1、1电气工程学院专业实验实验指导书王民慧，张梅编写适用专业：测控技术与仪器 2010 级贵州大学二 O 一三年八月2前言本实验课程涵盖四门专业课内容：测控系统原理与设计、可编程逻辑器件及应用、计算机控制技术和集散控制系统。通过实验使学生加深对这些专业课程基础理论的理解。通过本实验课程学习要求掌握以下内容：1、掌握 A/D 和 D/A 与单片机接口电路设计的基本方法，学会简单的人机接口软件编写方法，掌握用 Proteus 软件进行仿真试验的方法，为今后进行测控系统的设计打下坚实的基础。2、通过实验培养学生总体上了解可编程逻辑器件，掌握具体电路的设计方法，达到学以致用的目的；对学生要求理解实验原理及
2、实验方案，掌握正确操作规程；掌握软件的使用，了解电路的性能参数。本实验课程共开设实验六个，其中验证性实验一个，综合性实验一个，设计性实验四个。3目录 1、实验一：ADC0809 与 MCS51 单片机接口实验42、实验二： DAC0832 与 MCS51 单片机接口实验73、实验三：键盘、LED 显示综合实验104、实验四：可编程逻辑器件使用初步145、实验五：波形输入与仿真实现176、实验六：序列信号发生器与序列信号检测器的设计2016、实验报告基本内容要求2317、实验报告格式244实验一：ADC0809 与 MCS-51 单片机接口实验实验学时：2实验类型：设计实验要求：必修一、实验目的
3、通过本实验的学习，使学生了解A/D转换器与计算机接口时数据线和信号线如何连接，数据采集电路的时序怎样设计，了解A/D芯片ADC0809转换性能及编程，掌握芯片ADC0809的程序设计方法，进一步训练进行软件和硬件联合调试的技能，为后续“测控系统原理课程设计”的学习奠定基础。二、实验内容利用实验板上的 ADC0809 做 A/D 转换器，用电位器提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成二进制数字量，用发光二极管显示。三、实验原理、方法和手段A/D 转换器大致有三类：一是双积分 A/D 转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近法 A/D 转换器，精度，速度，价格适中；三是
4、并行 A/D 转换器，速度快，价格也昂贵。实验用的 ADC0809 属第二类，是八位 A/D 转换器，是采用逐次逼近式工作的转换器件，每采集一次一般需 100us。它带有 8 路模拟开关，可进行 8 路模/数转换，通过内部 3-8 译码电路进行选通并锁存地址。 启动ADC0809的工作过程：先送通道号地址到A、B、C三端，由ALE信号锁存通道号地址，选中的通道的模拟量送到A/D转换器，执行语句 MOVX DPTR，A产生写信号，启动A/D转换。当A/D转换结束时，ADC0809的EOC端将上升为高电平，执行语句MOVX A，DPTR产生读信号，使OE有效，打开锁存器三态门，A/D转换结果的8位
5、数据就读到CPU中。编程时可以把EOC信号作为中断请求信号，对它进行测试，用中断请求或查询法读取转换结果。 实验原理及接线图8所示。采用中断法时程序框图如图9所示。 5开 始初 始 化开 中 断启 动 A/DA/D转 换 完数 据 输 出清 读 数 标 志中 断 入 口读 A/D转 换 结 果置 读 数 标 志中 断 返 回INT_0子 程 序 框 图PAD.ASM主 程 序 框 图NY图 9 A/D 转换实验程序框图图 8 A/D 转换接线图6四、实验组织运行要求集中授课五、实验条件PC 机、Proteus 软件、Keil Vision2 软件六、实验步骤1按照实验原理及接线图在 Prote
6、us 中画出仿真电路图，接好 AT89C51、ADC0809和电位器：电位器的两端分别接到+5V 和地，电位器的输出端连到 ADC0809 的 INT0。 2编写中断方式工作的程序，输入程序。进行仿真。3旋转电位器，测取不同的模拟电压输入时，读取发光二极管显示的转换结果是否符合 5V/256=Vin/D 的规律，并记录。画出模拟电压和数字量关系图，看两者是否成线性关系。七、思考题1本实验如采用查询EOC状态的方式判断转换是否结束，应如何编程？2如本实验采用软件延时的办法等待转换结束，如何用实验法测定ADC0809的最短转换时间？八、实验报告1实验前应认真预习，并根据接线图编写出 ADC0809
7、 在中断方式工作时的程序，实验完成后将程序附在实验报告后。2实验报告中实验记录格式如下表：输入模拟量 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 理论数字量测得数字量3其余详见实验报告基本内容要求和实验报告格式部分。7实验二：DAC0832 与 MCS-51 单片机接口实验实验学时：2实验类型：设计实验要求：必修一、实验目的通过本实验的学习，使学生掌握D/A转换的工作原理，掌握芯片DAC0832与单片机接口电路的设计方法，掌握芯片DAC0832的程序设计方法，为后续“测控系统原理课程设计”的学习奠定基础。 二、实验内容1编写程序：送数据000FF到D
8、AC0832，用万用表测量数模转换的输出端T-DAOUT，观察输出电压的变化。 2试编写程序：使DAC0832输出三角波，并用示波器观察。 三、实验原理、方法和手段DAC0832芯片是8位的D/A转换集成芯片，有数据锁存器，选片、读、写控制信号线，故可以和单片机直接接口。由于DAC0832芯片为电流输出方式，但在实际应用中，往往需要电压输出方式，所以在线路设计上接入一片运算放大器来实现电流转换为电压。当数字量输入在00HFFH范围时，电压的输出量有两种形式：一种是单极性输出，电压的输出量为0XV或0-XV ，另一种是双极性输出， 电压的输出量为XV 。在本实验中采用单缓冲器、单极性输出方式，数
9、字量在00FFH变化时，输出模拟量在02.5V之间变化。该电路包括一片DAC0832和一个运算放大器OP07。 实验原理及接线图电路如图 10 所示，DAC 0832 片选信号 为低电平有效，直接接CSP2.6，即 P2.6 为低时选中 DAC 0832，据 P2.60 可算得 DAC 0832 选片地址。 （ 、XFER同时与 DGND 连接， 与 8031 的 连接，这样 8 位 DAC 寄存器始终处于导通状态，2WR1WR因此，当数据从数据线上输入寄存器时，便直接进入 8 位 DAC 寄存器，并且由 8 位 D/A 转换器，进行 D/A 转换，因此，此电路为异步输出结构方式。 ）DAC
10、0832 内部没有参考电压，8 脚接负的参考电压，输出为正电压，8 脚接正的参考电压，输出为负电压。由于 DAC 0832 是有数字量的输入锁存功能，故数字量可以直接从 P0 口送入，执行下面几个指令就8能完成一次 D/A 转换。MOV DPTR，#ADDR_DACMOV A，#DATAMOVX DPTR，A四、实验组织运行要求集中授课五、实验条件PC 机、Keil Vision2软件，COS5041CH 示波器，万用表，TOP2003 编程器，自制实验板。六、实验步骤1按照实验原理及接线图在实验板上连接好 AT89C51、DAC0832 和电位器。 2编写两个程序：程序1将数据000FF送到
11、DAC0832 ，程序 2使DAC0832输出三角波。输入程序，编译并烧写到AT89C51中，并将芯片插入实验板插座上。图 10 DAC0832 接线图93检查连线无误后接通电源。4对DAC0832进行校对： 调零：送数据00给0832，用万用表测试TDAOUT端，若不为零，则调整VR1。 调满度：送数据给0832，测试TDAOUT端电压，若不等于2.5V，则调整VR2。 5在数据00FFH之间选若干点（直接在程序中进行修改），送DAC0832进行转换，测试TDAOUT端电压，运行程序1，并记录。 6运行程序2，用示波器测试TDAOUT端，观察输出波形。 七、思考题怎么编写程序，才能使输出端输
12、出方波或锯齿波？ 八、实验报告1实验前应认真预习，并根据接线图编写出程序 1 和程序 2，实验完成后将程序附在实验报告后。2实验报告中实验记录格式如下表。输入数字量 00H 4AH 95H 0DFH 12AH 174H 1BFH 209H 255H 理论输出模拟量测得输出模拟量3.其余详见实验报告基本内容要求和实验报告格式部分。10实验三：键盘、LED 显示综合实验实验学时：4实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的通过实验掌握键盘、显示器的接口方法； 掌握键盘子程序调试方法，掌握按一个键并将其键值显示出来的方法，训练最简单的人机接口的软件和硬件设计技能，为后续“测控系统原理课程设计”的学习奠
13、定基础。二、实验内容1编写8279初始化程序（程序1），并向8279缓冲区写入显示字符，采用8位LED右端送入方式显示，程序控制字符“8”由右至左循环显示。 2编写由左至右循环显示字符“F”的程序（程序2）。 3编写每按下一个按键，将其键值显示在LED上的程序（程序3）。 三、实验原理、方法和手段8279 芯片是一种通用的可编程键盘、显示接口器件，能完成对 64 位按键和 16 位LED 显示器的管理。8279 有多种功能和多种工作模式，其功能和模式靠设定命令字来确定。8279 引脚功能图，如图 11 所示。与 CPU 的接口线共 15 个引脚：D0D7双向三态数据总线、RESET 复位输入端
14、；片选输入端；CLK 时钟输入端；A0 数据CS选择输入端；读操作输入端； 写操作输入端；IRQ 中断请求输入端。WR8279 包括键盘与显示两部分。键盘部分可以为 64 个按键的阵列提供扫描；能够自动消除键抖动影响；具有对按键同时按下的保护；能把键信息存入 8 字符先进先出栈；可向CPU 发中断请求，得到相应后，使 CPU 获取按键信息；也可以接受 CPU 对键信息的查询。显示部分有 16 字节显示 RAM，可用于刷新显示；显示 RAM 可由 CPU 直接读/写；8279 对显示 RAM 能够以地址自动增 1 方式进行读/写；显示方式具有从显示器左端或右端送入两种。168显 示数 据RAM8
15、FIO命 令字 寄存 器D07OUTB0OUTB34OUTA0OUTA3448SL03RL07SHIFTCNL/SBBDWRIRQESTCLKC/D(A0)S8279+5V图 11 8279 引脚11与键盘的接口线共14个引脚。SL0SL3扫描输出端，用于扫描键盘和显示器，可以编程设定为编码或译码输出。RL0RL7返回输入端，可通过键盘矩阵与扫描线相连，内部电路使其保持高电平，直至有键闭合使相应线拉向低电平。在选通方式下，用作8位输入。SHIFT移位输入端，在键盘扫描方式下，它与键代码一起被存储，常用来扩充上下挡功能键。在传感器方式和选通方式下，SHIFT无效。CNTL/STB控制/选通输入端
16、。在键盘工作方式下，用作输入存储键信息；在选通方式下，用作选通数据存入FIFO RAM；在传感器方式下无效。OUTA0OUTA3 A组显示输出端。输出显示数据，多位数字显示时应与扫描线SL0SL3同步。8279的命令字近10种，所以使用8279之前，应详细阅读其器件手册。 8279实验原理及接线图如下： 121314四、实验组织运行要求集中授课五、实验条件PC 机、Keil Vision2 软件，TOP2003 编程器，自制实验板。六、实验步骤1运行程序1，观察显示是否正确。 2运行程序2，观察显示是否正确。3. 运行程序3，观察按键按下后LED上显示的键值是否正确。七、思考题1消除键盘的机械
17、抖动有哪些方法？ 28位数码管从右至左滚动显示07，字符在每一位的滞留时间为0.5秒，程序应该如何修改。 3如果不要PR1（按键的行线上拉电阻），当按键按下时，8279的回授值将会发生什么变化？八、实验报告详见实验报告基本内容要求和实验报告格式部分。九、其它说明自制实验板的使用参见附件 2。15实验四：可编程逻辑器件使用初步 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修一、 实验目的1、 通过本次实验掌握 EDA 软件的使用方法。 2、 掌握常用组合逻辑电路的语言设计方法。 二、 实验内容 1、 结合教材，体会 EDA 软件的用法。 2、 利用 VHDL 语言输入方法设计（参考四路二选一数据选择器
18、程序） ，编译、定义引脚并验证。 3、 利用 VHDL 语言输入方法设计（数据比较器） ；利用 D1-D3 作为比较结果输出，两个按键的值作为输入数据。编译、定义引脚并验证。 4、 利用 VHDL 语言输入方法设计（七段码译码器） ，用按键做为输入，经译码输出到数码管进行显示。 三、实验原理、方法和手段具体原理参考教科书。采用 EDA 软件仿真电路运行结果。四、实验组织运行要求采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件PC 机及 EDA 软件。六、实验步骤 1、用 VHDL 描述语言设计四路二选一数据选择器，选择器件，定义引脚、仿真验证。（参考程序见附录）此项实验用按键作为的输入数
19、据、按键作为的输入数据，按键作为数据选择控制端，数码管作为输出显示。2、用 VHDL 描述语言设计数据比较器，选择器件，定义引脚、仿真验证。 （参考程序见附录）此项实验用按键作为的输入数据、按键作为的输入数据，发光作为大于显示、作为等于显示、作为小于显示。 3、用 VHDL 描述语言设计七段码译码器，选择器件，定义引脚、仿真验证。 （参考程序见附录）此项实验用按键作为的输入数据、数码管作为输出显示。 七、思考题 在第三项中更改输入或输出的端口，观察效果。 16八、实验报告1、写出实验目的及要求。 2、记录实验波形并对关键处给出分析。 3、写出实验体会及心得。 详见实验报告基本内容要求和实验报告
20、格式部分。九、其它说明多路数据选择器参考程序: LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY sjxz1 IS PORT ( c: IN std_logic; in1,in2: in std_logic_VECTOR(3 DOWNTO 0); out1: out STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END sjxz1; ARCHITECTURE one OF sjxz1 IS BEGIN out1B THEN W LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7
21、S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S LED7S NULL ; END CASE ; END PROCESS ; END one; 18实验五：波形输入与仿真实现 实验学时：2实验类型：设计实验要求：必修一、实验目的通过本次实验掌握波形输入法制作元件的过程，掌握时钟和扬声器的具体使用方法以及任意模值计数器的设计方法。 二、实验内容 1、利用波开输入法设计非门电路模块。 2、利用 VHDL 语言输入方法设计数据选择器（参考二选一数据选择器程序） ，编译、定义引脚并仿真验证。 3、利用 VHDL 硬件描述语言，参考提供源程序，设计带使能端的 24 进制计数器，
22、并验证功能。 三、实验原理、方法和手段具体原理参考教科书。采用 EDA 软件仿真电路运行结果。四、实验组织运行要求采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件PC 机及 EDA 软件。六、实验步骤 1、利用波开输入法设计非门电路模块。并生成顶层可调用的模块以备步骤中使用。 2、利用 VHDL 语言输入方法设计数据选择器（参考二选一数据选择器程序） ，编译、定义引脚并仿真验证。输入定义到 CLK5（1024Hz） 、输入 B 定义到 CLK0（256Hz） 、CON 定义到按键，输出定义到脚，改变按键的值，听扬声器发生的情况。将 CON定义到 CLK2（Hz ） 、重新仿真，听扬声器发
23、生的情况。 3、利用 VHDL 硬件描述语言，参考提供源程序，利用 VHDL 硬件描述语言，参考提供源程序，设计带使能端的 16 进制计数器，并验证功能。CLK 定义到 CLK2、ENA 定义到按键、OUTY 定义到数码管，观察工作状况。把步骤中生成的非门插入到按键与 ENA 之间，重新观察结果。如下图： 19七、思考题 在第三项中更改输入或输出的端口，观察效果。 八、实验报告1、写出实验目的及要求。 2、记录实验波形并对关键处给出分析。 3、写出实验体会及心得。 详见实验报告基本内容要求和实验报告格式部分。九、其它说明参考源程序： 数据选择器参考程序: LIBRARY IEEE; USE I
24、EEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY a2 IS PORT(A:IN STD_LOGIC; B:IN STD_LOGIC; CON:IN BIT; C:OUT STD_LOGIC ); END a2; ARCHITECTURE A OF a2 IS BEGIN C IF DIN=SETB(7) THEN Q IF DIN=SETB(6) THEN Q IF DIN=SETB(5) THEN Q IF DIN=SETB(4) THEN Q IF DIN=SETB(3) THEN Q IF DIN=SETB(
25、2) THEN Q IF DIN=SETB(1) THEN Q IF DIN=SETB(0) THEN Q Q AB AB AB AB AB AB AB AB AB NULL; END CASE; END PROCESS; END A; 24实验报告的基本内容及要求所有实验项目的报告必须以课程为单位装订成册。实验报告应体现预习、实验记录和实验报告，要求这三个过程在一个实验报告中完成。1实验预习在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等
26、做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。设计性实验要求进入实验室前写出实验方案或编写好实验程序。2实验记录学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来。实验记录中应有指导教师的签名。3实验总结主要内容包括对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。25附件 1：贵州大学实验报告学院： 专业： 班级：姓名 学号 实验组实验时间 指导教师 成绩实验项目名称实验目的实验要求实验原理实验仪器实验步骤26实验内容实验数据实验总结指导教师意见 签
27、名： 年 月 日27附件 2：自制单片机实验板介绍实验板如后图所示。板上包括电源部分、CPU 芯片插座部分、串口芯片（RS232 或485）插座部分和 AD 芯片插座部分。各芯片插座电源引脚已和板上电源部分连接，各芯片旁已预先连接了去耦电容，CPU 的晶振和复位电路也已连好。实验时根据要求，将所需芯片插入并正确连线即可完成相应实验要求。此实验板可完成：定时器/计数器实验、I/O 口实验、A/D 转换实验、D/A 转换实验、串口实验等。注意：必须将所需芯片插入，并确保连线正确后方可接通板上电源。28AT98C51 的 120 脚AT89C512140 脚电源部分AD 转换芯片插座部分串口芯片插座部分DAC0832 插座29
