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1、课程名称：数据采集与智能仪器姓 名：学 号：班 级：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1
2、0mv,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
3、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
4、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？答：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
5、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）；1设计原理及简介程控放大器利用选通开关，控制放大器的反馈电阻阻值，实现改变放大倍数的原理工作。这里采用两片8选1模拟开关器件CD4051作为放大器反馈电阻选择
6、开关，通过两两电阻并联得到32种放大倍数。下面有程序将电阻组合一一列出并与芯片引脚相对应然后是单片机P0口控制液晶显示器的输出采用TLC549作为A/D转换芯片，在仿真图左上方。这里通过A/D转换将模拟输入量转换成数字量串行输出，通过P2.5输入。2硬件电路图3程序框图4程序#include reg51.h#include intrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit cs = P3 5;sbit intr = P3 4;sbit wr = P3 6;sbit rd = P3 7;sbit a1 = P1 0
7、;sbit a2 = P1 1;sbit a3 = P1 2;sbit a4 = P1 3;sbit a5 = P1 4;sbit a6 = P1 5;uchar d4;/* 延时*/void delayms(uchar n)uchar i, j;for (i = 0; i n; i+)for (j = 0; j 110; j+);/* AD转换*/uchar adctrans()cs = 0; wr = 1;_nop_();wr = 0;_nop_();wr = 1;delayms(1);/ 读取转换后的值P2 = 0xff;rd = 1;_nop_();rd = 0;_nop_();d0
8、= P2;_nop_();rd = 1;_nop_();wr = 1;_nop_();wr = 0;_nop_();wr = 1;delayms(1);/ 读取转换后的值P2 = 0xff;rd = 1;_nop_();rd = 0;_nop_();d1 = P2;rd = 1;wr = 1;_nop_();wr = 0;_nop_();wr = 1;delayms(1);/ 读取转换后的值P2 = 0xff;rd = 1;_nop_();rd = 0;_nop_();d2 = P2;rd = 1;while (1)if (d0d2)return d1;d0 = d1;d1 = d2;wr =
9、 1;_nop_();wr = 0;_nop_();wr = 1;delayms(1);/ 读取转换后的值P2 = 0xff;rd = 1;_nop_();rd = 0;_nop_();d2 = P2;rd = 1;/* 主函数*/void main()uchar a;a4 = 0;a5 = 0;a6 = 0;a = adctrans();while (1)wr = 1;_nop_();wr = 0;_nop_();wr = 1;delayms(1);/ 读取转换后的值P2 = 0xff;rd = 1;_nop_();rd = 0;_nop_();d3 = P2;_nop_();rd = 1;
10、if (d3a)a = d3;if (a = 25)a1 = 0;a2 = 0;a3 = 0;else if (a = 51)a1 = 1;a2 = 0;a3 = 0;else if (a = 76)a1 = 0;a2 = 1;a3 = 0;else if (a = 102)a1 = 1;a2 = 1;a3 = 0;else if (a = 127)a1 = 0;a2 = 0;a3 = 1;else if (a = 153)a1 = 1;a2 = 0;a3 = 1;else if (a = 178)a1 = 1;a2 = 0;a3 = 1;a4 = 1;else if (a = 204)a1
11、= 1;a2 = 0;a3 = 1;a4 = 0;a5 = 1;else if (a = 229)a1 = 1;a2 = 0;a3 = 1;a4 = 1;a5 = 1;else if (a = 255)a1 = 1;a2 = 0;a3 = 1;a4 = 0;a5 = 0;a6 = 1;5仿真结果图1波形显示情况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16K9的且引脚功能完全兼容的串行F
12、IFO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
