测控系统原理与设计实验指导书

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1、1 电气工程学院 测控系统原理与设计 实验指导书 王民慧，王武编写 适用专业：测控技术与仪器 贵州大学 二 O 一六年八月 2 前言 本课程的基本内容介绍，通过学习学生需要掌握的基本知识。 “测控系统原理与设计”是测控技术及仪器专业的一门重要课程。主要研 究测控系统的组成原理、设计技术和应用方法。课程涉及微机接口、标准总线、 数据处理方法、测量控制算法、故障诊断以及测控系统的典型实例分析。目的 是让学生掌握测控系统的设计、开发方法，适应现代测控仪器发展的要求。本 课程的主意内容有：测控系统的构成、微机接口电路及其编程、标准总线、数 据处理技术、监控程序设计方法、测控系统自检和故障诊断、测控系统

2、总体设 计和开发、以及智能化测量控制仪表的典型实例分析。 为使学生加深对测控系统原理基础理论的理解，掌握测控系统接口电路设 计的基本方法，掌握基本的人机接口软件编写方法，掌握用 Proteus 软件进 行仿真试验的方法，为今后进行测控系统的设计打下坚实的基础。本课程设置 了如下实验： 实验一 Proteus 使用（验证性，2 学时） 通过实验熟悉 Proteus 的界面和使用，掌握用 Proteus 对模拟电路、数字 电路和单片机进行仿真的方法。 实验二 开关量输入通道实验（验证性，2 学时） 用一个按键模拟开关的接通和断开动作，将此开关信号送入 51 单片机，51 单片机将收到的开关量信号用

3、发光二极管显示。 实验三 ADC0809 与 MCS51 单片机接口实验（设计性，2 学时） 利用实验板上的 ADC0809 做 A/D 转换器，用电位器提供模拟量输入，编制 程序，将模拟量转换成二进制数字量，用发光二极管显示。 实验四 DAC0832 与 MCS51 单片机接口实验（设计性，2 学时） 利用 DAC0832，编制程序产生三角波，用示波器观看输出波形。 实验五 按键控制液晶显示实验（综合性，2 学时） 利用按键和 LCD1602 进行电路设计，通过相应按键实现选择数字位的状态， 并控制数字增加和减少的功能。 实验六 键盘、LED 显示实验（综合性，2 学时） 3 通过实验掌握键

4、盘、显示器的接口方法； 掌握键盘子程序调试方法，掌握 按一个键并将其键值显示出来的方法。 4 目录 1、实验一：Proteus 的使用4 2、实验二：开关量输入通道实验 21 3、实验三：ADC0809 与 MCS51 单片机接口实验 23 4、实验四：DAC0832 与 MCS51 单片机接口实验 26 5、实验五：按键控制 LCD 显示实验 29 6、实验六：键盘、LED 显示综合实验 31 7、实验报告基本内容要求 35 8、实验报告格式 36 5 实验一：Proteus 的使用的使用 实验学时：2 实验类型：验证 实验要求：选修 一、实验目的 掌握 Proteus 的基本操作使用，会应

5、用 Proteus 实现普通电路和 51 单片机电路的仿真。 二、实验内容 了解 Proteus 界面窗口，掌握 Proteus 的基本操作，并实现普通电路和 51 单片机电路的 仿真。 三、实验原理、方法和手段 Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是： 实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片 机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系

6、统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持 主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000 系列、8051 系列、AVR 系列、 PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列以及各种外围芯片。提供 软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察 各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时 支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2 等软件。具有强大的原理图绘 制功能。总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真

7、软件，功能极其强大。 四、实验组织运行要求 集中授课 五、实验条件 PC 机、Proteus 软件、Keil Vision2 软件。 六、实验步骤 实验的操作步骤如下： 1、认识、认识 Proteus 1）进入 Proteus ISIS 双击桌面上的 ISIS 6 Professional 图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序” 6 “Proteus 6 Professional” “ISIS 6 Professional” ，出现如图 1-1 所示屏幕，表明进入 Proteus ISIS 集成环境。 2）Proteus 6 Professional界面简介 Proteus 6 Profes

8、sional界面如下 7 为了方便介绍，现分别对窗口内各部分进行中文说明（见上图）。下面简单介绍各部 分的功能： (1)、原理图编辑窗口（The Editing Window）：顾名思义，它是用来绘制原理图的。 蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的， 你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 (2)、预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，一个是：当你在元件 列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点 落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中 点击鼠标后），它会显示整张原理图的

9、缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色 的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上 面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 (3)、模型选择工具栏（Mode Selector Toolbar）： .主要模型（Main Modes）： 1* 选择元件（components）（默认选择的） 2* 放置连接点 3* 放置标签（用总线时会用到） 4* 放置文本 5* 用于绘制总线 6* 用于放置子电路 7* 用于即时编辑元件参数 （先单击该图标再单击要修改的元件） .配件（Gadgets）： .1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等

10、接口 2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器（generators） 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 8* 虚拟仪表：有示波器等 8 .2D图形（2D Graphics）： 1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等 (4)、元件列表（The Object Selector）： 用于挑选元件（components）、 终端接口（terminals）、 信号发

11、生器 （generators）、 仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”， 单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（单击了“OK”后），该 元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。 (5)、方向工具栏（Orientation Toolbar）： 旋转：旋转角度只能是90的整数倍。 翻转：完成水平翻转和垂直翻转。 使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图标。 (6)、仿真工具栏 仿真控制按钮 1* 运行 2* 单步运行 3* 暂停 4* 停止 2 2、Proteus的操作与仿真的操作与仿真 这里介绍两个具体

12、的实例。 实例一、LM324 运放电路。 开始运行 Proteus 6 Professional(ISIS6 Professional)，出现下面窗口： 9 1）添加元件到元件列表中：本例要用到的元件有：LM324、电阻RES。 单击“P”按钮，出现挑选元件对话框 10 在对话框的 KEYWORDS 中输入 LM324，得到以下结果： 单击OK，关闭对话框，这时元件列表中列出LM324，同样找出电阻RES。 最终结果： 11 2）放置元件：在元件列表中左键选取LM324，在原理图编辑窗口中单击左键，这样 LM324就被放到原理图编辑窗口中了。同样放置3个电阻R1、R2、R3。元件放置如下图。

13、添加“电源”和“地”：左键选择模型选择工具栏中的图标，出现： 左键选择 POWER 和 GROUND，并在原理图编辑窗口中左击，这样“电源”和“地”就被放置 到原理图编辑窗口中了。 电源也可以通过信号发生器来得到，选择直流信号源 DC，在原理图编辑窗口中单击左 键出现即是。 12 添加示波器和直流电压表：左键选择模型选择工具栏中的图标，出现： 左键选择OSCILLOSCOPE为示波器，DC VOLTMETER为直流电压表。 原理图编辑窗口中对对象的主要操作如下。 选中对象：鼠标指向某对象，单击右键，被选对象变为红色，即表示选中。 取消选中：在原理图编辑窗口中的空白处单击右键。 拖动对象：在对象

14、处于选中的状态下，按住鼠标左键不放进行拖曳。 删除对象：鼠标指向某对象，双击右键，或在对象处于选中的状态下，再单击右键。 修改对象参数：单击右键选中对象，再单击左键，出现对话框，在对话框中修改对象的参 数。如修改电阻R1的参数，单击右键选中电阻R1，再单击左键出现如下对话框。对话框中 的Component Referer为电阻的名称，Resistance为电阻的电阻值。 13 再如修改直流信号源 DC 的参数，单击右键选中，再单击左键出现如下对话框。对话框中 Generator Name 为信号源名称，Voltage 为电压幅值，这里设为 200mV。其他对象的参数 修改也类似于此。 补充：放置元件时要注意所放置的元件应放到蓝色方框内，如果不小心放到外面，由 于在外面鼠标用不了，要用到菜单“Edit”的“Tidy” 清除，方法很简单只需单击“Tidy”即可。 操作中可能要整体移动部分电路