数据采集与智能仪器课程考核大作业.docx
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数据采集与智能仪器课程考核大作业
《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业）
武汉理工大学信息电信0904
参考书程德福《智能仪器》（第二版）机械工业出版社
赵茂泰《智能仪器原理及应用》（第三版）电子工业出版社
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（任选一题，10分）
1智能仪器的含义是什么？
它的主要特点是什么？
2智能仪器设计的一般过程有哪些？
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（任选一题，20分）
1设计一个MCS-51单片机与MC14433的接口电路，要求采用中断方式控制A/D转换，画出接口电路图并编写相应的控制程序
2设计一个MCS-51单片机与D/AC0832的接口电路，已知：
单片机CLK为12MHz，D/A转换器的地址为7FFFH，当输入数字范围为00H至FFH时，其输出电压范围为0-5V。
画出接口电路图并编写相应的控制程序（输出2个周期的锯齿波）
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MCS-51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WHLGDX（6个大写英文字母）的控制程序（包含程序流程图）。
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Y
考试题（30分）
1设计MCS-51单片机与IBM-PC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8位LED上左右滚动显示的通信与显示程序（包含程序流程图），PC机端的程序可用C语言或VB编写。
第5章智能仪器的基本数据处理算法
本章主要掌握：
克服随机误差的数字滤波算法，消除系统误差的软件算法、标度变换
考试题（任选一题，10分）
1自动量程转换的原理是什么？
怎样实现自动量程的转换？
2数字滤波器和硬件滤波器相比较各有什么优缺点？
举例说明。
说明：
本课程为选修课，其中的考试题是智能仪器设计技术中必须掌握的知识。
试卷题目与答题内容一并打印装订。
1、智能仪器的含义是什么？
它的主要特点是什么？
智能仪器的定义：
智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。
主要特点：
智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。
智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。
随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片（即单片机）出现了。
以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成与传统仪器仪表相比，智能仪器了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。
①操作自动化。
仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开具有以下功能特点：
关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，②具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、实现测量过程的全部自动化。
自动校准、自诊断及量程自动转换等。
智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。
这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。
③具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。
智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。
例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高④具有友好的人机对话能力。
智能仪器使用键盘代替传统仪器中了仪器的测量精度。
的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。
与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人⑤具有可程控操作能力。
一般智能仪器都配有GPIB、员，使仪器的操作更加方便直观。
RS232C、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。
2、设计一个MCS-51单片机与D/AC0832的接口电路，已知：
单片机CLK为12MHz，D/A转换器的地址为7FFFH，当输入数字范围为00H至FFH时，其输出电压范围为0-5V。
画出接口电路图并编写相应的控制程序（输出2个周期的锯齿波）
首先将程序初始化，再给P0口赋初值，再进入大循环，没隔一次P0口输出就增加1，知道增到0XFF位置，再跳出FOR循环进入while
（1）循环里面，再重复刚才的程序，就能用示波器看到波形，模拟的时候波形杂波多，偏置由于运算放大器的偏置电压存在，还有波形抖动的影响。
线性度也不怎么会。
实物用示波器测试的波形基本达到要求，无明显失真。
电路图如图1。
图1
程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voidmain（）
{
uchari;
while
（1）
{
for（i=0;i<256;i++）
{
P0=i;i++;
}
}
}
2、设计MCS-51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WHLGDX（6个大写英文字母）的控制程序（包含程序流程图）。
图2
程序流程图
程序：
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitE=P2^7;
sbitrs=P2^6;
sbitrw=P2^5;
uinti,j;
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
ucharcodezeng[]="WHLGDX";
voidwrite_com（ucharcom）
{
rs=0;
rw=0;
P0=com;
E=0;
delay
（1）;
E=1;
delay
（1）;
E=0;
}
voidwrite_date（uchardate）
{
rs=1;
rw=0;
P0=date;
E=0;
delay
（1）;
E=1;
delay
（1）;
E=0;
}
voidinit（）
{
E=0;
write_com（0x38）;
write_com（0x0c）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
}
main（）
{
intnum;
init（）;
while
（1）
{
for（i=0;i<5;i++）
{
write_com（0x01）;
write_com（0x80）;
for（num=0;num<6;num++）
{
write_date（zeng[num]）;
}
delay（800）;
write_com（0x01）;
write_com（0x80+0x40）;
for（num=0;num<6;num++）
{
write_date（zeng[num]）;
}
delay（800）;
}
for（i=0;i<2;i++）
{
for（j=0;j<10;j++）
{
write_com（0x1c）;
delay（500）;
}
for（j=0;j<10;j++）
{
write_com（0x18）;
delay（500）;
}
}
}
}
4、设计MCS-51单片机与IBM-PC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8位LED上左右滚动显示的通信与显示程序（包含程序流程图），PC机端的程序可用C语言或VB编写。
图3
/*PC的发送接收程序*/
#include
#include
#include
#include
#include
voidport（void）/*初始化8250函数*/
{outportb（0x2fb,0x80）;/*选波特率除数锁存器*/
outportb（0x2f8,0x60）;/*波特率为1200，送波特率除数锁存器的低八位*/
outportb（0x2f9,0）;/*送波特率除数锁存器的高八位*/
outportb（0x2fb,0x03）;/*每帧8位，1个停止位，无校验位*/
}
voidsend（unsignedchars）/*发送函数*/
{unsignedcharx;
outportb（0x2f8,s）;/*发送s*/
begin:
x=inportb（0x2fd）;/*检测发送数据寄存器空？
*/
x=x&0x20;
if（x==0）gotobegin;
}
unsignedchardata（）/*接受函数*/
{
unsignedchara;
begin:
a=inportb（0x2fd）;/*读状态寄存器*/
a=a&0x01;/*检测接收数据准备好？
*/
if（a!
=1）gotobegin;/*未准备好，再测*/
else
{a=inportb（0x2f8）;/*接收数据*/
return（a）;/*返回接收的数据*/
}
}
voidmain（void）/*主函数*/
{inti;
unsignedcharc,b;
port（）;/*初始化8250*/
puts（"PCUSECOM21200B/S,pressAtoexit"）;/*屏幕显示提示信息*/
puts（"89C51/89S51fosc=12MHz"）;
puts（"input（0-9）"）;
while
（1）/*循环执行后面程序*/
{c=getchar（）;/*键盘输入，键码送C*/
if（c==65）/*如果“A”键退出*/
exit（0）;/*返回DOS*/
else
{if（c>=0x30&&c<=0x39）/*如果按键在0~9发送*/
{send（c）;/*发送按键的ASCII码*/
b=data（）;/*接收单片机发来的字符存于b*/
puts（"AT89C51/89S51send"）;
printf（"%c\n",b）;/*显示接收的字符*/
for（i=0;i<2000;i++）;/*延时*/
}
}
}
}
图4
/*单片机用C语言编程，程序如下：
*/
#include
#defineuncharunsignedchar
uncharcgf1[10]={"CHINA&WHUT"};/*发送的字符串*/
uncharcgf2[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};/*数码管显示字形表*/
main（）
{unchari,j;
TMOD=0x20;
TH1=0x0e6;TL1=0x0e6;
TR1=1;
SCON=0x50;
P1=0x0c;/*数码管显示“P”提示符
while
（1）/*循环*/
{RI=0;
while（!
RI）;/*RI=0等待*/
i=SBUF;/*RI=1接收，存入i变量*/
i=i&0x0f;/*保留低4位*/
P1=cgf2[i];/*查字形表送P1口数码管*/
RI=0;/*清RI*/
for（j=0;j<200;j++）;/*延时*/
TI=0;
SBUF=cgf1[i];/*取cgf1字符串中第i个字符发送*/
while（!
TI）;
TI=0;
}
}
5、数字滤波器和硬件滤波器相比较各有什么优缺点？
举例说明。
数字滤波器是指输入输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。
数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。
数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。
硬件滤波器是指由硬件电路来实现，用电容，电阻，电感等模拟器件搭建的滤波器。
硬件滤波器处理的信号主要是频域上连续的模拟信号。
电路计算，测试，调试过程相对复杂。
并且硬件滤波器存在电压漂移、温度漂移和噪声大问题
仪器、仪表采集的信息常会受到干扰。
为了提高采样的可靠性，减小假信息的影响，采用了数字滤波。
它与硬件滤波器相比具有以下优点。
（1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加任何硬设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用，不但可以节约投资，还可以提高可靠性和稳定性。
（2）可以对频率很低的信号实现滤波，而硬件滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。
（3）灵活性好。
可以用不同的滤波程序实现不同的滤波方法。
例如：
对于数字滤波器来说很容易就能够做到一个1000Hz的低通滤波器允许999Hz信号通过并且完全阻止1001Hz的信号，模拟滤波器无法区分如此接近的信号。
如果用数字滤波器算出一个7阶带通滤波实现精确的通频带，很容易实现算法。
但如果用硬件实现有源的7阶滤波器，则应用高速放大器和电容电阻的选取相当严格，并且要考虑自激振荡，温度漂移和噪声的影响，稍有不同，就会造成通带和频率的误差很大。
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