智能仪器实验教学系统手册.docx
- 文档编号:12026522
- 上传时间:2023-04-16
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:897.04KB
智能仪器实验教学系统手册.docx
《智能仪器实验教学系统手册.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《智能仪器实验教学系统手册.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
智能仪器实验教学系统手册
设备手册
一、系统硬件介绍
1.单片机板
单片机板位于底板右上方。
机械图如下:
U1为本实验教学系统的处理器--SST89V564RD,它的I/O电平为3.3V。
VCC为3.3V电源。
晶振和复位电路如下图:
U2为74HC573,作用是为U3(RAM)锁存低八位地址。
U1、U2、U3之间的连接如下:
IS63LV1024是RAM芯片。
硬件连接是总线方式。
编程时使用XBYTE[0xXXXX]指令进行读写。
U5是74HC138,U6是74HC245,它们组成片选电路。
原理图如下:
VCC为3.3V。
单片机的P1.2、P1.3、P1.4是控制信号。
CS_KBRD是获取键码时的片选信号,键盘接口具体介绍在本章第二节。
CS_RAM是RAM存储器的片选信号。
CS_USB是键盘接口板USB芯片PDIUSBD12的片选信号。
CS_DISP是128*64中文液晶显示电路的片选信号。
CS_DA是数据采集板上数模转换器的片选信号。
其中显示电路和D/A转换器片选信号为5V电平,74HCT245作为电平转换。
液晶显示控制电路原理图如下:
两片74HCT245作电平转换用,把单片机I/O口3.3V电平转换为5V电平。
跳线J1可选择12864液晶显示模块为并行或串行数据传输,PSB为液晶显示模块的串并选择端口,系统默认为并行。
Rpot1是液晶驱动电压调节电位器,Rpot2是液晶背光亮度调节电位器。
CS_DISP连接到两片74HCT245的使能端。
单片机板上还有一个双向电平转换电路,电路图如下:
电路功能是为单片机P1.6和P1.7提供双向电平转换。
P1.6和P1.7为3.3V电平,VCC为3.3V。
SDA和SCL为5V电平,它们连接到数据采集板的数字电位器X9241。
两个小MOS管的型号为AO3400。
2.键盘接口板
键盘接口板位于底板右下方,机械图如下:
板子左侧为8个LED发光二极管,中间为4*4键盘及监测电路,右上角为USB芯片及接口,右下角为232串口芯片及接口、485总线芯片及接口。
LED发光二极管控制电路原理图如下:
A102J为1K*8的排阻。
此电路用到了单片机的P1.1口作为74HCT573的锁存控制。
如果想使P0.0对应的发光二极管亮灭,先给P0.0清零或置位,再控制P1.1使573锁存。
键盘及监测电路原理图如下:
VCC为3.3V。
AT89C2051是一片单片机,它内部已烧写键盘监控程序,作用是监控4*4键盘,当有键按下时,获取键值并串行传输至串并转换芯片74HC164,同时向单片机板申请中断。
AT89C2051的P1口经外部上拉后接4*4键盘8根引线,2051的P3.4和P3.5接到74HC164的串行传输端口,转换成并行的数据经74HC245与数据总线P0口连接。
如果按下键盘“8”键,2051单片机会把“8”串行传输至74HC164,164的QH-QA的状态变成00001000,然后2051单片机通过拉低自己的P3.7向单片机板申请中断(2051的P3.7连到了单片机板的P3.5,P3.5为计数状态,初始计数值为0xFF,这样可产生溢出中断)。
CS_KBRD片选信号接到了74HC245的使能端,当单片机板收到中断后,进入键盘中断服务程序,控制片选信号使CS_KBRD拉低,这时74HC245的A7-A0状态为00001000,单片机板通过读取P0口状态就可获得本次键值“8”。
USB通信电路如下:
VCC为3.3V。
DATA0-DATA7连接至单片机P0.0-P0.7,WR和RD连接至单片机P3.6和P3.7,ALE连接至单片机ALE,中断INT连接至单片机P3.3。
485总线接口电路如下:
用到的芯片为MAX3485,3.3V供电。
用到单片机P1.5作为收发使能。
RXD485和TXD485通过跳线连接到单片机的串口P3.0和P3.1。
232串口通信电路如下:
TXD232和RXD232通过跳线连接到单片机的串口。
485总线芯片和232串口芯片共用单片机的串口,它们通过跳线获得使用权。
电路图如下:
RXD和TXD连接单片机的串口。
用两个跳帽实现切换。
3.数据采集板
数据采集板位于底板左下方。
机械图如下:
数据采集板分为三部分:
信号调理部分、信号产生部分和数据采集部分。
信号调理部分包含两路模拟通道,每路模拟通道分为差分放大电路、程控放大电路、程控滤波电路。
信号产生部分包含一个正弦波产生电路和一个直流电压产生电路,它们共用一个输出通道。
数据采集部分包含A/D转换芯片和CPLD,CPLD控制A/D转换器。
图中三个信号输入插座从上到下分别为A通道、B通道、信号产生通道。
3.1信号调理部分
以A通道为例。
插座上的信号首先通过差分放大电路变成单端信号。
电路图如下:
右下角OP07起偏置作用。
调节电位器Rpot1可调节偏置。
差分放大电路的输出连接至程控放大电路的输入。
电路图如下:
两个放大器都为反相放大,影响增益的两个电阻由数字电位器X9241提供。
X9241内部有四个电位器,每个电位器有63个抽头,通过单片机向X9241写命令控制每个电位器的滑动端,X9241通过自己的IIC总线与单片机进行数据传输(SCL\SDA)。
图中四个电位器的VW滑动端和VL端相连,如果向某电位器写入20(最大63),则VW和VL之间为20,实际上放大器用到的电阻为43,这个问题很重要。
程控放大器的输出信号进入电平抬高电路,如下:
两个二极管起钳位作用。
这个电路是求差电路。
电平抬高电路的输出进入程控滤波电路,如下图:
用到的程控滤波芯片为LTC1569-7,FCLK0是CPLD产生的方波信号,用来控制滤波器截止频率。
若要控制滤波器截止频率为1kHz,CPLD要产生32k的方波信号给FCLK0。
3.2数据采集部分
A/D转换器的连接图如下:
U20为AD780,它是基准电压芯片。
A/D转换器是AD7655,它是一款16位的A/D,它的数据口D0-D7、控制端口BUSY、CNVST、IMPULSE、BYTESWAP连接至CPLD。
单片机通过往CPLD写控制字来控制A/D的采样率。
3.3信号产生部分
正弦波产生电路和直流电压产生电路如下:
SIG_SRC信号是CPLD产生的方波,它经过程控滤波器后变成带直流分量的正弦波,再经电位器Rpot3、电阻R35、R36、电容C52滤掉直流分量。
U25是OP07运放,通过跳线J4可以选择产生的直流电压档,电位器Rpot4和Rpot5用来调节产生的直流电压信号的大小。
跳线J3用来选择输出什么信号到信号插座上。
J3的4、8相连输出正弦波;J3的3、7相连输出方波;J3的2、6相连,J4的1、2相连,输出0-10V的直流电压信号;J3的2、6相连,J4的3、4相连,输出0-400mV的直流电压信号。
以数据采集板上方丝印层文字说明为准。
D/A转换电路如下:
最右边的芯片是74HCT245,起电平转换作用。
CS_DA接245的使能端,单片机P2.4、P2.5、P2.6用来控制D/A芯片,数据是串行传输。
U26是OP07运放,用来给D/A芯片DAC7811提供基准电压,Rpot6用来调节基准电压。
DAC7811是12位D/A,电流输出型,U28运放把DAC7811输出的电流转换成电压,U29运放是为了产生双极性输出。
如果使信号产生插座输出D/A转换器产生的电压信号,应使J3的1、5连接,J6的3、4连接。
以数据采集板上方丝印层文字说明为准(D/AUni)。
4.电流源板
电流源板位于底板左上方。
原理图如下:
用运放搭成了小型的电流源电路。
CURRENT_P和CURRENT_N接负载。
负载电阻应在140欧姆以内,有稳流作用(20mA)。
测试时可接一个可调电位器,调节电位器,观察电流值,正常情况下会一直稳定输出20mA电流。
5.单片机I/O口分配详单
单片机板上的SST89V564RD。
P0口:
RAM芯片的第八位地址线(573锁存)、数据线,液晶显示的数据口(245缓冲),键盘键值获取(245缓冲),8个LED灯控制(573锁存),USB芯片PDIUSBD12的数据口(直连),CPLD直连(作为单片机和CPLD之间数据口和低八位地址线)。
P1口:
P1.0RAM芯片的最高位地址线(直连)
P1.18个LED灯控制,直连573锁存器的锁存控制端
P1.2-P1.4片选信号控制端,直连138译码器A、B、C
P1.5485总线芯片MAX3485的方向控制,直连
P1.6、P1.7直连至两个小MOS管进行双向电平转换,转换后信号接数字电位器X9241
P2口:
P2.0-P2.7直连至CPLD,作为单片机和CPLD之间高八位地址线
P2.0-P2.3液晶显示的控制线(245缓冲)
P2.4-P2.6D/A转换器的控制线(245缓冲)
P3口:
P3.0、P3.1串口,连接至键盘接口板J1和J2
P3.2直连至CPLD,作为CPLD发向单片机的中断信号线
P3.3USB芯片的中断信号(直连)
P3.4CPLD的片选信号,实际上与CS_CPLD相连,写程序片选CPLD时用P3.4,不用片选电路。
P3.5键盘接口板上2051单片机向单片机板发送中断信号线,T1设置为计数器,使用溢出中断扩展外部中断
P3.6、P3.7CPLD、USB芯片、RAM芯片的读写信号线
6.防止总线冲突
SST单片机的P0、P2口不仅用作系统的总线,而且用作其他外设的数据或控制线,这样就需要片选电路对某一时刻的I/O口分配功能。
由于CPLD的片选信号是P3.4,其它的片选信号都由片选电路(由P1.2-P1.4选择)控制,而CPLD和其它外设共同用到总线(P0、P2、P3.6、P3.7等),所以在片选时应同时考虑P3.4和138片选。
举例1:
选中USB芯片,则P3.4=0(CPLD片选信号,拉高选中,拉低不选中,与其他片选信号相反),P1.2=0,P1.3=1,P1.4=1(在例程里用函数select(6)),这样138译码器使CS_USB拉低,其它拉高。
举例2:
选中CPLD,则P3.4=1,P1.2=1,P1.3=1,P1.4=0(在例程里用函数select(3)),实际上此时138译码器并没有选中任何外设,138的这个输出引脚悬空,这样做是为了避免CPLD和其他外设同时用到总线。
二、系统软件介绍
1.CPLD程序
CPLD工程在例程文件夹下。
为QUARTUS9工程。
CPLD控制字:
在daq.h文件中定义了一系列CPLD控制地址,如:
//通道A滤波器设置
#ifndefADR_CHA_FILTER
#defineADR_CHA_FILTERXBYTE[0x8006]
#endif
通道A的滤波器设置地址为0x8006。
在daq.c文件中定义了控制字,如:
set_sig_freq(500);//500k/500=1k
设置产生信号的频率,500表示产生1kHz信号。
2.键盘扫描程序
键盘扫描程序烧写在键盘接口板的AT89C2051单片机中。
使用翻转法,含防抖。
源代码在例程文件夹里的键盘监控程序文件夹中,KEIL2工程。
3.实验例程
实验例程是指单片机板上的SST89V564RD内部烧写的程序。
源代码在例程文件夹里的主单片机例程文件夹中。
有两个工程。
一个是IIDP工程,此工程演示流水灯、键盘、液晶显示、直流电压ADC测试和DAC测试。
一个是SCOM工程,此工程演示A/D转换、串口传输、上位机画图。
例程文件说明:
dac7811.cdac7811.hD/A芯片DAC7811的驱动文件
daq.cdaq.h数据采集文件
delay.cdelay.h延时文件
error.cerror.h出错处理文件
hardware.h硬件连接设置文件
L12864.cL12864.h12864液晶显示驱动文件
LEDDisplay.cLEDDisplay.h8个LED灯显示文件
Select.cselect.h片选设置文件
X9241.cx9241.h数字电位器驱动文件
Systemtest.csystemtest.hIIDP工程的例程文件
Serial.cserial.h串口通信文件
除了systemtest,其他的文件都是通用文件,创建工程时可以筛选,需注意的是要对整个系统电路有整体的把握。
4.上位机软件
数据采集上位机软件、USB通信上位机软件的环境均为VC6.0,需先安装。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 智能 仪器 实验教学 系统 手册
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)