一個MCS-51單片機控制的程控增益放大器的接口電路。已

知輸入信號小于10mv,規(guī)定當輸入信號小于lmv時,增益為1000,而

輸入信號每增長1mv時，其增益自動減少一倍，直到lOOmv為止。（1

5分）

評分標準：對的設(shè)計硬件電路圖（5分）；對的編寫控制程序（5分）；

完畢仿真調(diào)試，實現(xiàn)基本功能（5分）；

1.設(shè)計原理及簡介

程控放大器運用選通開關(guān)，控制放大器的反饋電阻阻值，實現(xiàn)改變放大倍數(shù)

的原理工作。這里采用兩片8選1模擬開關(guān)器件CD4051作為放大器反饋電阻選

擇開關(guān)，通過兩兩電阻并聯(lián)得到32種放大倍數(shù)。下面有程序?qū)㈦娮杞M合一一列

出并與芯片引腳相相應(yīng)

然后是單片機P0口控制液晶顯示器的輸出

采用TLC549作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，在仿真圖左上方。這里通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬

輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量串行輸出，通過P2.5輸入。

2.硬件電路圖

3.程序框圖

4.程序

#inc1ude”reg51.h〃sbita5=P14;

#inc1udenintrins.h〃sbita6=Pl'5；

#defineucharunsigneduchard[4];

char

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

#defineuintunsignedint

sbitcs=二P3八5;延時

*1**￡**1*7，*1**￡*7，

sbitintr=P34；A不個不不不不不A個個個個個AA不個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

++);owr=1；

)_nop_();

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

*****************_nop_()；

AD轉(zhuǎn)換?wr=1;

*1**1**1**1**1*7-*1**1**1**1**1**1**1*7，7，*1*7，7，*1*7，

個不不不不不個A個個個個個個個個AAA*cAAAAdelayms(1);

*****************/”/讀取轉(zhuǎn)換后的值

ucharadctrans()卬2=Oxff;

{ord=1；

ocs=0;6_nop_();

owr=1；ord=0;

_nop_()；_nop_();

?wr=0;d[l]=P2；

_nop_();ord=1;

owr=1;owr=1；

delayms(1);Uop—();

//讀取轉(zhuǎn)換后的值owr=0;

oP2=Oxff;_nop_();

rd=1；owr=1;

°_nop_();delayms(1);

?rd=0;//讀取轉(zhuǎn)換后的值

Jnop_();P2=Oxff;

?d[0]=P2;3rd=1;

?_nop_();?_nop_();

rd=1;ord=0;

_nop_()nop_();

d[2]=P2；*******************

ord=1;主函數(shù)

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;

o_nop_();a=adctrans()；

wr=0；

while(1)

_nop_()；

°{

wr=1;

wr=1；

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。//讀取轉(zhuǎn)換后的值

。wr=0；

P2=Oxff;

_nop_()；

rd=1;

awr=1;

。_nop_();

匕delayms(1);

3rd=0；

。//讀取轉(zhuǎn)換后的值

。_nop_();

。P2=0xff；

。d[2]=P2;

8rd=1;

rd=1;

g_nop—();

rd=0;

4_nop_();

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

。d[3]=P2;。<>al=1;

_nop_();ea2=1;

8rd=1;a3=0;

。if(dL3]>a)}

8a=d[3];。elseif(a<=127)

ft{

(a<=25)

。a1=0;

°{

“a2=0;

1=0;

ga3=1;

汨2=0;

也3=0；

aelseif(a<=153)

°}

(

1seif(a<=51)

。al=1；

6{

a2=0;

al=1；

。a3=1;

3a2=0;

d

。a3=0;

?elseif(a<=178)

)

?elseif(a<=76)

。a1=1;

b(

必a2=0;

??al二0;

ga3=1;

ooa2=1;

汨4=1；

8a3=0;

?}

時

elseif(a<=204)

e1seif(a<=102)

8

00,[

al=1;

a2=0;}

。a3=1;Iseif(a<=255)

。a4=0;00{

a5=1；ga1=1;

oo]。a2=0;

elseif(a<=229)ea3=1;

4陽4=0;

8al=1;8a5=0;

ga2=0;ga6=1;

3a3=1;。}

a4=1;}

oa5=1;}

5.仿真結(jié)果

圖1波形顯示情況

2、運用雙口RAM或FIF0存儲器對教材中圖2-22所示的高速數(shù)

據(jù)采集系統(tǒng)進行改造，畫出采集系統(tǒng)電路原理圖，簡述其工作過程。

（15分）

評分標準：對的設(shè)計硬件電路圖（10分）；對的描述工作過程（5分）

1.硬件電路圖

AD7677

AVDD

VINVOUTDVDD

6NDOVDD

0B/2C

REFGNDIDT7206C

AD8021

U1+

^754AL^sc18

CNVST

BUSY

BVTESU

采樣脈沖08NDIHPULS

D6NDAER/PA

JUITLD6NDRESET

A6NDPD

AGNDUARP

2.工作過程

IDT7206是IDT公司容量為16KX9的且引腳功能完全兼容的串行FIFO雙端口

RAM單向的FIFO雙端口存儲器。由于是一個FIFO（先入先出）存儲器，所以沒有絕對地址的

概念,只有讀指針和寫指針的相對位置。當相對位置為0時，表白存儲器空；為所用的存儲器

的容量時，表白存儲器己滿。人口7677為人口1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16位的、

最高采樣頻率可達1MHz、每組最大采樣點數(shù)為16K的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。若要增長采集樣本

長度，只需要換IDT7206即可，其硬件的連接方式基本不變。

在此系統(tǒng)中單片機的作用只是控制何時采樣，以及采樣完畢后對采樣數(shù)據(jù)的解決,在采樣

過程中，單片機無須任何干預。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，單片機一方面關(guān)閉采樣脈沖信號（使P1-1輸出為0），然后把每一點數(shù)據(jù)分兩

次分別從

IDT7206（存低位）和IDT7206（存高位）讀出，進行解決。每組數(shù)據(jù)的數(shù)量應(yīng)當由程序計

數(shù)判斷，當然也可以運用1DT7206的EF標志進行查詢判斷。在進行第二組數(shù)據(jù)的采集前，最

佳將IDT7206先復位，通過在IDT7206的RS引腳輸入一個低脈沖，即在8031的P1.0引

腳輸出一個低脈沖?這樣可以更充足地保證FIFORAM的讀、寫指針的穩(wěn)定。

第3章人機接口

考試題（30分）

1設(shè)計8031單片機與液晶顯示模塊LCM-512-01A的接口電路，畫

出接口電路圖并編寫上下滾動顯示XXGCXY（6個大寫英文字母）的控

制程序（包含程序流程圖）。

評分標準：對的設(shè)計硬件電路圖（10分）；對的畫出程序流程圖（5

分）；對的編寫控制程序（5分）；完畢仿真調(diào)試（10分）

1.原理及簡介

1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字

符圖形，這些字符有:阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，

每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（4

1H）,顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。

在單片機編程中還可以用字符型常亮或變量賦值，如'A;由于CGROM儲存的字符代碼

與我們PC中的字符代碼是基本一致的，因此我們在向DDRAM寫C51字符代碼程序

時甚至可以直接用P1='A'這樣的方法。PC在編譯時就把A%轉(zhuǎn)換為41H代碼了。

2.接口電路圖

XXGCXV

3.程序流程圖

START

LCD初始化

第一行顯示

“WHLGDX”

延時500ms

流程圖

4.程序

#include<reg52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedinteEN=l;

3delay(5)；

ucharcodetable[]="XXGCXY"；

EN=0;

sbitRS=P2A0;)

八

sbitRW=P21;1*****************火寫*

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；。

設(shè)立16*2顯示，5*7點陣,8位數(shù)據(jù)接

de1ay(5);□

write_com(OxOc);〃設(shè)U0i

開顯示，不顯示光標。write_data(table[num]);

write_com(Ox06);。//寫一。delay(5);

個字符后地址指針加一0}

write_com(0xOl);?！@示清。odelay(200)；

0,數(shù)據(jù)指針清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.結(jié)果

第4章數(shù)據(jù)通信

考試題（30分）

1.設(shè)計PC機與MCS-51單片機的RS232c數(shù)據(jù)通信接口電路（單片

機端含8位LED顯示），編寫從PC機鍵盤輸入數(shù)字，在單片機的6

位LED上左右滾動顯示的通信與顯示程序。

評分標準:對的設(shè)計硬件電路圖（5分）；對的畫出程序流程圖（5分）；

對的編寫單片機通信程序（5分）；在開發(fā)系統(tǒng)上運營，實現(xiàn)基本功

能（10分）；制作實物，實現(xiàn)基本功能，效果良好（5分）。

1.通信接口電路

i

退

甚

BS

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3t

?TE<TS-

2.流程圖

下位機讀取數(shù)據(jù)流程圖

上位機程序流程圖

3濯序

⑴下位機51單片機程序

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