智能仪器实验指导书(DOC)

第1页共20页《智能仪器》实验报告实验项目实验时间同组同学班级学号姓名2014年4月第2页共20页实验一多路巡回数据数据采集系统一、实验目的1．学习模/数（A/D）转换的工作原理。2．掌握芯片ADC0809与微控制器接口电路的设计方法。3．掌握芯片ADC0809的程序设计方法。二、实验设备1．实验用到的模块有“SMP-2018051模块”、“SMP-204译码模块”、“SMP-1018位A/D模块”、“SMP-401静态显示模块”。2．短的20P、40P数据线各一根。3．长的一号导线3根，转接线一根。三、实验原理ADC0809芯片是一种8位采用逐次逼近式工作的转换器件。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。启动ADC0809的工作过程：先送信道号地址到A、B、C三端，由ALE信号锁存信道号地址，选中的信道的模拟量送到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，8位数据就读到CPU中，A/D转换结果送显示单元。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。实验原理参考图1-1。图1-1多路巡回数据数据采集系统实验原理图本实验中ADC0809的8位模拟开关译码地址为：IN0=8800HIN1=8801HIN2=8802HIN3=8803HIN4=8804HIN5=8805H第3页共20页IN6=8806HIN7=8807H四、实验内容步骤1．将“SMP-2018051模块”和“SMP-204译码模块”分别插放到“SMP-2主控制器单元”挂箱的CPU模块接口和译码模块接口上，将“SMP-1018位并行AD模块”插放到“SMP-1信号转换单元”挂箱的A/D转换模块接口上，将“SMP-401静态显示模块”插放到“SMP-4键盘与显示单元”的显示模块接口上。2．用20p的数据线将“SMP-2控制器单元”挂箱的J7和“SMP-1信号转换单元”挂箱的J1相连，用40P的数据线将“SMP-2控制器单元”挂箱的J8和“SMP-1信号转换单元”挂箱的J2相连，再用一号导线将“SMP-2018051模块”上的P1.0、P1.1分别和“SMP-401静态显示模块”的DATA、CLK相连，“SMP-2018051模块”上的P1.2和“SMP-1018位并行A/D模块”的/0809INT相连。3．用短路帽端接“SMP-204译码模块”的J1的2、3端，J2的2、3端，J3的1、2端，用短路帽短接“SMP-1018位并行AD转换模块”中的J1的2、3端。4．将实验屏上的0-30V直流稳压电源（调节旁边的“调节电位器”，使其幅度为零）接入到“SMP-1018位AD转换模块”的CH0；5．安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到“SMP-2018051模块”的单片机插座中；6．检查上述模块及接线无误后，打开电源开关，打开仿真器电源；7．启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择计算机通信端口，测试串行口。8．打开文件夹“实验程序”下的“8051程序”中的“0809显示.c”源程序，运行程序，通过调节电位器改变直流稳压电源的输出幅度0～5V（最大值为+5V），则显示的数值为模拟信号经CH0通道AD转换后所得数值（范围为00H～0FFH）9.将实验屏上的0-30V直流稳压电源（调节旁边的“调节电位器”，使其幅度为零）并联接入到“SMP-1018位AD转换模块”的CH0—CH7，修改程序，进行标度变换使其显示值和实验屏上的0-30V直流稳压电源一致，编译无误后，使其分时按下述格式显示各路数据。格式为:A—BB.C，其中A为第几路通道，BB.C为所测电压值。五、实验参考程序（见“实验程序”下的“8051程序”中的“0809显示.c”源程序六、实验报告1．画出程序流程图。第4页共20页2．用c语言编制实验程序。3.调试结果分析第5页共20页实验二温度测量一、实验目的了解常用的集成温度传感器（AD590）基本原理、性能；掌握测温方法以及数据采集和线性标度变换程序的编程方法。二、实验仪器智能调节仪、PT100、AD590、温度源、温度传感器模块，传感器实验箱（一）；“SMP-2018051模块”、“SMP-204译码模块”、“SMP-1018位A/D模块”、“SMP-401静态显示模块”。三、实验原理集成温度传感器AD590是把温敏器件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠；不足的是测温范围较小、使用环境有一定的限制。AD590能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，在一定温度下，相当于一个恒流源，一般用于－50℃－＋150℃之间温度测量。温敏晶体管的集电极电流恒定时，晶体管的基极-发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。本实验仪采用电流输出型集成温度传感器AD590，在一定温度下，相当于一个恒流源。因此不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好的线性特性。AD590的灵敏度（标定系数）为1A/K，只需要一种＋4V～＋30V电源（本实验仪用+5V），即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为传感器调理电路单元中R2=100Ω）即可实现电流到电压的转换，使用十分方便。电流输出型比电压输出型的测量精度更高。在实验一的基础上进行电压测量、标定、线性变换，最后显示出对应温度。图2-1温度传感器模块原理图四、实验内容与步骤1．参考“附录实验PT100温度控制实验”，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入集成温度传感器AD590。第6页共20页2．将±15V直流稳压电源接至实验箱(一)上，温度传感器实验模块的输出Uo2接实验台上直流电压表。3．按图2-1接线，并将AD590引线的红色端接“温度传感器模块”的a1，蓝色端接“温度传感器模块”的b1，并从实验台上接+5V电源到a1端。调节RW2大约在中间位置，用实验台上“直流电压表”的20V档测量“温度传感器模块”的“Uo2”端，再调节电位器Rw1使直流电压表显示为零。5．按照图将信号引到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2的电压值。6．升高温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入表2-1。7.按照实验1的1-5步骤搭建单片机AD转换电路，将模块输出电压Uo2接入到“SMP-1018位AD转换模块”的CH0；8.编写数据采集程序及标度变换程序，并进行调试，检验程序的测量结果是否与温度源给定的温度一致。（数据采集程序及硬件电路参考“实验一”的结果，线性标度变换公式参考教材中的“标度变换”一节）五、实验报告1．由记录的数据数据计算在此范围内整个测温系统的灵敏度，并画出标定出的拟合直线。（端基法）表2-1温度与输出电压关系T（℃）Uo2（V）第7页共20页2．由表2-1记录的数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。3．画出程序流程图。第8页共20页4．用c语言编制实验程序。5.调试结果分析第9页共20页实验三转速测量（霍尔测速实验）一、实验目的了解霍尔组件的应用—测量转速；掌握用单片机测量转速的编程方法。二、实验仪器传感器实验箱（一）、霍尔传感器、+5V、0-30V直流电源、转动源、频率/转速表；“SMP-2018051模块”、“SMP-401静态显示模块”。三、实验原理利用霍尔效应表达式：UH＝KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，转盘每转一周磁场变化N次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。利用实验仪上电位器输出可调电压，控制直流电机。调节输出电压值，改变电机转速，用单片机内的计数器测量转速传感器——霍尔传感器的输出脉冲信号频率，计算电机转速。四、实验内容与步骤1．安装根据图3-1，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。图3-12．将+5V电源接到传感器实验箱（一）上“霍尔转速传感器”的“+5V输入”插座中，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）。“0-30V”直流稳压电源接到“转动源”的“转动电源”输入端（输出电压调到零）。3．合上实验台上电源，调节0-30V输出，可以观察到转动源转速的变化。4.频率测量用到的模块有“SMP-2018051模块”，将“霍尔”输出接至8051的T0端，编写频率测量程序，并调试程序，检查测量结果是否与频率/转速表结果一致。（借鉴实验一相关电路和编程）五、实验报告1．分析霍尔组件产生脉冲的原理。第10页共20页2．画出程序流程图。3．用c语言编制实验程序。4.调试结果分析第11页共20页实验四自动量程切换一、实验目的1.了解仪器量程的概念，量程切换原理。2.了解多路开关在模拟量输入通道中的应用。3.掌握实现自动量程切换的硬件电路和编程方法。二、实验原理与要求用电位器调整输入电压值，利用实验板上的AD774A/D转换器、多路模拟开关MPC508和可编程增益放大器AD526和C8051单片机构成单路电压测量系统，对输入电压进行测量。放大器AD526(取其增益为1)A/D转换器AD774BC8051单片机输入电压多路模拟开关MPC580电压衰减电路(电阻阵列,本实验用特定模拟电压代替)图4-1自动量程切换实验原理图对输入电压的量程判断是通过不断改变可编程增益放大器AD526的增益实现的。AD526通过编程可输出1、2、4、8、16五档不同的增益，本实验取其增益为1。实验中AD774输入电压为10V那么经衰减后的电压应该在0-10。取衰减电阻网络中的电阻分别为1K、1K、2K，可以实现三个量程的切换。假设输入信号在0-40V内（根据实验台条件提供），则0-10V范围的电压不需要衰减，10-20V范围的电压需要衰减一半，20-40V范围内的输入电压需要衰减为原值的1/4。实验中，我们假设输入电压分别为6V、12V、24V，编写具有自动量程切换功能的电压测量程序，将采集的电压值以数字量形式存于内存中。来观察内存中相应的量程和AD转换结果。三、实验内容及说明实验电路图请参考实验指导书附录中的“12位并行AD模块”部分（图4-2所示），1．8通道多路开关MPC508在此模块中，MPC508（U1）为8通道多路开关，其引脚图如图8-2及主要功能说明如下：INn(n=1～8)为8通道模拟量输入端，A0、A1、A2为通道选择控制端，EN为使能端，它们之间的关系见真值表8-1所示。要访问MPC508多路开关，只要对端口地址（8C00H～8CFFH范围中的一个地址）写入相应的数据，从而选通相应的通道。表4-1MPC508通道选择2．可编程增益放大器AD526AD526（U2）为可编程增益放大器，A2、A1、A0、B四端为控制增益的代码输入端，CS、CLK为使能端，VIN端为信号输入端，VOUT端为信号输出端，它们之间的关系见真第12页共20页值表4-2，通过编程可以很方便的设置1、2、4、8、16不同的增益。要访问AD526可编程增益放大器，只要对端口地址（8B00H～8BFFH范围中的一个地址）写入相应的数据，从而选择对信号不同的放大倍数。表4-2AD526增益设置控制3．A/D转换器AD774BAD774B（U5）为12位逐次逼近型快速A/D转换器，其转换速度最大为8μS，引脚说明如下：LOGICV：数字逻辑部分电源+5V。12/8：数据输出格式选择信号引脚。当12/8=1（+5V）时，双字节输出，即12位数据同时有效输出，当12/8=0（0V）时，为单字节输出，即只有高8位或低4位有效。CS：片选信号端，低电平有效。0A：字节选择控制线。R/C：读数据/转换控制信号，当R/C=1，ADC转换结果的数据