测控系统原理与设计实验指导书文档格式.docx
- 文档编号:16705761
- 上传时间:2022-11-25
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:1.10MB
测控系统原理与设计实验指导书文档格式.docx
《测控系统原理与设计实验指导书文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《测控系统原理与设计实验指导书文档格式.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1、实验一:
Proteus的使用································································································4
2、实验二:
开关量输入通道实验·······················································································21
3、实验三:
ADC0809与MCS—51单片机接口实验································································23
4、实验四:
DAC0832与MCS—51单片机接口实验································································26
5、实验五:
按键控制LCD显示实验···················································································29
6、实验六:
键盘、LED显示综合实验·················································································31
7、实验报告基本内容要求··································································································35
8、实验报告格式················································································································36
实验一:
Proteus的使用
实验学时:
2
实验类型:
验证
实验要求:
选修
一、实验目的
掌握Proteus的基本操作使用,会应用Proteus实现普通电路和51单片机电路的仿真。
二、实验内容
了解Proteus界面窗口,掌握Proteus的基本操作,并实现普通电路和51单片机电路的仿真。
三、实验原理、方法和手段
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;
有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有:
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能;
同时支持第三方的软件编译和调试环境,如KeilC51uVision2等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。
四、实验组织运行要求
集中授课
五、实验条件
PC机、Proteus软件、KeilμVision2软件。
六、实验步骤
实验的操作步骤如下:
1、认识Proteus
1)进入ProteusISIS
双击桌面上的ISIS6Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→“Proteus6Professional”→“ISIS6Professional”,出现如图1-1所示屏幕,表明进入ProteusISIS集成环境。
2)Proteus6Professional界面简介
Proteus6Professional界面如下
为了方便介绍,现分别对窗口内各部分进行中文说明(见上图)。
下面简单介绍各部分的功能:
(1)、原理图编辑窗口(TheEditingWindow):
顾名思义,它是用来绘制原理图的。
蓝色方框内为可编辑区,元件要放到它里面。
注意,这个窗口是没有滚动条的,你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。
(2)、预览窗口(TheOverviewWindow):
它可显示两个内容,一个是:
当你在元件列表中选择一个元件时,它会显示该元件的预览图;
另一个是,当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时(即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后),它会显示整张原理图的缩略图,并会显示一个绿色的方框,绿色的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容,因此,你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置,从而改变原理图的可视范围。
(3)、模型选择工具栏(ModeSelectorToolbar):
.主要模型(MainModes):
1*选择元件(components)(默认选择的)
2*放置连接点
3*放置标签(用总线时会用到)
4*放置文本
5*用于绘制总线
6*用于放置子电路
7*用于即时编辑元件参数(先单击该图标再单击要修改的元件)
.配件(Gadgets):
.1*终端接口(terminals):
有VCC、地、输出、输入等接口
2*器件引脚:
用于绘制各种引脚
3*仿真图表(graph):
用于各种分析,如NoiseAnalysis
4*录音机
5*信号发生器(generators)
6*电压探针:
使用仿真图表时要用到
7*电流探针:
8*虚拟仪表:
有示波器等
.2D图形(2DGraphics):
1*画各种直线
2*画各种方框
3*画各种圆
4*画各种圆弧
5*画各种多边形
6*画各种文本
7*画符号
8*画原点等
(4)、元件列表(TheObjectSelector):
用于挑选元件(components)、终端接口(terminals)、信号发生器(generators)、仿真图表(graph)等。
举例,当你选择“元件(components)”,单击“P”按钮会打开挑选元件对话框,选择了一个元件后(单击了“OK”后),该元件会在元件列表中显示,以后要用到该元件时,只需在元件列表中选择即可。
(5)、方向工具栏(OrientationToolbar):
旋转:
旋转角度只能是90的整数倍。
翻转:
完成水平翻转和垂直翻转。
使用方法:
先右键单击元件,再点击(左击)相应的旋转图标。
(6)、仿真工具栏
仿真控制按钮
1*运行
2*单步运行
3*暂停
4*停止
2、Proteus的操作与仿真
这里介绍两个具体的实例。
实例一、LM324运放电路。
开始运行Proteus6Professional(ISIS6Professional),出现下面窗口:
1)添加元件到元件列表中:
本例要用到的元件有:
LM324、电阻RES。
单击“P”按钮,出现挑选元件对话框
在对话框的KEYWORDS中输入LM324,得到以下结果:
单击OK,关闭对话框,这时元件列表中列出LM324,同样找出电阻RES。
最终结果:
2)放置元件:
在元件列表中左键选取LM324,在原理图编辑窗口中单击左键,这样LM324就被放到原理图编辑窗口中了。
同样放置3个电阻R1、R2、R3。
元件放置如下图。
添加“电源”和“地”:
左键选择模型选择工具栏中的
图标,出现:
左键选择POWER和GROUND,并在原理图编辑窗口中左击,这样“电源”和“地”就被放置到原理图编辑窗口中了。
电源也可以通过信号发生器
来得到,选择直流信号源DC,在原理图编辑窗口中单击左键出现
即是。
添加示波器和直流电压表:
左键选择OSCILLOSCOPE为示波器,DCVOLTMETER为直流电压表。
原理图编辑窗口中对对象的主要操作如下。
选中对象:
鼠标指向某对象,单击右键,被选对象变为红色,即表示选中。
取消选中:
在原理图编辑窗口中的空白处单击右键。
拖动对象:
在对象处于选中的状态下,按住鼠标左键不放进行拖曳。
删除对象:
鼠标指向某对象,双击右键,或在对象处于选中的状态下,再单击右键。
修改对象参数:
单击右键选中对象,再单击左键,出现对话框,在对话框中修改对象的参数。
如修改电阻R1的参数,单击右键选中电阻R1,再单击左键出现如下对话框。
对话框中的ComponentReferer为电阻的名称,Resistance为电阻的电阻值。
再如修改直流信号源DC的参数,单击右键选中,再单击左键出现如下对话框。
对话框中GeneratorName为信号源名称,Voltage为电压幅值,这里设为200mV。
其他对象的参数修改也类似于此。
补充:
放置元件时要注意所放置的元件应放到蓝色方框内,如果不小心放到外面,由于在外面鼠标用不了,要用到菜单“Edit”的“Tidy”清除,方法很简单只需单击“Tidy”即可。
操作中可能要整体移动部分电路,操作方法:
先用右键拖选,再单击
中的
,这时这部分电路会随鼠标移动,在目标位置单击左键,这部分电路将被放到该处。
3)连线
两点之间的连线:
鼠标放于要连线的源点,当出现一叉形时表示可连,单击左键,将连线拉至目标点,当又出现一叉形时单击左键,此时两点之间的连线连好。
连好的线如下图。
4)仿真
单击
开始仿真,出现如下结果。
实例二、AT89C51单片机的仿真实例。
本例是应用AT89C51单片机实现四位数码管的动态显示,要求显示“0123”。
开始前先要准备好仿真文件,就是用编译器编译连接产生的调试或下载文件,不同编译器产生的文件格式是不同的,如ICC是COF、IAR是D90,GCC是COF、ELF。
Proteus6.7sp3支持的有COF、D90、HEX等,ELF暂不支持。
本例用的是:
display.hex。
AT89C51、74LS244、共阴极数码管7SEG-MPX4-CC、晶振CRYSTAL、电阻RES、电容CAP等。
在对话框的KEYWORDS中输入AT89C51,得到以下结果:
单击OK,关闭对话框,这时元件列表中列出AT89C51,同样找出74LS244P、共阴极数码管7SEG-MPX4-CC、晶振CRYSTAL、电阻RES、电容CAP。
最终结果:
在元件列表中左键选取AT89C51,在原理图编辑窗口中单击左键,这样AT89C51就被放到原理图编辑窗口中了。
同样放置74LS244、共阴极数码管7SEG-MPX4-CC、晶振CRYSTAL、电阻RES、电容CAP。
3)连线
4)添加仿真文件
先右键AT89C51再左键,出现
在ProgramFile中单击出现文件浏览对话框,找到可执行的display.hex文件(此hex文件由keil工程编译产生),单击确定完成添加文件,在ClockFrequency中可更改时钟频率,单击OK退出。
5)仿真
说明:
红色代表高电平,兰色代表低电平,灰色代表不确定电平(floating)。
运行时,在Debug菜单中可以查看AT89C51的相关资源。
七、其它说明
通过本实验,学生可以了解单片机的存储器结构及读写存储器的方法,同时也可以了解用Keil单片机编程、调试方法。
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。
实验二:
开关量输入通道实验
通过本实验的学习,使学生了解小功率开关量输入电路的原理,训练进行简单软件和硬件联合调试的技能,为今后继续深入学习测控系统原理奠定基础。
图7为小功率开关量输入通道电路,图中用一按键模拟开关的接通和断开动作。
为清除由于接点的机械抖动而产生的振荡,采用有较长时间常数的积分电路来消除开关的抖动。
开关信号送入8051单片机的P1.7引脚,当按键按下时P1.7输入高电平;
当按键放开时P1.7输入低电平。
8051检测到P1.7引脚上的电平为高电平时通过P2.0输出信号,点亮发光二极管;
检测到P1.7引脚上的电平为低电平时通过P2.0输出信号,熄灭发光二极管。
1.在Proteus中绘出图7电路。
2.在KeilμVision2软件中输入单片机程序。
3.在Proteus中进行仿真,观察按键按下时二极管的状态。
七、思考题
如果将图7中的三级管Q换成NPN管,则单片机程序应怎样修改?
九、其它说明
KeilμVision2软件的使用参见单片机原理及应用实验指导书。
实验三:
ADC0809与MCS-51单片机接口实验
设计
必修
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。
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MOVXA,@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。
PC机、Proteus软件、KeilμVision2软件
1.按照实验原理及接线图在Proteus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。
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?
1.实验前应认真预习,并根据接线图编写出ADC0809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。
实验四:
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。
1.编写程序:
送数据00~0FF到DAC0832,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。
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00H~FFH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0~+XV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,数字量在00~FFH变化时,输出模拟量在0~2.5V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,DAC0832片选信号
为低电平有效,直接接P2.6,即P2.6为低时选中DAC0832,据P2.6=0可算得DAC0832选片地址。
(
、
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,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。
)DAC0832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DAC0832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能完成一次D/A转换。
MOVDPTR,#ADDR_DAC
MOVA,#DATA
MOVX@DPTR,A
1.按照实验原理及接线图连接好AT89C51、DAC0832和电位器。
2.编写两个程序:
程序1将数据00~0FF送到DAC0832,程序2使DAC0832输出三角波。
输入程序,编译并运行。
3.在数据00~FFH之间选若干点(直接在程序中进行修改),送DAC0832进行转换,测试T—DAOUT端电压,运行程序1,并记录。
4.运行程序2,用示波器测试T—DAOUT端,观察输出波形。
怎么编写程序,才能使输出端输出方波或锯齿波?
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。
实验五按键控制液晶显示实验
综合
通过本实验的学习,使学生熟悉和掌握利用按键来控制液晶的显示;
采用按键和LCD1602进行电路设计,首先控制LCD显示一个小数,通过相应按键选择数字位的状态,并控制该位增加和减少。
三、实
- 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:
- 测控 系统 原理 设计 实验 指导书