数据采集与智能仪器大作业.doc

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1、数据采集与智能仪器大作业学 号： 课 程 大 作 业题 目数据采集与智能仪器学 院信息工程学院专 业电子信息工程班 级1204姓 名苗强强指导教师王绪国年月日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

2、集系统设计考试题(30分）1 设计一个MCS51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

3、题（30分）1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM512-01A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

4、：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？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

5、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MCS51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硬件电路图2程序框图3程序数组合并测试程序includeio

6、streamusing namespace std；int main(） int i，j; float k； float C72； float A8=1,1。5，2，2.7，3。3,5。1,6.8,10； float B8=1,1.5，2,2.7，3.3,5.1，6。8，10; for（i=0；i8；i+) for（j=0;j8；j+) Ci8+j+1=AiBj/(Ai+Bj）; coutC64endl； for（i=0;i8;i+） Ci+65=Ai; coutC72endl; for(i=0；i72；i+） for(j=0;j72-i；j+） if(CjCj+1) k=Cj； Cj=Cj+

7、1； Cj+1=k; for(i=1；i=72；i+） coutCi ; system（”pause”）; 数组排序测试源程序includeusing namespace std；int i,b，c，d,e;float a；int geti（float c36,float a） if（a=c35） for（i=0；cia;i+) return i-1； else return 35; int getjk（int c36，int b） return cb； int main(） float B36=0.5,0.6，0。6667，0.7297,0.75，0。7674,0.8361,0.8571,0

8、.8718，0.9091，0。9643,1，1。0313, 1.1489，1。1591,1.2289,1。2453,1.3044，1。35，1。4366，1.485，1。5455，1。65,1。6667,1.7654，1.9326，2.0036， 2.126，2.2218，2.4812，2。55，2.9143，3.3775，3.4,4.0476，5; int C36=77,76,75，74,66，73，72,65，71，70,64,55,63,54，62，61，53，60, 44，52，43，51,33,50，42，41，32,40，31，30，22,21,20，11,10,0； cina；

9、b=geti(B,a); c=getjk(C,b）； d=c/10; e=c%10； coutbendlcendldendle0；j）;char geti(float c36,float a) if(avolmax) volmax=vol; FloatcodeAmp36=0。5,0。6,0.6667，0.7297，0.75,0.7674,0.8361，0。8571,0.8718,0。9091,0.9643，1,1.0313，1.1489,1.1591，1.2289，1。2453,1。3044,1.35，1。4366,1。485，1。5455，1。65，1。6667，1.7654，1。9326,

10、2。0036,2。126,2.2218，2.4812，2.55,2.9143，3。3775,3。4，4.0476，5;UnsignedcharCD36=77,76,75，74,66，73，72,65，71,70,64,55,63,54，62，61，53，60，44，52，43,51，33，50，42,41,32，40，31,30,22,21,20,11，10，0；int main(） unsigned char volget; int voltcal； char display4，screen4; LcdInit（）; display1=-2; PutStr(0,0，”Please wait!

11、”); while（1） volget=TLC549_GetAD（); /AD数据获取vppfun（volget)； /峰值获取if(P1_5=0) delay(30)； Ap=127。0/（volmax128）； /放大倍数获取 beishu=geti(Amp,Ap)； /通过如已知倍数比较获取合适倍数 cod=CDbeishu; / 将倍数与引脚关系相对应 f=Ampbeishu； p1=cod/10; /获取P1引脚数值，CD4051选通 p2=cod10； /获取P2引脚数值，CD4051选通 P1=p1； P2=p2； voltcal=f100; display0= voltcal/

12、100； display2=（ voltcal%100)/10; display3= voltcal10； for（i=0;i4；i+) screeni=displayi+48； PutStr(0,0,The Ampi is：”）； PutChar(i+6,1,screeni); 4仿真结果图1波形显示情况图2最小放大倍数检测图3最大放大倍数检测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

13、16K9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

14、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

15、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. 接口电路图2. 程序流程图3。 程序includereg52。htypedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16；sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit EN=P25；sbit BUSY=P07；unsigned char code word1=XXGC

16、XY”；unsigned char code word2=XXGCXY;void delay（） uint16 i,j； for（i=0；i200;i+) for(j=0;j200;j+）;void wait(） P0=0xff; do RS=0； RW=1； EN=0; EN=1； while(BUSY=1）； EN=0；void w_dat（uint8 dat) wait(）； EN=0； P0=dat； RS=1； RW=0; EN=1； EN=0;void w_cmd(uint8 cmd) wait（); EN=0； P0=cmd； RS=0； RW=0； EN=1； EN=0;voi

17、d Init_LCD1602() w_cmd(0x38)； w_cmd（0x0f); w_cmd(0x06）； w_cmd（0x01）；void w_string(uint8 addr_start, uint8 p)w_cmd(addr_start);while （*p != 0）w_dat（*p+）； p=WHLGDX”;delay();main（） Init_LCD1602（）; while(1) w_string(0x80，word1); w_cmd(0x01); w_string(0xc0，word2）； w_cmd(0x01); 4。结果第4章数据通信考试题（30分）1 设计PC机与

18、MCS51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.接口电路图图1 如上图所示，51单片机通过MAX232与232接口相连接。其中,MAX232用来实现TTL电平与RS232电平的转化. 这是我第一次做这个232接口实验，通过查阅资料，了解到了Virtual Serial Port Driver和UartAss

19、ist，前者即创建虚拟串口的软件,后者是串口调试助手。这两个软件可以说是模拟串口实验的利器。本次试验中我就运用到了它们. 如图2,打开Virtual Serial Port Driver，我已经匹配了三组串口，它们两两相连（COM1与COM2，COM3与COM4，COM5与COM6），本实验中,只要用到一组即可(不放就用COM3与COM4这组）. 在Virtual Serial Port Driver软件中设置好后，我们打开计算机的设备管理器，可以看到这几个虚拟串口，如图3所示.图2图3现在串口已经设计好了，COM3与COM4相连,然后设置电路图（如图1）中COMPIM的属性，具体参数如图4所

20、示。选择串口COM3,然后数据位设置为8为，波特率设置为9600bps.这样一来，51单片机与COMPIM（即COM3）相连,COM3与COM4相连，假设COM4是PC的接口,那么这样一来就实现了51单片机与PC机的串口连接，有了配套的软件就可以进行二者的通信了.图43。流程图4.程序（1）下位机51单片机程序include includedefine uint unsigned intdefine uchar unsigned charuchar code tab=0xc0 , 0xcf , 0xa4, 0xb0 ， 0x99 ， 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x

21、990 ， 0x88 ,0x83 , 0xc6 , 0xa1 , 0x06 , 0x8e ， 0xff；uchar i，aa;uint flag;sbit P3_6=P36；void delay（uint n）uint i,j；for（i=0;in；i+）for(j=0;j110;j+）；void display(uchar n）P2=_crol_(P2,1）;P0=tabn；delay(100）；void main（)aa=0;P2=0xfe；TMOD=0X20；SM0=0;SM1=1；REN=1；TR1=1;EA=1;ES=1;TH1=0XFd；TL1=0XFd；P3_6=1;while（

22、1） if（flag=1) if(flag=1)/发送接受到的数据ES=0;/关闭串口中断flag=0;SBUF=a；while（!TI）；TI=0；ES=1; display(aa）；void ser(） interrupt 4RI=0；a=SBUF；b=a；flag=1;(2）上位机C实现程序using System;using System。Collections.Generic；using System.ComponentModel；using System。Data;using System。Drawing；using System。Linq;using System。Text；us

23、ing System.Windows。Forms;namespace WindowsFormsApplication1 public partial class Form1 : Form public Form1（) InitializeComponent（); private void button1_Click(object sender, EventArgs e） try serialPort1.PortName = comboBox1。Text; serialPort1。Open()； serialPort1.Write（q)； System。Threading.Thread.Slee

24、p（200）； /1秒 if （serialPort1.ReadExisting（) = a”） pictureBox1.Image=global:：WindowsFormsApplication1。Properties。Resources。Connect_Y； button1。Enabled = false； button2.Enabled = true; button3.Enabled = true; catch MessageBox。Show(”连接错误); private void button2_Click（object sender， EventArgs e) pictureBox

25、1。Image=global：WindowsFormsApplication1。Properties.Resources。Connect_N； button1。Enabled = true; button2.Enabled = false; button3.Enabled = false; serialPort1。Close(）; private void button3_Click(object sender, EventArgs e) if （serialPort1。IsOpen = true) string x = textBox1.Text; serialPort1。Write（x)；

26、 else MessageBox.Show（请先进行连接， MessageBoxButtons.OK， MessageBoxIcon。Warning）； 5实验过程记录首先，仿真实验的情况下，我不放就直接用串口助手软件UartAssist，如图5所示，选择串口4（COM4），数据位设置为8为，波特率设置为9600bps。停止位设为1位.然后点击“打开”。COM4相当于PC机的串口,我们借助串口助手从COM4发送数据,而51COM3与COM4相连，单片机与COMPIM（即COM3）相连，所以单片机将接受到所发数据。接收到以后，再通过8位数码管进行显示.图5 如图6至图9所示，我从COM4端口发送数据“22”，单片机接收到以后,通过数码管进行循环显示。图6图7图8图9第 24 页