1、1智能仪器原理实验指导书本课程是一门理论联系实际，它涉及到机、电、磁、光、单片机等方面的知识。本课程的任务是综合运用以前所学习的知识，了解智能仪器的原理及设计过程。培养学生综合、灵活运用已学知识，进行仪器设计的能力。学生通过实验了解智能仪器仪表的基本组成及仪器的核心：单片微型计算机及系统；掌握单片机应用系统设计基础、基本系统设计、系统译码电路、常用接口芯片的使用；掌握智能仪器的弱信号转换技术；掌握 A/D 转换技术及智能仪器中常用的其他信号转换技术；掌握了解智能仪器的人机对话通道技术，通讯技术及串行接口的使用；掌握简单智能仪器的设计、调试过程。实验一 A/D 转换技术A/D 转换技术是智能仪器
2、中最基本的部件，用于将模拟信号输入到计算机中处理，本实验内容是设计软件，实现 A/D 转换。（一）ICL7135 位双积分 A/D 转换器。2141ICL7135 简介ICL7135（国产有 5G7135）采用 CMOS 工艺制作，为位双积分式 A/D 转换器，满量程达2.0000V，最大显示读数 19999，分辨率为 0.1mV。其主要特性如下：（1）在20000 字范围内，转换误差1 字。（2）电路内部自动调零，保证 0 信号输入时，输出读数为零。（3）输入电流典型值可达 1pA。（4）测量电压时，能自动进行极性转换并指示出极性。（5）提供过量程（OR）与欠量程（UR）信号。（6）所有输入
3、、输出端信号能直接和 TTL 兼容。（7）动态扫描输出 BCD 码。（8）ICL7135 电参数（极限参数）ICL7135 内部模拟部分主要由三个运放和若干开关组成。CAL，CR，CINT 和一个电阻 RINT 就能完成双积分和自动调零功能。VINH0 应取满量程电压 2V。R/H=“1”时，7135 处于连续转换状态，每 4002 个周期完成一次 A/D 转换。若 R/H 由“1”变为“0” ，则 7135 在完成本次 A/D 转换后进入保持状态。若把 R/H 端用作启动功能时，只要在该端输入一宽度大于 300ns 正脉冲，转换器就可开始进行 A/D 转换。ST 每次 A/D 转换周期结束后
4、，ST 端输出五个负脉冲，其输出时间对应在每个周期开始时五个位选信号正脉冲的中间。BUSY 此信号在双积分阶段为高电平，其余时间为低电平。2OR 超量程信号。UR 欠量程信号。POL 输入信号极性指示。D5，D4，D3，D2，D1 位驱动信号。B8，B4，B2 ，B1 BCD 码输出信号。2实验参考电路3实验内容（1）与单片机接口：a）采用程序查询，可利用 D5D 1， 信号，比较用 与不用 的结果。STSTb）用 作为中断，利用 8031 的 INT0 和 INT1 实现中断采集。ST（2）利用 8255 实现程序查询和中断方式采集数据。3（3）利用 8155 实现程序查询和中断方式采集数据
5、。（二）AD574 12 位 A/D 转换器1AD574 简介（1）AD574A 的特性与引脚功能1）分辨率及精度为 12 位。2）转换 12 位时速度为 25s，8 位时速度为 16s。3）带有时钟电路和参考电压基准。4）转换结果通过内部三态缓冲器，总线取数时间为 250ns。5）模拟信号输入范围允许 010V ，020V 以及 5V 或10V。AD574A 为 DIP28 脚封装。12/8：输出数据方式选择。A0：转换数据长度选择。CS：片选信号，低电平有效。R/C：读或转换选择。CE：芯片允许信号。VCC：正电源，其范围为 016.5V。REFOUT：10V 参考电压输出。AC：模拟信号
6、公共端。DC：数字信号公共端。REFIN：参考电压输入。VEE：负电源。BIPOFF：双极性偏移。10VIN：单极性输入 010V 范围输入端。20VIN：单极性输入 020V 范围输入端。STS：状态输出信号。D0D11：12 位转换数据的输出线。（2）读转换数据：在 CS=0 和 CE=1 且 R/C 为高时，才能读数据，由 12/8 决定是12 位并行读出，还是两次读出。（三）ADC 0809TDN86/51 教学实验系统的 A/D 单元，地址为 7FF8H 7FFFH，分别对应 8 个模拟输入通道。参考电路如下：4参考程序：MAIN：MOV R0，#30HMOV P2，#7FHMOV
7、R1，#F8HL1： MOVX R1，ALCALL DALLYL2： JNB P3.3，L2MOVX A，R1MOV R0，AINC R0CJNE R0，#40H，L1L3： SJMP L3NOPNOPNOPDALLY：MOV R2，#10HL4： DJNZ R2，L4RETEND5实验二 智能仪器常用信号转换技术（一）采用 NE555 实现 V/F 转换。输入 05V 信号，转换为 010kHz 信号。1 NE555 的性能NE555 为单定时器电路，基本单元包括两个电压比较器、一个 RS 触发器、放电场效应管和输出反相器。（1）电源电压：4.516V。（2）触发电压：电源电压 5V 时典型
8、值为 1.67V。（3）阈值电压：2/3 电源电压。（4）触发电流典型为 0.5 A。（5）输出低电平：5V 电源电压，吸收电流 5mA.（6）输出高电平：5V 电源电压，驱动能力为 100mA。（7）输出上升，下降时间典型值都为 100ms。2用 NE555 构成 V/F 转换电路NE555 的应用很广，如图所示的电路，它可以把 05V 电压变换成 04kHz 脉冲频率输出，线性误差仅 0.2%左右。输出频率 f0 可用下式计算：f0=（V IN/VH）/R 1C（二）用运算放大器组成 V/I 转换电路。6实验三 智能仪器中弱信号放大技术（一）运算放大器 7650 的使用。设计放大 100
9、倍电路，测试其性能：带宽、频响、零漂、噪声等。（二）运算放大器保持电路实验。抑制共模干扰、差模干扰、工频干扰、输出幅度的控制。实验四 智能仪器 D/A 转换技术7（一）DAC 0832 D/A 转换器与 8031 接口设计。1DAC0832 输入工作方式（2）用运算放大器组成 I/V 转换。1）输入输出直通方式 将 WR2 及 XFER 接地，ILE 接高电平，CS 及 WR 接地，输入数据便可直接送 D/A 转换器进行电流转换。2）单缓冲寄存器工作方式 将 WR 和 XFER 接地，则 DAC 寄存器为不锁存状态，ILE 接高电平，CS 和 WR 信号有效时（低电平有效） ，输入数据就输入寄
10、存器，当 WR信号变为高电平时，数据就被锁存到输入寄存器。3）双缓冲寄存器工作方式2DAC0832 的模拟输出方式1）单极性输出UREF 可以是稳定的直流电压，也可以是从1010V 之间的可变电压。2）双极性输出（二）采用脉宽调制原理的 D/A 转换。提示：利用 8031 T0、T 1 及 P1.0 实现。（三）采用 MCS-2 型 A/D 和 D/A 转换接口板在 8088 系统上实验。实验 D/A 转换实验研究一、实验目的1掌握 DAC0832 的使用方法。2掌握 DAC0832 在 51 系列单片机系统中的使用方法。二、实验内容及提示实验电路如图所示，同中当 WR 和 P2.7 有效时选
11、中该片，因此可取 7FFFH 为片选地址。1 产生锯齿波，要求周期为 2mSMAIN：MOV DPTR，#7FFFH8CLR AA1： MOVX DPTR，AINC ASJMP A1END2 产生三角波，要求周期为 4mSMAIN：DPTR，#7FFFHCLR AL1： MOVX DPTR，AINC ACJNE A，#0FFH，L1DEC AL2： MOVX DPTR，ADEC ACJNE A，#00H，L2SJMP L1END3 产生阶梯波，要求周期为 30mSMAIN：MOV DPTR，#7FFFHCLR AL2： MOVX DPTR，AADD A，#10HACALL L1SJMP L2L
12、1： PUSH 0E0HPUSH 0F0HMOV A，#02HL4： MOV 0F0H，#0FAHL3： DJNZ 0F0H，L3DEC AJNZ L4POP 0F0HPOP 0E0HRETEND9实验步骤（1）按图接线。（2）输入程序并检查无误，经汇编、连接后装入系统。（3）运行程序，用示波器观察波形是否正确。10实验五 智能仪器的人机对话通道技术（一）BCD 码拨盘电路与软件设计。（二）行列式键盘使用编程的设计。（三）LED 动态显示。采用串行与并行输入两种方式的设计。（四）8279 实验设计。11（五） 8155 键盘及显示接口实验设计采用 8155 接口电路实现键盘及显示接口的设计。实
13、验内容及提示1线路原理图图中画圈的线需用导线或排针在线路板上连接，其它的线在板子上均已连接。2实验参考程序MAIN：MOV 52H，#00HMOV 53H，#00HMOV 51H，#00HMOV 50H，#00HMOV R5，#53HKEY： MOV A，#03HMOV DPTR， #7F00HMOVX DPTR，ABEGIN：ACALL DISACALL CLEARACALL CCSCAJNZ INK1AJMP BEGININK1： ACALL DIS12ACALL DL1MSACALL DL1MSACALL CLEARACALL CCSCAJNZ INK2AJMP BEGININK2： M
14、OV R2，#0FEHMOV R4，#00HCOLUM： MOV DPTR，#7F01HMOV A，R2MOVX DPTR，AINC DPTRINC DPTRMOVX A，DPTRJB ACC.0，LONEMOV A，#00HAJMP KCODELONE： JB ACC.1，NEXTMOV A，#04HKCODE：ADD A，R4ACALL PUTPUSH ACCKON： ACALL DISACALL CLEARACALL CCSCAJNZ KONPOP ACCNEXT： INC R4MOV A，R2JNB ACC.3，KERRRL AMOV R2，AAJMP COLUMKERR： AJMP
15、BEGINCCSCA：MOV DPTR，#7F01HMOV A，#00HMOVX DPTR，A13INC DPTRINC DPTRMOVX A，DPTRCPL AANL A，#03HRETCLEAR：MOV DPTR，#7F02HMOV A，#00HMOV DPTR，ARETDIS： PUSH ACCPUSH 00HPUSH 03HMOV A，#03HMOV DPTR，#7F00HMOVX DPTR，AMOV R0，#50HMOV R3，#0F7HMOV A，R3AGAIN：MOV DPTR，#7F01HMOVX DPTR，AMOV A，R0MOV DPTR， #DSEGMOVC A，A+DP
16、TRMOV DPTR， #7F02HMOVX DPTR，AACALL DL1MSINC R0MOV A，R3JNB ACC.0，OUTRR AMOV R3，AAJMP AGAINOUT： POP 03HPOP 00HPOP ACCRET14DSEG：DB 3FH，06H，5BHDB 4FH，66H，6DHDB 7DH，07HDL1MS：MOV R7，#01HDL0： MOV R6，#0FFHDL1： DJNZ R7，DL0RETPUT： PUSH 00HPUSH ACCMOV A，R5MOV R0，APOP ACC实验六 串并转换接口实验设计采用 74LS164 串并转换接口实现灯光设计及接口
17、设计设计（一） 发光二极管电路设计1 参考图2参考程序MAIN：MOV SCON，#00HMOV R0，#00HMOV R1，#30HNOPL4： MOV A，R0MOV SBUF，AL1： JNB TI，L1CLR TIMOV R2，#0FFHL3： MOV R3，#0FFHL2： DJNZ R3，L2DJNZ R2，L3MOV R1，AL5： INC R1INC R0CJNE R0，#10H，L4SJMP L5END15实验步骤（1）接好电路。注意连接中 AD 转换器地址的设置。（2）输入程序并检查无误，经汇编、连接后装入系统。（3）在 1014 处设断点。（4）用万用表测 IN0 线上电
18、压值， GB=0000运行程序，直到断点为止，用R07命令检查转换结果，即片内 30-3F 单元内容或累加器中的内容。（5）改变 W，并用万用表测 INT0 线上电压值，系统线路板上已提供地址线插孔，重复（4） ，观察是否与显示器上显示结果相符。（二） 键盘显示电路设计参考教材有关内容自行设计16实验七 智能仪器的通讯技术（一）MCS-51 单片机之间通讯程序设计。单机设计、主从（多机）式通讯设计。（二）单片机与 PC 机之间的通讯：程序设计。实验八 智能仪器的总体设计与调试（一）智能仪器开发装置的使用。（二）RAM 掉电保护电路实验。（三）WDT 监视定时器的设计。（四）系统抗干扰实验数字滤
19、波。模拟噪声信号，利用 A/D 采集，经处理后 D/A 转出，从示波器上观察，输入与输出波形的变化。附录 1：设计报告要求及格式标题副标题内容简介（提要）关键词一、系统功能概述国内外技术发展17研究的意义研究的内容系统功能系统总的技术路线（方框图）二、系统的硬件设计技术要求、技术指标、技术实现方案（可多种，然后讲所确定的方案的优点、可得性。分功能块介绍，从输入中心输出，或输入、输出、中心，或中心、输入、输出每个模块按分述，讨论与其他模块的衔接。输入通道：传感器、转换、切换、放大、外围抗干措施、A/D、键盘输出通道：驱动方式、驱动能力、输出形式的多样化、D/A、显示、并/串通讯：RS232、或
20、RS485 等主控：单片机低功耗、最小系统保护：RAM 掉电保持，程序跑飞的自动复位电源：自设计开关电源模块自设计基础上使用 DC-DC 模块重点：放大电路、信号转换三、软件设计主程序：初始化闭合循环功能子程序（对应键）中断子程序：定时中断 T0：显示、延时用（复用，以 10mS 为一单位）T1：计数、延时INT0：外部中断：键中断INT1：外部信号测量（一）流程图（二）主程序主要部分（三）关键的子程序：显示、键盘、数制转换、通讯、计算、数据采集（四）信号处理：数字滤波四、系统性能分析性价比 不足：缺陷、测量、处理由于技术原因引起的误差附录 2：部分设计题内容与要求供学生课程设计选题1多路数据
21、采集器18技术要求：32 路模拟通道输入，或 16 路差分输入。测量信号范围：直流电流：020A200A2mA20mA200mA2A直流电压：020mV200mV2V20V200V可自动换量程，自动指示量程，超量程报警， 或 位 BCD 码显示。21342数字式测温仪32 点：热电阻（铜电阻 100） ，测温范围：5030032 点：可预报警 A/D590（用参数，每点有限值，随值到指示并报警）直接显示温度值，精确到 0.1，有自校准功能，可输入参数3可编程信号发生器及频率计一路测频 016MHz 范围，6 位有效数字测周期，有选择周期数功能有编程输入波形函数功能（可独立设计）4蒸汽流量校正系统：水蒸汽、根据温度、压力来校正蒸气流量。有模拟输出5电力系统监测：（V、I、P、Q、f）打印输出V：0500V I：030A 有功功率、无功功率及频率6超生测厚仪设计7激光测距仪8血液粘度测量仪的设计以上设计要包括如下功能：1有自检2有键盘控制3显示通道多及测量值4可与上位机通讯（异步通讯）5可输出报警6要考虑抗干扰能力7电源电路（保护）
