智能仪器大作业课程名称：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？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;sbit a2 = P1 ^ 1;sbit a3 = P1 ^ 2;sbit a4 = P1 ^ 3;sbit a5 = P1 ^ 4;sbit a6 = P1 ^ 5;uchar d[4];/******************************* **********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_();d[0] = 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_();d[1] = 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_();d[2] = P2;rd = 1;while (1){if (d[0]<d[1] &&d[1]>d[2])return d[1];d[0] = d[1];d[1] = d[2];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_();d[2] = 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_();d[3] = P2;_nop_();rd = 1;if (d[3]>a)a = d[3];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 = 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）。