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1、 1 智能仪器原理与设计技术智能仪器原理与设计技术 实实 验验 指指 导导 书书 东南大学仪器科学与工程学院 2007 年 2 前前 言言 “XYZ22 型综合实验仪”适用于测控类及弱电类专业大学本科生以下课程 的实验和实践教学： MCS-51 单片机原理、接口及应用 、 检测（测控）技术 及系统设计 、 智能仪器原理与设计技术等；也适用于测控类及弱电类专业硕 士研究生以下课程的实验和实践教学： 智能仪器设计 、 智能测控系统设计 等；也可以被相关专业的大专生选用。 本实验装置采用模块化设计，将有相互联系的各专业课程的实验组合起来， 包含这些专业课程要求的若干单个实验，最后形成“从传感器前置调
2、理、接口 电路A/D 转换电路计算机（单片机）后置接口电路测控对象”接近实际 应用系统的软硬件设计调试综合实验。训练和提高学生在检测（测控）技术及智 能技术应用系统方面的设计调试能力。同时，帮助学生将各专业课程内容综合起 来，融会贯通，形成系统的概念，迅速迈过从理论到实际的门槛。 大多数实验的实验内容都设置了基本要求和高级要求， 能够满足不同层次学 生的需要。 仪器仪表的发展可以简单的划分为三代：第一代为指针式仪器仪表，如指针 式万用表、功率表等。它们的基本结构是电磁式的，基于电磁测量原理使用指针 来显示最终的测量结果。 第二代为数字式仪器仪表， 如数字电压表、 数字功率计、 数字频率计等。它
3、们的基本结构中离不开模/数转换环节，并以数字方式显示或 打印测量结果。第二代仪表响应速度较快、测量精度较高。第三代就是智能式仪 器仪表，这类仪器仪表的主要特征是内含微处理器，因此，通常具有信息采集、 数据处理、 输出控制以及自动进行测试过程和测试结果显示、 记录、 传输等功能。 有的智能仪器还能辅助专家进行推理、分析或决策。 祝学云 3 目目 录录 第一章 实验设备介绍 1 一、实验设备的联接 1 二、伟福（WAVE）G6W 型单片机仿真开发器介绍 . 1 三、XYZ22 型综合实验仪介绍 . 2 第二章 显示器及键盘实验 11 实验一 显示器及键盘实验 . 11 第三章 程控放大器及程控信号
4、发生器实验 16 实验二 程控放大器实验 . 16 实验三 程控信号发生器实验 . 18 第四章 键盘键值远距离传输实验 23 实验四 键盘键值远距离传输实验 . 23 第五章 四位半数字电压表实验 28 实验五 四位半数字电压表实验 . 28 第六章 数字滤波程序设计实验 33 实验六 数字滤波程序设计实验 . 33 第七章 非线性校正及标度变换程序设计实验 39 实验七 非线性校正及标度变换程序设计实验 . 39 4 第一章第一章 实验设备介绍实验设备介绍 一一 实验设备的联接实验设备的联接 图 1 设备联接 二二 伟福（伟福（WAVEWAVE）G6WG6W 型单片机仿真开发器介绍型单片机
5、仿真开发器介绍 G6W 型单片机仿真开发器含有 WINDOWS、DOS 版本双平台； 可选择不同配置的仿真头（仿真不同的 CPU） ； 仿真头上有一个晶振跳线器（选用内、外晶振） ，出厂设置选用内晶振； 打开电源时，先接通仿真器电源，再接通外部用户板（实验仪）的电源。防打开电源时，先接通仿真器电源，再接通外部用户板（实验仪）的电源。防 止止 CMOS 型的型的 CPU 芯片过流，造成芯片温度过高。芯片过流，造成芯片温度过高。 1 安装及基本参数设置 1） 安装 进入 C: 盘符下，建立子目录 C:51,将编译器安装到 C:51 目录下即可。 2) 基本参数设置 选择伟福汇编器； 选择 G6W
6、及 POD-51 型仿真头、8031 CPU； 选择程序空间在仿真器上、数据空间在用户板上； 选择仿真器与 PC 机连接的串行端口。 2 编辑、编译、执行及修改文件 1）编辑及修改 新建一个文件或打开一个文件，对此文件进行编辑及修改，最后将其保存。 汇编文件的文件名后缀为 .ASM。 2） 编译 对当前窗口文件进行编译、校验，如果程序文件有错，信息窗口将提示出 错信息，以便用户修改。 3） 执行与退出 包括全速、跟踪、单步、执行到光标处等几种程序执行方式。 PC机 单 片 机 仿 真 开 发 器 XYZ22型 综 合 实 验 仪 测 量 控 制 对 象 5 3 在窗口中检查 RAM 及特殊功能
7、寄存器的内容 全速运行程序后，要先全速运行程序后，要先“暂停暂停”再检查存储器内容再检查存储器内容。 CPU 窗口包含源程序的反汇编代码、特殊功能寄存器状态等。 数据窗口包含内部 RAM 和外部 RAM 的状态等。 三三XYZ22XYZ22 型综合实验仪介型综合实验仪介绍绍 一） 面板功能块分布图 图 2 面板功能块分布图 6 二） 功能块分类 1 电源部分 外接+5V，+12V，-12V 电源。 实验板上有以下电源插孔：+2.5V, +5V, +12V, -5V, -12V 及 0V（GND） 。 实验板上每一功能块电源独立控制，由短路块连通。 2 测量电桥 电源+2.5V。 Rx 为热敏电
8、阻 Pt100(调试时接电阻箱)。 输出 Vout11、Vout12。 WR3 为调零电位器。 图 3 测量电桥 3 测量放大器 电源+12V，-12V。 输入 Vin41、Vin42, 输出 Vout4。 WR4 为增益调整电位器，WR5 为调零电位器。 Rx PT100 R2 1K R1 910 R3 100 +2.5V WR3 300 *Vout12 *Vout11 7 图 4 测量放大器 4.电压衰减器 电源+12V，-12V。 输入 Vin2, 输出 Vout2。 衰减倍数： 1/6 （J01 通） 1/3 （J02 通） 1/2 （J03 通） 图 5 电压衰减器 3 2 6 1
9、8 74 U3 OP-07 3 2 6 1 8 74 U4 OP-07 R5 4K R6 10K R7 20K R4 20K +12V -12V +12V -12V Vin2 END Vout2 J01 J02 J03 8 5. 四位半 A/D 转换电路(ICL7135) 电源+2.5V, 5V, -5V。 输入 Vin5。使用单端输入 INH1，INH0（负端输入）已接地。输入范围为 0-1.999V，对应的输出数据为 00000-19999。 转换状态信号 BUSY（A/D 转换时为高电平，转换结束时为低电平） 。可供查 询或中断申请用。 时钟 CLKIN 接 1/8 ALE， 单片机晶振
10、频率为 12MHZ， 则 1/8 ALE 为 250KHZ， 转换频率约为 6 次/秒。转换控制端 R/H 已接高电平，表示 ICL7135 将连续自动 转换。 当输入信号超过 1.999V 时，过量程标志 OVER 输出高电平。 当输入信号小于量程的 9%（0.1800V）时，欠量程标志 UNDER 输出高电平。 但在单端输入时，输入信号在 0V-0.1800V 时并不影响 A/D 转换器的正常工作。 位状态输出 D5、D4、D3、D2、D1，分别表示现时输出的数据为万、千、百、 十、个位。 BCD 码数据输出为 B8、B4、B2、B1。 WR6 调整 ICL7135 第 2 脚（标准电压端
11、 VREF）电压为 1.000V。 图 6 A/D 转换电路(ICL7135) 6. D/A 转换电路（DAC0832） 电源+5V，+12V，-12V。 输入 D7D0(00H-FFH)，输出 Vout3(0-5V)。 写信号/WR，片选信号/CS。 标准电压端 VREF，反馈电阻端 RFB，反馈端 FG。 BUSY B8-B1 D1-D5 CLKIN C4 0.1u C3 0.47u C5 1u C6 0.1u R18 100K R19 5.1k +5V Vin5 OVER UNDER R17 1K WR6 2K +2.5V AGND 3 INTOUT 4 VREF 2 AZ 5 V- 1
12、 BUFOUT 6 V+ 11 CREF- 7 CLKIN 22 CREF+ 8 POL 23 INHI 10 D5 12 INLO 9 D4 17 R/H 25 D3 18 DGND 24 D2 19 BUSY 21 D1 20 ST 26 B1 13 OVER 27 B2 14 UNDER 28 B4 15 B8 16 U12 ICL7135 +5V -5V 9 图 7 D/A 转换电路（DAC0832） 7. 钮子开关电路 电源+5V。输出为 K1K8。 钮子开关拨向上方输出为低“0” ，拨向下方输出为高“1” 。 图 8 钮子开关电路 8. LED 发光二极管电路 电源+5V。输入为
13、L1L8。 输入为高时发光二极管亮，输入为低时发光二极管灭（7406 为反向驱动器） 。 图 9 LED 发光二极管电路 VCC 11 ILE 12 VREF 13 RFB 14 Iout11 15 Iout12 16 XFER 17 WR2 18 DGND 19 AGND 20 CS 1 WR1 2 D7 3 D6 4 D5 5 D4 6 D3 7 D2 8 D1 9 D0 10 CS WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 U5 DAC0832 +5V 3 2 6 1 8 74 U6 3 2 6 1 8 74 U7 -12V +12V R8 20K R9 20K -12V +
14、12V Vout3 FG +5V GND K1 K2K3K4K5K6K7K8 1K X8 +5V L1L2L3L4L5L6L7L8 200x8 12 A 12 A 12 A 12 A 12 A 12 A 12 A 12 A 7406x2 10 9. 单脉冲输出电路 电源+5V。K 为按钮。 图 10 单脉冲输出电路 10. 8031 扩展 8255（1） 电源+5V。 8031 引出端 /INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD。 8255（1）片选信号为 /CS，PA 口为 PA7PA0，PB 口为 PB7PB0，PC 口为 PC7PC0。 译码电路 74138 输出 /Y3 /Y7
15、，地址范围为 6000HFFFFH。 双分频电路 74393 一路输出为 1/4 ALE、1/8 ALE（输入已接 ALE） ；另一路 输入为 Qin，输出为 Q0Q3（2 分频16 分频） 。 原理图见下页（图 11） 。 11. 利用 8255（2）扩展 LED 显示器及行列式键盘 电源+5V。 8255（2）片选信号为 /CS。 LED 显示器为共阴极，MC1413 为反向驱动器，三极管 9013 为正向驱动。 原理图见下页（图 12） 。 12. RS-422 串行口 电源+5V。 输入为 IN（+/-） ，输出为 OUT(+/-)。 图 13 RS-422 串行口 1 2 3 1 2
16、 3 R26 4.3K R27 4.3K +5V+5V 74007400 1,2EN 4 1A 1 1Y 2 1Z 3 2A 7 2Y 6 2Z 5 U19A 1/4 MC3487 8031 TXD (+) (-) OUT 2Y 5 1Y 3 1,2EN 4 2B 7 2A 6 1B 1 1A 2 U18A 1/4MC3486 8031 RXD(+) (-) IN 11 图 11 8031 扩展 8255（1）原理图 12 图 12 8255（2）扩展 LED 显示器及行列式键盘原理图 13 13. 固态继电器（负载）控制电路 电源+5V。 输入为 CONin, 输出为 CONout(+/-)。 控制信号 CONin 为高时，负载接通电源。 图 14 固态继电器控制电路 14. 555（电容/脉冲）电路 电源+5V。 Cxin（+/-）为电容, 输出为 Fout。 图 15 555 脉冲电路 R28 390 +5V 12 U20 1413 CONin + CONout(
