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1、电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学虚拟仪器硬件原理和虚拟仪器设计n一、实验箱组成、工作原理、实验演示n二、计算机和实验箱并行接口原理和编程 (LED数码管显示实验）n三、A/D转换和直流电压表软件设计n四、电子秤设计实验n五、温度检测和控制设计实验电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学一、一、SJ-8002B虚拟仪器电子测量综合实验箱虚拟仪器电子测量综合实验箱n1.特点：技术先进性，实验手段自动化，硬件和软件的开特点：技术先进性，实验手段自动化，硬件和软件的开放式，多功能、性价比高，适应多门课程，实验多层次放式，多功能、性价比高，适应多门课程，实验多层次（验证性、设计性
2、、综合性），扩展性好。（验证性、设计性、综合性），扩展性好。n2. 硬件组成：基本平台（主板）硬件组成：基本平台（主板）+可选实验电路板可选实验电路板n3：软件：底层驱动程序实验应用程序。：软件：底层驱动程序实验应用程序。电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学结构形式电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学实验连接电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学LabVIEW直接端口读直接端口读/写写nLabVIEW中有两个直接访问底层设备的函数，即“In Port.vi”和“Out Port.vi”。这两个函数具有分别完成从设
3、备的物理地址直接读取和输出数据的功能.n在LabVIEW中，“读端口In Port.vi”和“写端口Out Port.vi”两个函数位于“函数模版互连接口Port I/O端口子模板中.n“读端口In Port.vi”用于从指定的物理地址中读取一个字节或一个字,输入参数address为端口的物理地址，输出参数data read返回从端口地址中读取的字节或字。n“写端口Out Port.vi”用于向指定的物理地址中写入一个字节或一个字，输入参数address为端口的物理地址，输入参数write value是向指定端口写入的字节或字。电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学实验一 基于EPP
4、接口的LED显示n1. EPP接口简介n标准并行接口SPP（Standard Parallel Port，即打印机接口）：单向、低速（50150kB/s）；n1991年IBM、Intel等主要计算机及外设厂家在兼容SPP接口的基础上，制定了双向、高速、并行接口标准增强型并行接口（EPP，Enhanced Parallel Port）,即EPP1.7，500k2MB/s。并建议IEEE作为国际便准。n1994年，EPP1.9，IEEE1284。n易于设计，得到广泛应用(如基于EPP的便携式数据采集系统)。电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学引脚EPP信号输入/输出EPP功能描述1nW
5、rite输出读写信号，低写高读29Data07双向双向数据/地址线10Interrupt输入中断请求线，上升沿触发11nWait输入握手信号，低表示开始一个周期，高表示结束一个周期12用户自定义输入按不同外设自定义13用户自定义输入按不同外设自定义14nDataStrobe输出数据选通信号，低表示正在进行数据读写操作15用户自定义输入按不同外设自定义16nReset输出外设复位信号，低有效17nAddressStrobe输出地址选通信号，低表示正在进行地址读写操作1825GroundGND信号地n2. EPP接口信号引脚的定义 (25芯D型插座)电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学
6、n3. EPP端口寄存器nLPT1: Base=0x378；LPT2: Base=0x278端口地址端口名称读写Base+0数据端口 (SPP )写Base+1状态端口(SPP/EPP )读Base+2控制端口(SPP)写Base+3地址端口 (EPP)读/写Base+4数据端口(EPP)读/写Base+5未定义（16/32bit Transfer）-Base+6未定义（32bit Transfer）-Base+7未定义（32bit Transfer）-电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学EPP初始化n程序在访问EPP数据、地址寄存器之前需先向EPP控制寄存器写入控制字04H。 电
7、子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学n6. 实验平台的EPP接口设计原理框图电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学n7. 实验平台的EPP接口设计程序操作n通过EPP接口对实验平台的每个端口的读/写操作分两步：n对EPP地址端口写地址；n对EPP数据端口读/写数据。n写数据noutp (0x37b, addr); /从EPP的地址寄存器端口输出外设地址noutp (0x37c, data); /从EPP的数据寄存器端口输出数据n从EPP口读数据noutp (0x37b, addr); /从EPP的地址寄存器端口输出外设地址ndata = inp (0x37c); /从EPP
8、的数据寄存器端口读出数据电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学LabVIEW对EPP数据端口写数据电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学nLED显示接口原理框图 左边两位地址0CH,中间两位地址0DH,右边两位地址0EH,电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学编程练习1：n用LabVIEW的I/O函数编写EPP通讯接口的读、写VI子程序。n在实验箱的6位数码管显示用户输入的6位整数。电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学双积分双积分A/D转换器转换器ICL7109ICL7109A/D转换器分为模拟电路和数字电路两部分、模拟部分包括缓冲器、积分器比较器基准
9、电压产生和一组模拟开。 模拟部分的工作过程是:当运行/保持(RUN/HOLD)端处于高电平时,器件自动重复的进行转换,且每经过8192个时钟脉冲周期完成一次转换、而每次转换又都经历如下三个阶段:电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学1、调零阶段（需要2048个时钟周期）2、信号积分阶段(定时积分阶段，固定为2048个时钟周期)3、反向积分阶段(基准电压积分阶段，最多不超过4096个时钟周期) 由于选用的晶振频率为3.58MHz,并经过58分频后作为时钟脉冲所以信号积分阶段的积分时间为：T1=2048（脉冲周期）X58/3.58=33.18ms 完成一次转换所需要的时间为：T2=819
10、2（脉冲周期）X58/3.58=132.72ms 因而得出ICL7109的转换速率为每秒7.5次。电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学7109 转换时序图 电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学双积分双积分A/D转换器转换器ICL7109电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学ICL 7109引脚及外围电路 REFINHINLMODESTATUSCE/LOADORPOLB9B12B1B8D0D71Y1(PC2)1Y1(PC4)RD1Y41Y3ICL 7109. . . . . . . . . .测量放大电路V+V-OIOO+5V-5V2.048V基准电压04.09
11、6V2 运放26220181940283534212223363.579MHzRUN/HOLDLBENHBEN跳线选择被测电压AIN+D0.D7D0.D5. . . .电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学量程（增益选择）n使用量程选择档对量程控制字gain_cw（10进制）进行选择，得到增益gain（10进制）。n由于7109的输入电压为4V，故每档量程对应的增益与量程之乘积应为4V。量程8V4V2V800mV400 mV200 mV80 mV40 mVgain_cw（十进制）16(10H)17(11H)18(12H)19(13H)33(21H)34(22H)35(23H)49(2
12、4H)gain0.5125102050100电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学测试对象选择n使用测试对象选择档对测试对象控制字进行控制，测试对象只有两种。 测试对象控制字(十六进制） 测试对象（m_what）50H电位器01H外部电压电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学7109编程流程电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学编程实验2 ：直流电压表的设计n设计要求：n测试对象：电位器电压n旋钮选择量程：40mV，80 mV，200 mV，400 mV，800 mV，2V，4V，8V。n指针和数据显示测量电压n有溢出指示灯有溢出指示灯n设计的前面板美观、实用设计
13、的前面板美观、实用n选择电压表不同量程，改变电压进行测量选择电压表不同量程，改变电压进行测量 电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学直流电压表面板量程选择旋钮，对应增益控制参数gain_cw，有8档，设置为文本标签量程量程8V8V4V4V2V2V800mV800mV400mV400mV200mV200mV80 mV80 mV40mV40mVgain_cwgain_cw16161717181819193333343435354949gaingain0.50.51 12 25 5101020205050100100电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学动态链接库调用动态链接库调
14、用对于7109的主要控制和操作已经做成底层驱动函数（用Labwindows/CVI实现），集成在动态链接库中。在程序实现时，可直接调用提供的驱动函数动态链接库（即cvidll.dll） 电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学7109动态连接库函数序号fp函数实现功能输入参数输出参数返回值动态链接图标1void _stdcall epp_init(void)初始化EPP接口无无无2void _stdcall start_7109 (void)启动7109无无无3int _stdcall run_7109 (unsigned char m_what, unsigned char gain
15、_cw,double vref, double *rult)运行7109，实现7109的读数及转化m_what:测试对象gain_cw:量程控制字vref:参考电压rult:测量结果0：读数有效； 7int _stdcall led_display(double display_data)LED显示display_data：显示数据无成功执行后，返回值为0电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学动态链接调用方法（8.5版本）n函数互连接口库与可执行程序调用库函数节点n函数图标电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学双击图标，先选调用动态库的路径，再选调用的函数。调用规范选std
16、call(WINAPI)以cvidll.dll库中的run_7109为例。电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学设置参数，变量类型及名称，顺序和类型必须与原函数完全一致。 （8.5版本）电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学直流电压表程序电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学四、电子秤实验n在LabVIEW开发平台上实现要求的电子秤设计：n(1)、测量范围：05Kg，精度0.5n（2）、计算机表盘指针显示和数字显示重量 （单位Kg） n（3）电子秤调零，调节零点系数。n（4）输入单价（元/ kg），计算物品金额（元）电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学
17、电子称重仪原理框图 电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学传感器示意图电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学n虚拟电子称重仪的硬件由称重传感器、放大器和A/D转换器等组成。n称重传感器完成重量到电压的变换，被变换的电压经适当放大后，由A/D转换器实现模/数转换n计算公式：重量W=K0+K1Vn传感器在受力0kg时输出0mV，受力5kg时输出10mV ，n放大电路放大33倍，V=0.33Vn K0=0, K1=5/0.33=15.2，电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学编程流程电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学测量和显示调用7109动态连接库函数序号
18、fp函数实现功能输入参数输出参数返回值1void _stdcall epp_init(void)初始化EPP接口无无无2void _stdcall start_7109 (void)启动7109无无无3int _stdcall run_7109 (unsigned char m_what, unsigned char gain_cw,double vref, double *rult)运行7109，实现7109的读数及转化m_what:测试对象gain_cw:量程控制字vref:参考电压rult:测量结果0：读数有效； 4int _stdcall led_display(double disp
19、lay_data)LED显示display_data：显示数据无成功执行后，返回值为0电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学函数取值函数 int _stdcall run_7109 (unsigned char m_what, unsigned char gain_cw,double vref, double *rult)1、测试对象 m_what=1，外部电压2、量程控制字 gain_cw=33，增益=10，量程=400mV3、参考电压 vref=2.048电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子秤程序电子科技大学电子科技
20、大学电子科技大学电子科技大学五、温度检测与控制设计实验五、温度检测与控制设计实验 n1连接温度控制板和实验箱n2编写温度检测的Labview程序。要求要求（1）温度控制设定范围）温度控制设定范围30-70度度 （2）实时检测温度并显示，显示方式为数值、）实时检测温度并显示，显示方式为数值、温度计、曲线。温度计、曲线。 （3）有开始运行和结束开关）有开始运行和结束开关3、记录和分析实验结果。 记录温度上升时间、超调量、控制精度 电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学温度检测与控制系统原理框图n 电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学温度检测控制原理电子科技大学电子科技大学电子
21、科技大学电子科技大学温度检测和控制原理n由加热灯泡，温度二极管，温度检测电路，控制电路和继电器组成。nADC7109检测二极管两端的电压VV0 ，通过电压和温度的关系，计算出盒内空气的实际温度T。n实际温度T=K0K1（VV0）式中： K0=71,K1=500，温度每增加1，V减少0.002V。n3温度自动控制原理：n若实际温度低于设定值，计算机发出信号，继电器闭合，开始加热，盒内空气温度上升。n若实际温度超过设定值，计算机发出信号，继电器断开，停止加热。盒内空气温度下降。n如此周而复始的测控操作，使盒内空气温度保持在设定值附近。电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学编程流程电子科技
22、大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学硬件控制调用动态链接库完成t_control.dllfp函数实现功能输入参数输出参数返回值void _stdcall turn_on(unsigned char heat_cw)控制温度板的灯点亮/熄灭 heat_cw：亮/灭控制 （0：灭 1: 亮 加热 无无电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学测量和显示调用7109动态连接库函数序号fp函数实现功能输入参数输出参数返回值1void _stdcall epp_init(void)初始化EPP接口无无无2void _stdcall start_7109 (void)启动7109无无无3int
23、_stdcall run_7109 (unsigned char m_what, unsigned char gain_cw,double vref, double *rult)运行7109，实现7109的读数及转化m_what:测试对象gain_cw:量程控制字vref:参考电压rult:测量结果0：读数有效； 4int _stdcall led_display(double display_data)LED显示display_data：显示数据无成功执行后，返回值为0电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学函数取值函数 int _stdcall run_7109 (unsigned
24、 char m_what, unsigned char gain_cw,double vref, double *rult)1、测试对象 m_what=1，外部电压2、量程控制字 gain_cw=19，增益=5，量程=800mV3、参考电压 vref=2.048电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学温度检测和控制程序电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学注意事项：n1)打开实验箱，取下箱盖，把箱盖放在本实验桌下格子内（打开实验箱，取下箱盖，把箱盖放在本实验桌下格子内（ 箱盖箱盖不能互换）不能互换）n2）实验前不通电，先接线和插
25、卡。）实验前不通电，先接线和插卡。实验箱和计算机使用实验箱和计算机使用EPP电缆连接电缆连接插卡的元件面向实验箱里面。插卡的元件面向实验箱里面。电源开关在实验箱前面背面电源开关在实验箱前面背面n3）在运行软件前要先打开实验箱的电源。）在运行软件前要先打开实验箱的电源。 n4）主板左下方的短路块）主板左下方的短路块S101说明：说明：n温度实验：温度实验： S101位置在左边，位置在左边，7109电压差分输入电压差分输入n电子秤实验：电子秤实验： S101 位置在右边，位置在右边， 7109电压单端输入电压单端输入n电压表：电压表： S101 位置，左右均可（测量板上电位计电压）位置，左右均可（测量板上电位计电压）n5）温度实验还需连接交流）温度实验还需连接交流9V电源（在实验箱左上角）电源（在实验箱左上角）
