智能儀器大作業(yè)

武漢理工大學數(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)〕武漢理工大學信息學院參考書趙茂泰《智能儀器原理及應用》〔第三版〕電子工業(yè)出版社程德?！吨悄軆x器》〔第二版〕機械工業(yè)出版社概述本章要求掌握的內(nèi)容：智能儀器分類、根本結(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。輸入信號小于10mv,要求當輸入信號小于1mv時，增益為1000，而輸入信號每增加1mv時，其增益自動減少一倍，直到100mv為止?！?5分〕評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖〔5分〕；正確編寫控制程序〔5分〕；完成仿真調(diào)試，實現(xiàn)根本功能〔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?！?5分〕評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖〔10分〕；正確描述工作過程〔5分〕；第3章人機接口本章要求掌握的內(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：正確設(shè)計硬件電路圖〔10分〕；正確畫出程序流程圖〔5分〕；正確編寫控制程序〔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，USB通用串行總線，PTR2000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：正確設(shè)計硬件電路圖〔5分〕；正確畫出程序流程圖〔5分〕；正確編寫單片機通信程序〔5分〕；在開發(fā)系統(tǒng)上運行，實現(xiàn)根本功能〔10分〕；制作實物,實現(xiàn)根本功能，效果良好〔5分〕。第一章概述1智能儀器設(shè)計時采用CPLD/FPGA有哪些優(yōu)點？FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他們除了ASIC的特點之外，還有以下優(yōu)點：隨著VLSI工藝的不斷提高，F(xiàn)PGA/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；〔1〕FPGA/CPLD的資金投入小，研制開發(fā)費用低；〔2〕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；〔3〕FPGA/CPLD芯片電路的實際周期短；〔4〕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。第二章數(shù)據(jù)采集技術(shù)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。輸入信號小于10mv,要求當輸入信號小于1mv時，增益為1000，而輸入信號每增加1mv時，其增益自動減少一倍，直到100mv為止。〔15分〕評分標準：正確設(shè)計硬件電路圖〔5分〕；正確編寫控制程序〔5分〕；完成仿真調(diào)試，實現(xiàn)根本功能〔5分〕；分析要求：當輸入信號為<1mv時候，增益為1000；當輸入信號為1mv<V<2mv時候，增益為500；當輸入信號為2mv<V<3mv時候，增益為250；當輸入信號為3mv<V<4mv時候，增益為125；當輸入信號為4mv<V<5mv時候，增益為62.5；當輸入信號為5mv<V<6mv時候，增益為31.25；當輸入信號6mv<V<7mv時候，增益為15.625；當輸入大于7mv時候，輸出等于輸入即可。實驗硬件電路圖：圖SEQ圖\*ARABIC1增益硬件電路圖實驗程序：#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);//顯示該輸入電壓對應的增益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!");//當輸入電壓超過10mv時提示錯誤P1=0x00;}flag=0;//LCD顯示完畢后停止本次工作}}}voidT0time()interrupt1{//定時器T0中斷效勞程序TH0=(65536-222)/256;TL0=(65536-222)%256;Table[times]=GetAD();//有中斷請求那么采樣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，可得知到達了題目要求的增益效果，實驗結(jié)果成功。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：正確設(shè)計硬件電路圖〔10分〕；正確描述工作過程〔5分〕；硬件電路圖：圖SEQ圖\*ARABIC3硬件電路圖工作過程：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雙端口存儲器。因為是一個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,說明存儲器空;為所用的存儲器的容量時,說明存儲器已滿。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)。假設(shè)要增加采集樣本長度,只需要換IDT7206即可,其硬件的連接方式根本不變。在此系統(tǒng)中單片機的作用只是控制何時采樣,以及采樣完成后對采樣數(shù)據(jù)的處理,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,單片機首先關(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,進行處理。每組數(shù)據(jù)的數(shù)量應該由程序計數(shù)判斷,當然也可以利用IDT7206的EF標志進行查詢判斷。在進行第二組數(shù)據(jù)的采集前,最好將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。這樣可以更充分地保證FIFORAM的讀、寫指針的穩(wěn)定。人機接口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：正確設(shè)計硬件電路圖〔10分〕；正確畫出程序流程圖〔5分〕；正確編寫控制程序〔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;/****************延時函數(shù)*****************/voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}/*****************寫數(shù)據(jù)******************/voidwrite_data(uchardate){P0=0xff;RS=1;RW=0;P0=date;delay(5);EN=1;delay(5);EN=0;}/******************寫命令*******************/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點陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c);//設(shè)置開顯示，不顯示光標write_com(0x06);//寫一個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仿真運行結(jié)果圖數(shù)據(jù)通信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：正確設(shè)計硬件電路圖〔5分〕；正確畫出程序流程圖〔5分〕；正確編寫單片機通信程序〔5分〕；在開發(fā)系統(tǒng)上運行，實現(xiàn)根本功能〔10分〕；制作實物,實現(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