数据采集大作业报告.doc

课程名称: 数据采集与智能仪器
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《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业）

参考书 茂泰 《智能仪器原理及应用》（第三版） 电子工业
程德福 《智能仪器》（第二版）机械工业

第1章 概述
本章要求掌握的容：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、数据采集系统设计
考试题（30分）
1 设计一个MCS-51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
本章要求掌握的容：键盘；LED、LCD、触摸屏
考试题（30分）
1 设计8031单片机与液晶显示模块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）

第4章数据通信
本章要求掌握的容：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：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）。

第一章 .概述
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ASCI的特点值外，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，所能实现的功能也越来越强。
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就可以实现不同的功能。
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。

第二章 .数据采集技术
1.设计一个MCS-51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）。

设计与分析：

输入信号大小 放大倍数
0-1mv 1000
1-2mv 500
2-3mv 250
3-4mv 125
4-5mv 62.5
5-6mv 31.25
6-7mv 15.625
7-8mv 7.812

当输入信号大于7mv时，放大倍数为7.875，达到小于100mv，故该程控放大器可设计为8个档，可用8路模拟开关实现。
具体实现过程：
①将小于10mv的信号通过两级放大器放大500倍，输入ad转换器的信号幅度为0-5v。
②通过ad转换，程序选择信号不同峰值，控制8路模拟开关的导通，得到不同的放大倍数。

1.硬件电路图

2.程序
#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit cs=P3^5;
sbit wr=P3^6;
sbit rd=P3^7;
sbit A1=P1^0;
sbit B1=P1^1;
sbit C1=P1^2;
uchar ad[4];

void delay(uchar xms)
{ uchar k,j;
for(k=xms;k>0;k--)
for(j=110;j>0;j--);}

uchar AtranD() //AD转换
{ //第一次
cs=0;
wr=1;
_nop_();
wr=0; //wr一段时间0，读取数据；
_nop_();
wr=1;
delay(1);

P0=0xff;// 读取到P1之前全置1；
rd=1;
_nop_();
rd=0;
_nop_();
ad[0]=P0;
_nop_();
rd=1;
_nop_();

//第二次
wr=1;
_nop_();
wr=0;
_nop_();
wr=1;
delay(1);

P0=0xff;
rd=1;
_nop_();
rd=0;
_nop_();
ad[1]=P0;
_nop_();
rd=1;
_nop_();

//第三次
wr=1;
_nop_();
wr=0;
_nop_();
wr=1;
delay(1);

P0=0xff;
rd=1;
_nop_();
rd=0;
_nop_();
ad[2]=P0;
_nop_();
rd=1;

while(1)
{
if(ad[1]>ad[0]&&ad[1]>ad[2])
return ad[1];
//丢弃第一次
ad[0]=ad[1];
ad[1]=ad[2];
wr=1;
_nop_();
wr=0;
_nop_();
wr=1;
delay(1);

P0=0xff;
rd=1;
_nop_();
rd=0;
_nop_();
ad[2]=P0;
_nop_();
rd=1;
}
}

void main()
{ uchar a;
a=AtranD();

while(1)
{ wr=1;
_nop_();
wr=0;
_nop_();
wr=1;
delay(1);

P0=0xff;
rd=1;
_nop_();
rd=0;
_nop_();
ad[3]=P0;
_nop_();
rd=1;

if(ad[3]>a)
a=ad[3];

if(a<=25)
{ C1=0;
B1=0;
A1=0;
}

else
if(a<=51)
{ C1=0;
B1=0;
B1=0;
A1=1;
}

else
if(a<=178)
{ C1=1;
B1=1;
A1=0;
}

else

{ C1=1;
B1=1;
A1=1;
}

}
}

A1=1;
}

else
if(a<=76)
{ C1=0;
B1=1;
A1=0;
}

else
if(a<=102)
{ C1=0;
B1=1;
A1=1;
}

else
if(a<=127)
{ C1=1;
B1=0;
A1=0;
}

else
if(a<=153)
{ C1=1;

3.仿真调试
当输入信号幅度为2.2mv时，模拟开关接通R2，输出信号幅度为520mv，大概放大250倍。

当输入信号幅度为4.5mv时，模拟开关接通R4，输出信号幅度为280mv，大概放大62倍。

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. 原理图

2.工作过程：
IDT7206是IDT公司容量为16K×9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P0.0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P0.0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
本章要求掌握的容：键盘；LED、LCD、触摸屏
考试题（30分）
1 设计8031单片机与液晶显示模块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）

设计与分析：初始化LCD后，在上下行延时显示数据即可实现上下滚动的效果。
即 ：显示第一行>延时>清屏>显示第二行>延时>循环。
1.硬件电路

2.流程图

3.程序
#include<reg52.h>
typedef unsigned char uint8;
//typedef unsigned int uint16;
sbit RS=P2^0;
sbit RW=P2^1;
sbit EN=P2^5;
sbit BUSY=P0^7;
unsigned char code str1[]={"LUOSHUYU"};
void delay()
{ uint8 i,j;
for(i=0;i<255;i++)
for(j=0;j<111;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;
RS=1;
P0=dat;
RW=0;
EN=1;
EN=0;

}

void w_cmd(uint8 cmd)
{wait();
EN=0;
RS=0;
P0=cmd;
RW=0;
EN=1;
EN=0;
}
void Init_LCD()
{w_cmd(0x38);
w_cmd(0x0f);
w_cmd(0x06);
w_cmd(0x01);
}
void w_str(uint8 addr_start,uint8 *p)
{
w_cmd(addr_start);
while(*p!='\0')
{
w_dat(*p++);
}
}
main()
{
Init_LCD();
while(1)
{
w_str(0x80,str1);//显示第一行
delay();//延时
w_cmd(0x01);//清屏
w_str(0xc0,str1);//显示第二行
delay();//延时
w_cmd(0x01);
} }

3.仿真调试

第4章数据通信
本章要求掌握的容：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：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）。

设计与分析：
仿真采用虚拟终端发送数据，收到数据后，将文本数据转换为整型数字，通过位选循环显示数字。

1. 硬件电路图

2. 程序流程图

3. 程序
#include "reg52.h"
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
u8 flag,i,k;
u8 a='0';
u8 code table1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x00};
u8 code table2[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
void Init()
{
SCON=0X50;
TMOD=0X20; //4800波特
PCON=0X80;
TH1=0XF3;
TL1=0XF3;
ES=1;
EA=1;
TR1=1;
}
void delay(u16 xms)
{ u8 j;
for(k=xms;k>0;k--)
for(j=110;j>0;j--);}
void main()
{
Init();
while(1){
for(i=0;i<8;i++){
P2=table2[i];
P0=table1[a-'0'];
delay(255);
delay(255);
} }}

void Usart() interrupt 4
{
a=SBUF;
RI = 0;
SBUF=a;
while(!TI); //等待发送数据完成
TI=0; }

4. 仿真调试
程序刚启动时，数码管滚动显示0；

从虚拟终端输入数字5，数码管滚动显示5；

宁可累死在路上，也不能闲死在家里！宁可去碰壁，也不能面壁。是狼就要练好牙，是羊就要练好腿。什么是奋斗？奋斗就是每天很难，可一年一年却越来越容易。不奋斗就是每天都很容易，可一年一年越来越难。能干的人，不在情绪上计较，只在做事上认真；无能的人！不在做事上认真，只在情绪上计较。拼一个春夏秋冬！赢一个无悔人生！早安！—————献给所有努力的人.