智能仪器大作业标准答案王扬.docx
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智能仪器大作业标准答案王扬
课程名称：
数据采集与智能仪器
*****
学号：
*************
班级：
电信1006
《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）；
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？
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硬件电路图
2程序框图
3程序
数组合并测试程序
#include
usingnamespacestd;
intmain（）
{
inti,j;
floatk;
floatC[72];
floatA[8]={1,1.5,2,2.7,3.3,5.1,6.8,10};
floatB[8]={1,1.5,2,2.7,3.3,5.1,6.8,10};
for（i=0;i<8;i++）
{
for（j=0;j<8;j++）
{
C[i*8+j+1]=A[i]*B[j]/（A[i]+B[j]）;
}
}
cout<for（i=0;i<8;i++）
{C[i+65]=A[i];}
cout<for（i=0;i<72;i++）
{
for（j=0;j<72-i;j++）
{
if（C[j]>C[j+1]）
{
k=C[j];
C[j]=C[j+1];
C[j+1]=k;}
}
}
for（i=1;i<=72;i++）
{
cout<}
system（"pause"）;
}
数组排序测试源程序
#include
usingnamespacestd;
inti,b,c,d,e;
floata;
intgeti（floatc[36],floata）
{
if（a<=c[35]）
{
for（i=0;c[i]{}
returni-1;
}
elsereturn35;
}
intgetjk（intc[36],intb）
{
returnc[b];
}
intmain（）
{
floatB[36]={0.5,0.6,0.6667,0.7297,0.75,0.7674,0.8361,0.8571,0.8718,0.9091,0.9643,1,1.0313,
1.1489,1.1591,1.2289,1.2453,1.3044,1.35,1.4366,1.485,1.5455,1.65,1.6667,1.7654,1.9326,2.0036,
2.126,2.2218,2.4812,2.55,2.9143,3.3775,3.4,4.0476,5};
intC[36]={77,76,75,74,66,73,72,65,71,70,64,55,63,54,62,61,53,60,
44,52,43,51,33,50,42,41,32,40,31,30,22,21,20,11,10,0};
cin>>a;
b=geti（B,a）;
c=getjk（C,b）;
d=c/10;
e=c%10;
cout<system（"pause"）;
}
实验主程序
#include"SMC162.h"
#include"TLC549.h"
sbitP1_5=P1^5;
unsignedchari,beishu,cod,p1,p2;
unsignedcharvolmax=0;
floatAp,f;
chardisplay[3],screen[3];
voiddelay（unsignedchardly）
{
unsignedcharj;
for（j=dly;j>0;j--）;
}
chargeti（floatc[36],floata）
{
if（a<=c[35]）
{
for（i=0;c[i]{}
returni-1;
}
elsereturn35;
}
voidvppfun（unsignedcharvol）
{
if（vol>volmax）
volmax=vol;
}
FloatcodeAmp[36]={0.5,0.6,0.6667,0.7297,0.75,0.7674,0.8361,0.8571,0.8718,0.9091,0.9643,1,1.0313,1.1489,1.1591,1.2289,1.2453,1.3044,1.35,1.4366,1.485,1.5455,1.65,1.6667,1.7654,1.9326,2.0036,2.126,2.2218,2.4812,2.55,2.9143,3.3775,3.4,4.0476,5};
UnsignedcharCD[36]={77,76,75,74,66,73,72,65,71,70,64,55,63,54,62,61,53,60,44,52,43,51,33,50,42,41,32,40,31,30,22,21,20,11,10,0};
intmain（）
{
unsignedcharvolget;
intvoltcal;
chardisplay[4],screen[4];
LcdInit（）;
display[1]=-2;
PutStr（0,0,"Pleasewait!
"）;
while
（1）
{
volget=TLC549_GetAD（）;//AD数据获取
vppfun（volget）;//峰值获取
if（P1_5==0）
{
delay（30）;
Ap=127.0/（volmax-128）;//放大倍数获取
beishu=geti（Amp,Ap）;//通过如已知倍数比较获取合适倍数
cod=CD[beishu];//将倍数与引脚关系相对应
f=Amp[beishu];
p1=cod/10;//获取P1引脚数值，CD4051选通
p2=cod%10;//获取P2引脚数值，CD4051选通
P1=p1;
P2=p2;
voltcal=f*100;
display[0]=voltcal/100;
display[2]=（voltcal%100）/10;
display[3]=voltcal%10;
for（i=0;i<4;i++）
{
screen[i]=display[i]+48;
PutStr（0,0,"TheAmpiis:
"）;
PutChar（i+6,1,screen[i]）;
}
}
}
}
4仿真结果
图1波形显示情况
图2最小放大倍数检测
图3最大放大倍数检测
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16K×9的且引脚功能完全兼容的串行FIFO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,进行处理。
每组数据的数量应该由程序计数判断,当然也可以利用IDT7206的EF标志进行查询判断。
在进行第二组数据的采集前,最好将IDT7206先复位,通过在IDT7206的RS引脚输入一个低脉冲,即在8031的P1.0引脚输出一个低脉冲。
这样可以更充分地保证FIFORAM的读、写指针的稳定。
第3章人机接口
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）
1.接口电路图
2.程序流程图
3.程序
#include
typedefunsignedcharuint8;
typedefunsignedintuint16;
sbitRS=P2^0;
sbitRW=P2^1;
sbitEN=P2^5;
sbitBUSY=P0^7;
unsignedcharcodeword1[]={"XXGCXY"};
unsignedcharcodeword2[]={"XXGCXY"};
voiddelay（）
{uint16i,j;
for（i=0;i<200;i++）
for（j=0;j<200;j++）;
}
voidwait（）
{
P0=0xff;
do
{
RS=0;
RW=1;
EN=0;
EN=1;
}
while（BUSY==1）;
EN=0;
}
voidw_dat（uint8dat）
{
wait（）;
EN=0;
P0=dat;
RS=1;
RW=0;
EN=1;
EN=0;
}
voidw_cmd（uint8cmd）
{
wait（）;
EN=0;
P0=cmd;
RS=0;
RW=0;
EN=1;
EN=0;
}
voidInit_LCD1602（）
{
w_cmd（0x38）;
w_cmd（0x0f）;
w_cmd（0x06）;
w_cmd（0x01）;
}
voidw_string（uint8addr_start,uint8*p）
{
w_cmd（addr_start）;
while（*p!
='\0'）
{
w_dat（*p++）;
}
p="WHLGDX";
delay（）;
}
main（）
{
Init_LCD1602（）;
while
（1）
{
w_string（0x80,word1）;
w_cmd（0x01）;
w_string（0xc0,word2）;
w_cmd（0x01）;
}
}
4.结果
第4章数据通信
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）。
1.通信接口电路
2.上位机
3.流程图
4.程序
（1）下位机51单片机程序
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
ucharcodetab[]={0xc0,0xcf,0xa4,0xb0,0x99,
0x92,0x82,0xf8,0x80,0x990,
0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x06,
0x8e,0xff};
uchari,aa;
uintflag;
sbitP3_6=P3^6;
voiddelay（uintn）
{
uinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<110;j++）;
}
voiddisplay（ucharn）
{
P2=_crol_（P2,1）;
P0=tab[n];
delay（100）;
}
voidmain（）
{aa=0;
P2=0xfe;
TMOD=0X20;
SM0=0;
SM1=1;
REN=1;
TR1=1;
EA=1;
ES=1;
TH1=0XFd;
TL1=0XFd;
P3_6=1;
while
（1）
{
if（flag==1）
{
if（flag==1）
{
//发送接受到的数据
ES=0;//关闭串口中断
flag=0;
SBUF='a';
while（!
TI）;
TI=0;
ES=1;
}
display（aa）;
}
}
voidser（）interrupt4
{
RI=0;
a=SBUF;
b=a;
flag=1;}
（2）上位机C#实现程序
usingSystem;
usingSystem.Collections.Generic;
usingSystem.ComponentModel;
usingSystem.Data;
usingSystem.Drawing;
usingSystem.Linq;
usingSystem.Text;
usingSystem.Windows.Forms;
namespaceWindowsFormsApplication1
{
publicpartialclassForm1:
Form
{
publicForm1（）
{
InitializeComponent（）;
}
privatevoidbutton1_Click（objectsender,EventArgse）
{
try
{
serialPort1.PortName=comboBox1.Text;
serialPort1.Open（）;
serialPort1.Write（"q"）;
System.Threading.Thread.Sleep（200）;//1秒
if（serialPort1.ReadExisting（）=="a"）
{
pictureBox1.Image=global:
:
WindowsFormsApplication1.Properties.Resources.Connect_Y;
button1.Enabled=false;
button2.Enabled=true;
button3.Enabled=true;
}
}
catch
{
MessageBox.Show（"连接错误"）;
}
}
privatevoidbutton2_Click（objectsender,EventArgse）
{
pictureBox1.Image=global:
:
WindowsFormsApplication1.Properties.Resources.Connect_N;
button1.Enabled=true;
button2.Enabled=false;
button3.Enabled=false;
serialPort1.Close（）;
}
privatevoidbutton3_Click（objectsender,EventArgse）
{
if（serialPort1.IsOpen==true）
{
stringx=textBox1.Text;
serialPort1.Write（x）;
}
else
{
MessageBox.Show（"请先进行连接",MessageBoxButtons.OK,MessageBoxIcon.Warning）;
}
}
}
}
5结果
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