数据采集大作业报告

课程名称:数据采集与智能仪器姓名：学号：专业班级：1《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业）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内容：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：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）。2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0-1mv10001-2mv5002-3mv2503-4mv1254-5mv62.55-6mv31.256-7mv15.6257-8mv7.812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。3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#includereg52.h#includeintrins.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitcs=P3^5;sbitwr=P3^6;sbitrd=P3^7;sbitA1=P1^0;sbitB1=P1^1;sbitC1=P1^2;ucharad[4];voiddelay(ucharxms){uchark,j;for(k=xms;k0;k--)for(j=110;j0;j--);}4ucharAtranD()//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);5P0=0xff;rd=1;_nop_();rd=0;_nop_();ad[2]=P0;_nop_();rd=1;while(1){if(ad[1]ad[0]&&ad[1]ad[2])returnad[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;}}voidmain(){uchara;a=AtranD();while(1){wr=1;_nop_();wr=0;_nop_();wr=1;delay(1);P0=0xff;6rd=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;}elseif(a=51){C1=0;B1=0;A1=1;}elseif(a=76){C1=0;B1=1;A1=0;}elseif(a=102){C1=0;B1=1;A1=1;}elseif(a=127){C1=1;B1=0;A1=0;}elseif(a=153){C1=1;B1=0;A1=1;}elseif(a=178){C1=1;B1=1;A1=0;}else{C1=1;B1=1;A1=1;}}}73.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。82.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IDT72069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内容：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102.流程图开始定时器初始化开启中断While(1)滚动显示接收数据串口中断服务子程序读取接收缓存中内容将数据发送回PC机并清楚中断标志位结束3.程序#includereg52.htypedefunsignedcharuint8;//typedefunsignedintuint16;sbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitEN=P2^5;sbitBUSY=P0^7;unsignedcharcodestr1[]={LUOSHUYU};voiddelay(){uint8i,j;for(i=0;i255;i++)for(j=0;j111;j++);}开始LCD初始化检测BUSY标志While(1)循环显示字符串11voidwait(){P0=0xff;do{RS=0;RW=1;EN=0;EN=1;}while(BUSY==1);EN=0;}voidw_dat(uint8dat){wait();EN=0;RS=1;P0=dat;RW=0;EN=1;EN=0;}voidw_cmd(uint8cmd){wait();EN=0;RS=0;P0=cmd;12RW=0;EN=1;EN=0;}voidInit_LCD(){w_cmd(0x38);w_cmd(0x0f);w_cmd(0x06);w_cmd(0x01);}voidw_str(uint8addr_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);13}}3.仿真调试第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：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。141.硬件电路图2.程序流程图开始定时器初始化开启中断While(1)滚动显示接收数据串口中断服务子程序读取接收缓存中内容将数据发送回PC机并清楚中断标