智能仪器实验指导书 V92.docx
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智能仪器实验指导书V92
智能仪器仪表设计技术
实验指导书
电气与信息工程学院测控系
2014年9月
目录
1单片机实验板3
1.1资源介绍3
1.2原理图4
1.3PCB丝印图6
2KEIL软件的使用7
3STC-ISP下载软件的使用方法15
实验一数据采集系统的设计与实现18
实验二键盘及LCD显示22
实验三基本数据处理算法28
实验四基于单片机的智能仪器综合设计实验31
实验五PID温度控制器32
1单片机实验板
1.1资源介绍
1)采用STC8952RC(与标准51指令、脚位完全兼容),支持在线串行ISP下载。
2)供电方式:
USB供电及下载
3)USB转串口RS232(PL2303芯片)
4)4个LED发光管,1个电源指示灯
5)四位数码管
6)4个独立式键盘(包含外部中断按键),1个复位或下载按键
7)DS1302一片
8)AT24C02一片
9)热敏电阻1支
10)加热电阻1个
11)12864液晶显示接口
12)PCF8573一片
13)AD电位器一个
14)蜂鸣器一个
15)DS18B20温度传感器(选配件)
16)IrDA红外接收头(遥控器为选配件)
产品图片:
资源分配图如下:
AD电位器
AD
DA指示灯
12864液晶接口
PCF8573
加热指示灯
MCU:
STC89C52
DS18B20接口
热敏电阻
发热电阻
所有IO引出
蜂鸣器
红外接收
USB
电源
24C02
DS1302
PL2303
下载芯片
5V
GND
复位
下载键
电源
指示灯
四个独立按键
1.2原理图
1.3PCB丝印图
2KEIL软件的使用
KEIL是51单片机开发的最常见的开发软件。
成功安装好KEIL软件后,即可看到电脑桌面上Keil软件图标,如下图。
1.双击图标,打开软件,出现如下界面。
在打开的窗口中,选择“Project”菜单:
2.点击“NewProject”出现一个创建工程对话框,选择工程所建路径,并输入工程的文件名(建议用英文),点击“保存”:
3.之后出现芯片选择界面,如下图:
4.这里,选取常用51芯片即可,选择“Philips”下的“8Xc51RC+”芯片:
5.点击“确定”,在出现如下对话框时,选择“否”:
6.至此,已成功建立工程。
界面如下图所示:
7.点击“Project”菜单下面的“optionsforTarget‘Target1’”选项,出现如下选项框:
8.选择“output”页面,选中“createHexFile”,并可在“NameofExecutable:
”输入框中,重新输入生成HEX文件的文件名,然后点“确定”,以在程序编译时,实时生成需下载到单片机中的HEX文件。
9.点击“File”菜单下面的“New”选项,再点击“File”菜单下面的“Save”选项,保存文件。
输入文件名(C文件扩展名为“.c”,汇编文件扩展名为“.asm”),如下图:
取名为main.c:
10.在新建的文件里,进行程序编制,如图:
11.程序编制完成后,保存文件。
将源程序文件加载到工程中。
加载方法为:
右击“SourceGroup”,在出现的选项列表中,选择“AddFilestoGroup‘sourceGroup1’”,如下图所示:
12.在出现的对话框中,选择刚编辑的源文件(main.c),点击“Add”,如图:
13.添加成功后,点击“Project”菜单下面的“Rebuildalltargetfiles”选项。
当编译通过之后HEX文件才能生成,如下图。
如果程序有错误,编译结果框中会有提示错误。
双击对应的错误列表,可定位到源程序的位置,以便快速寻找错误。
3STC-ISP下载软件的使用方法
该软件将已生成的HEX文件下载到单片机中。
具体步骤如下:
1.双击STC-ISP图标:
2.然后在“单片机型号”列表中选择单片机型号(应选择单片机板中的CPU型号),如下图:
3.点击“打开程序文件”按钮,找到所要下载的HEX文件,并选中,选择“打开”,如下图:
4.选择串口的对应端口号,(根据自己的硬件连接端口)(如COM1)。
提示:
使用电源线即可下载。
但下载之前需安装USB转串口驱动程序。
将板子与电脑连接后,请查看“设备管理器”中的COM识别端口号。
5.然后选“MaxBuad”中的波特率,也可以选默认值。
6.点击“下载/编程”按钮,然后按下板子上的红色下载键,进行文件下载。
7.稍等几秒,即可下载完成,如图:
实验一数据采集系统的设计与实现
一、实验目的
学会用51单片机模拟I2C总线接口,实现与PCF85738位AD/DA转化器的接口,学会用单片机实现数据采集的方法。
二、实验设备及器件
PC机一台
51单片机实验板一台(含PCF8951芯片)
万用表、示波器
三、实验内容
编写一段程序,采集PCF8573四路AD通道的模拟信号值,将采集的电压值用四位数码管显示出来。
四、实验电路原理图
AIN0-AIN3为4路模拟输入信号,时钟信号SCL接至单片机P36,数据线SDA接至P37。
五、参考例程
#include"STC89C52RC.h"
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definePCF85910x90//PCF8591地址
#defineTHCO0xf8//11.0592MHZ晶振
#defineTLCO0xcb//定时2ms时间常数值
unsignedcharData_Buffer[4]={1,2,3,4};
ucharcodeDuan[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x76};
sbitP24=P2^4;//四个数码管的位码口定义
sbitP25=P2^5;
sbitP26=P2^6;
sbitP27=P2^7;
bitflag=0;
bitDACconversion(unsignedcharsla,unsignedcharc,unsignedcharVal);
bitISendByte(unsignedcharsla,unsignedcharc);
unsignedcharIRcvByte(unsignedcharsla);
/******************************/
voidmain(void)//主程序
{
unsignedintv;
unsignedcharAD_CHANNEL=0;
unsignedintD[5]={0,0,0,0,255};
TMOD=0x11;//设置定时器0工作模式,16位计数模式
TH0=THCO;
TL0=TLCO;
TR0=1;//启动定时器
ET0=1;//使能定时器中断
EA=1;//开总中断
while
(1)
{
if(flag==1)
{flag=0;
if(++AD_CHANNEL>4)AD_CHANNEL=0;
switch(AD_CHANNEL)
{
case0:
ISendByte(PCF8591,0x40);
D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591);//ADC3模数转换4
break;
case1:
ISendByte(PCF8591,0x41);
D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591);//ADC0模数转换1
break;
case2:
ISendByte(PCF8591,0x42);
D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591);//ADC1模数转换2
break;
case3:
ISendByte(PCF8591,0x43);
D[AD_CHANNEL]=IRcvByte(PCF8591);//ADC2模数转换3
break;
}
v=D[AD_CHANNEL];
Data_Buffer[0]=AD_CHANNEL;
Data_Buffer[1]=v/100%10;
Data_Buffer[2]=v/10%10;
Data_Buffer[3]=v%10;
}
}
}
voidtimer0()interrupt1//定时器中断服务子程序
{
staticunsignedintcount=0;//软计时变量定义
staticunsignedcharBit=0;//静态变量,退出程序后,值保留
TH0=THCO;
TL0=TLCO;
Bit++;
if(Bit>=4)Bit=0;
P2|=0xf0;//先关位码
P0=Duan[Data_Buffer[Bit]];//开段码
if(Bit==0)P0|=0x80;
switch(Bit)//送位码
{
case0:
P24=0;break;
case1:
P25=0;break;
case2:
P26=0;break;
case3:
P27=0;break;
}
count++;
if(count>=250)//半S时间到
{
count=0;
flag=1;
}
}
六、思考题
通过按键设定待转换通道,并将该通道的采样值在数码管上显示出来。
七、实验成绩评定方法
实验成绩包括实验完成质量、实验报告质量2部分组成,各部分所占比例分别为50%、50%。
八、实验报告要求
1)实验名称
2)实验目的
3)实验要求
4)实验步骤
5)调试
6)结果
实验二键盘及LCD显示
一、实验目的
1.掌握独立式键盘的编程方法。
2.掌握LCD的接口技术和编程方法。
3.掌握仪器监控程序设计和调试方法。
二、实验要求
1.利用实验板上提供的键盘电路,LCD显示电路,将实验二中采集的电压信号在LCD上显示出来,并显示通道号。
2.可以通过按键设定的待显示的通道号,并显示在LCD上。
三、预习与参考
1.结合ST7920控制器系列中文图形液晶模块有关资料手册,详细了解ST7920接口设计技术。
2.参考资料
1)实验板说明书
2)ST7920控制器系列中文图形液晶模块资料手册
四、实验仪器设备和材料清单
单片机实验板、ST7920图形液晶模块、PC机;
Keilc51软件、STC-ISP下载软件。
五、实验设计及实施的指导
1.以单片机为核心,设计键盘及LCD的硬件电路,画出电路原理图。
2.设计键盘及LCD的控制软件,画出流程图,编写控制程序。
3.在指导教师指导下调试LCD显示程序。
4.在指导教师指导下调试按键程序。
5.综合调试直到满足设计要求。
注:
1、2项须在课外完成。
六、参考资料
LCD显示参考程序
#include"reg51.h"
#include"intrins.h"
sbitCS=P1^0;
sbitSID=P1^1;
sbitSCLK=P1^2;
sbitB_light=P2^7;//背光控制
voiddelay(unsignedintj)
{
unsignedchari;
do{
for(i=0;i<100;i++);
}while(j--);
}
voidsend_command(unsignedcharcommand_data)//发送命令
{
unsignedchari;
unsignedchari_data,temp_data1,temp_data2;
i_data=0xf8;//操作命令,可以查看资料
delay(10);
CS=1;
SCLK=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SID=(bit)(i_data&0x80);
SCLK=0;
SCLK=1;
i_data=i_data<<1;
}
i_data=command_data;
i_data&=0xf0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SID=(bit)(i_data&0x80);
SCLK=0;
SCLK=1;
i_data=i_data<<1;
}
i_data=command_data;
temp_data1=i_data&0xf0;
temp_data2=i_data&0x0f;
temp_data1>>=4;
temp_data2<<=4;
i_data=temp_data1|temp_data2;
i_data&=0xf0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SID=(bit)(i_data&0x80);
SCLK=0;
SCLK=1;
i_data=i_data<<1;
}
CS=0;
}
voidsend_data(unsignedcharcommand_data)//发送数据
{
unsignedchari;
unsignedchari_data,temp_data1,temp_data2;
i_data=0xfa;//操作命令,可以查看资料
delay(10);
CS=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
SID=(bit)(i_data&0x80);
SCLK=0;
SCLK=1;
i_data=i_data<<1;
}
i_data=command_data;
i_data&=0xf0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SID=(bit)(i_data&0x80);
SCLK=0;
SCLK=1;
i_data=i_data<<1;
}
i_data=command_data;
temp_data1=i_data&0xf0;
temp_data2=i_data&0x0f;
temp_data1>>=4;
temp_data2<<=4;
i_data=temp_data1|temp_data2;
i_data&=0xf0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SID=(bit)(i_data&0x80);
SCLK=0;
SCLK=1;
i_data=i_data<<1;
}
CS=0;
}
voidInitLCD()//液晶初始化
{
send_command(0x30);//功能设置:
一次送8位数据,基本指令集
send_command(0x06);//点设定:
显示字符/光标从左到右移位,DDRAM地址加1
send_command(0x0c);//显示设定:
开显示,显示光标,当前显示位反白闪动
send_command(0x04);//显示设定:
开显示,显示光标,当前显示位反白闪动
send_command(0x01);//清DDRAM
send_command(0x02);//DDRAM地址归位
send_command(0x80);//把显示地址设为0X80,即为第一行的首位
}
/*x,y为起始座标x(0<=x<=3),y(0<=y<=7),x为行座标,y为列座标;
how为要显示汉字的个数;
str是要显示汉字的地址*/
voidDispHanzi(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharhow,unsignedchar*stri)
{
unsignedcharhi=0;//汉字显示
if(x==0)send_command(0x80+y);//
elseif(x==1)send_command(0x90+y);
elseif(x==2)send_command(0x88+y);
elseif(x==3)send_command(0x98+y);
for(hi=0;hi { send_data(*(stri+hi*2)); send_data(*(stri+hi*2+1)); } } voidDispZimu(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharhow,unsignedchar*stri)//字母数字都可以显示 { unsignedcharhi=0;//字母显示 if(x==0)send_command(0x80+y); elseif(x==1)send_command(0x90+y); elseif(x==2)send_command(0x88+y); elseif(x==3)send_command(0x98+y); for(hi=0;hi { send_data(*(stri+hi)); } } main() { InitLCD(); B_light=0; DispHanzi(1,1,4,"北京时间");//第二行显示,2列显示汉字 DispZimu(3,1,10,"0123456789"); while (1); } 七、成绩评定及实验报告格式要求参见实验一 实验三基本数据处理算法 一、实验目的 1.掌握随机误差的数字滤波算法。 二、预习与参考 1.随机误差的数字滤波算法 三、实验内容 1.将实验一中采集的0-5V电压信号进行数字滤波后,在LCD上显示出来。 (必做) 2.利用热敏电阻进行温度检测,测温范围为0-50ºC,要求将测量温度值在LED或LCD上显示出来。 (选做) 四、实验要求 1.设计硬件电路,画出电路原理图。 2.用KeilC51编写数据处理程序,并调试。 2.实验结果LCD上显示出来。 五、实验仪器设备和材料清单 PC机;单片机实验板、ST7920图形液晶模块 Keilc51软件、STC-ISP下载软件。 六、实验设计及实施的指导 1.将单片机采集的数字量经过数字滤波后,首先转换成0-5V电压值,再算出对应的热敏电阻值,为了方便查表也放大1000倍; 2.利用对半查表法原理将计算的电阻值和表中电阻值比较,找出相等或最接近的元素,最后经计算得到相应的温度值。 5.编写程序并调试。 七、实验成绩评定方法和实验报告要求参见实验二。 八、参考资料 热敏电阻型号: MF52-103/343510K ±1%精度B值: 3435 1、型号 MF 52 103 H 3470 F A NTC热敏电阻 环氧系列 电阻值 阻值允差 B值 B值允差 B值类别 10KΩ ±5% 3470K ±1% B25/50 2、电气性能 序号 项目 符号 测试条件 最小值 正常值 最大值 单位 1 25℃的电阻值 R25 Ta=25±0.05℃ PT≦0.1mw 9.9 10.0 10.1 kΩ 2 50℃的电阻值 R50 Ta=50±0.05℃ PT≦0.1mw / 4.0650 / kΩ 3 B值 B25/50 3436 3470 3504 K 4 耗散系数 σ Ta=25±0.5℃ 2.0 / / mw/℃ 5 时间常数 τ Ta=25±0.5℃ / / 15 sec 6 绝缘电阻 / 500VDC 50 / / MΩ 7 使用温度范围 / / -55 / +125 ℃ 3、使用注意事项 将产品引线裁剪成所需要的长度,注意最小长度≧5mm。 MF52 10K3470 温 度 特 性 表 R25℃=10KB(25/50)=3470K T(℃) R(KΩ) T(℃) R(KΩ) T(℃) R(KΩ) T(℃) R(KΩ) -40 190.5562 -27 99.5847 -14 53.1766 -1 29.2750 -39 183.4132 -26 94.6608 -13 50.7456 0 28.0170 -38 175.6740 -25 90.0326 -12 48.4294 1 26.8255 -37 167.6467 -24 85.6778 -11 46.2224 2 25.6972 -36 159.5647 -23 81.5747 -10 44.1201 3 24.6290 -35 151.5975 -22 77.7031 -9 42.1180 4 23.6176 -34 143.8624 -21 74.0442 -8 40.2121 5 22.6597 -33 136.4361 -20 70.5811 -7 38.3988 6 21.7522 -32 129.3641 -19 67.2987 -6 36.6746 7 20.8916 -31 122.6678 -18 64.1834 -5 35.0362 8 20.0749 -30 116.3519 -17 61.2233 -4 33.4802 9 19.2988 -29 110.4098 -16 58.4080 -3 32.0035 10 18.5600 -28 104.8272 -15 55.7284 -2 30.6028 11 18.4818 T(℃)
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