测控系统设计技术实验指导书.doc

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1、测控系统设计技术实 验 指 导 书 东南大学仪器科学与工程学院2011年9月前 言 本教程适用于测控类及弱电类专业大学本科生以下课程的实验和实践教学：智能仪器原理与设计技术、测控技术及系统设计等；也适用于测控类及弱电类专业硕士研究生以下课程的实验和实践教学：智能仪器设计、智能测控系统设计等。实验装置采用模块化设计，将有相互联系的各专业课程的实验组合起来，包含这些专业课程需要的若干单个实验，最后形成“从传感器前置调理、接口电路A/D转换电路计算机（单片机）后置接口、驱动电路测控对象”接近实际应用系统的综合实验。训练和提高学生在软、硬件设计调试方面的能力。同时，帮助学生将各专业课程内容综合起来，融

2、会贯通，形成系统的概念，迅速迈过从理论到实际的门槛。本实验装置的操作过程在设置上尽量接近实际应用系统的设计调试过程。学生做完实验后，就能够独立进行实际应用系统的软、硬件设计调试。大多数实验的内容都设置了基本要求和高级要求，能够满足不同层次学生的需要。实验装置“XYZ22型综合实验仪”获江苏省教育厅2000年自制实验仪器设备评比三等奖。 东南大学仪器科学与工程学院 祝学云 2011年9月目 录第一章 实验设备介绍1一实验设备的联接1二伟福（WAVE）G6W型单片机仿真开发器使用简介1三综合实验仪介绍2第二章 基本程序设计实验11实验一 数据传送实验11实验二 多字节十进制加法实验13第三章 I/

3、O口（8255）扩展及外部中断实验15实验三 8255输入输出实验15实验四 外部中断实验18第四章 显示器、键盘及BCD拨码盘扩展实验21实验五 动态LED显示实验21实验六 BCD拨码盘扩展实验25实验七 键盘显示器扩展实验28第五章 计数器定时器实验32实验八 计数器实验32实验九 定时器（时钟）实验35第六章 串行通信实验39实验十 串行口实验39实验十一 键盘键值远距离传输实验44第七章 D/A实验49实验十二 D/A转换实验（DAC0832）49实验十三 程控放大器实验51实验十四 程控信号发生器实验54第八章 A/D转换实验49实验十五 A/D转换实验（ADC0809）59实验十

4、六 A/D转换实验（ICL7135）62第九章 数据处理程序设计实验66实验十七 数字滤波程序设计实验66实验十八 非线性校正及标度变换程序设计实验72第十章 测量与控制实验81实验十九 频率测量实验81实验二十 温度测量实验86实验二十一 温度测量控制实验99第十一章 自主设计型实验125实验二十二 简易数字电压表设计125实验二十三 简易温度测量系统设计127实验二十四 简易温度测量控制系统设计130附录 实验仪面板示意图133第一章 实验设备介绍一、 实验设备的联接图1-1 设备联接1、 单片机仿真开发器通信电缆接PC机串行口1或2；2、 单片机仿真开发器仿真头接实验仪；3、 根据实验需

5、要，实验仪接或不接测量控制对象；4、 先接通仿真器电源，再接通实验仪电源；5、 实验过程中，需要连接硬件模块的，先关闭电源再接线，检查正确后打开电源。拆除接线前先关闭电源。二、 伟福（WAVE）G6W型单片机仿真开发器使用简介1、 G6W型单片机仿真开发器为MCS51型仿真开发器；2、 可选择不同配置的仿真头仿真不同的CPU（如8031、89C51等）；3、 仿真头上有一个晶振跳线器（选用内、外晶振），出厂设置选用内晶振；4、 光盘安装编译器软件；5、 进入编译器时自动进入“仿真器设置”菜单（检查仿真器设置、仿真器状态及联络通信）；也可在编译器菜单里人工进入“仿真器设置”菜单（实验过程中如果关

6、闭过仿真器、实验仪电源的需要人工进入“仿真器设置”菜单联络通信）；6、 仿真器设置1） 伟福汇编器；2） G6W型仿真器；3） POD-51型仿真头；4） 8031 CPU；5） 不使用伟福软件模拟器；6） 12M晶振；7） 程序空间在仿真器上、数据空间在用户板上；8） PC机与仿真器连接的串行端口为1或2。7、 仿真器设置失败原因1） 设置内容错误；2） PC机串行口故障；3） PC机与仿真器、仿真器与仿真头连接故障；4） 仿真器与实验仪未打开电源；5） 仿真器与实验仪打开电源顺序有误；6） 仿真器或仿真头损坏；7） 查无原因的关闭电源重新进行。8、 编辑、编译、执行及修改文件1） 编辑及修

7、改 新建一个文件或打开一个文件，对此文件进行编辑及修改，最后将其保存。汇编文件的文件名后缀为 .ASM。2） 编译对当前窗口文件进行编译、校验，并将程序（机器码）传至仿真器；如果程序文件有错，信息窗口将提示出错信息，以便用户修改。3） 执行与退出包括全速、跟踪、单步、执行到光标处等几种程序执行方式；执行前可设置断点；退出有暂停和复位。9、 在“窗口”中检查RAM及特殊功能寄存器的内容全速运行程序后，要先“暂停”再在“窗口”中检查存储器内容；CPU窗口包含源程序的反汇编代码、特殊功能寄存器状态等；数据窗口包含内部RAM和外部RAM的状态等。三、 综合实验仪介绍1、 电源部分外接220V交流电源；

8、实验板上有以下电源插孔：+2.5V, +5V, +12V, -5V, -12V及0V（GND）；实验板上每一硬件模块的电源独立控制，由短路块连通。2、 测量电桥（见下页图1-2）电源+2.5V；Rx为热敏电阻Pt100（调试时接电阻箱）；输出Vout11、Vout12；WR3为调零电位器。3、 测量放大器（见下页图1-3）电源+12V，-12V；输入Vin41、Vin42, 输出Vout4；WR5为增益调整电位器，WR6为调零电位器。4、 电压衰减器（见下页图1-4）电源+12V，-12V；输入Vin2, 输出Vout2；WR4调节衰减系数。 图1-2 测量电桥 图1-3 测量放大器图1-4

9、电压衰减器5、 D/A转换电路（DAC0832）电源+5V，+12V，-12V；输入D7D0，输出Vout3；写信号/WR，片选信号/CS，标准电压端VREF，反馈电阻端RFB，反馈端FG。图1-5 D/A转换电路（DAC0832）6、 A/D转换电路（ADC0809） 电源+5V；输入IN0IN7，输出D0D7；读信号/RD，写信号/WR，时钟信号CLK，转换结束信号EOC，片选信号/CS；地址A、B、C已接D0、D1、D2。图1-67、 四位半A/D转换电路(ICL7135)电源+2.5V, +5V, -5V。输入Vin5。使用单端输入INH1，INL0（负端输入）已接地。输入范围为0V1

10、.9999V，对应的输出数据为0000019999（BCD码）。转换状态信号BUSY。A/D转换时为高电平，转换结束时为低电平，可供查询或中断申请用。时钟CLKIN。接1/8 ALE，单片机晶振频率为12MHZ，则1/8 ALE为250KHZ，转换频率约为6次/秒。转换控制端R/H已接高电平，表示ICL7135将连续自动转换。过量程标志OVER。当输入信号超过1.9999V时，输出高电平。欠量程标志UNDER。当输入信号小于量程的9%（0.1800V）时，输出高电平。但在单端输入时，输入信号在0V0.1800V时并不影响A/D转换器的正常工作。位状态输出D5、D4、D3、D2、D1。转换结束以

11、后的任一时刻，只有一位输出高电平，其它输出低电平。分别表示现时数据输出为万、千、百、十、个位。数据输出B8、B4、B2、B1。以BCD码形式输出（00001001），分时输出万、千、百、十、个位数据（0000019999）。WR7调整ICL7135第2脚（标准电压端VREF）电压为1.0000V。图1-7 A/D转换电路(ICL7135)8、 8031扩展I/O口8255（1）电源+5V；8031引出端 /INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD、P0.0P0.7；8255（1）片选信号为 /CS，PA口为PA7PA0，PB口为PB7PB0，PC口为PC7PC0；译码电路74138输出

12、 /Y3 /Y7，地址范围为6000HFFFFH；双分频电路74393输出为1/2ALE、1/4 ALE、1/8 ALE（输入已接ALE）。原理图见下页图1-8。图1-8 8031扩展8255（1）原理图9、 利用8255（2）扩展LED显示器及行列式键盘电源+5V；8255（2）片选信号为 /CS；LED显示器为共阴极，MC1413为反向驱动器，三极管9013为正向驱动。原理图见下页图1-9。图1-9 8255（2）扩展LED显示器及行列式键盘原理图10、RS-422串行口电源+5V；输入为IN（+/-），输出为OUT(+/-)。图1-10 RS-422串行口11、固态继电器（负载）控制电路

13、电源+5V；控制信号输入为CONin, 输出为CONout(+/-)；控制信号CONin为高时，负载接通电源。图1-11 固态继电器控制电路12、555脉冲电路电源+5V； 输出为Fout；WR8调节输出信号频率。见图1-12。 图1-12 555脉冲电路13、拨码盘电路电源+5V；输出为高位“8421” 端口和低位“8421” 端口。图1-1314、钮子开关电路电源+5V；输出为K0K7；钮子开关拨向上方时输出为高“1”，拨向下方时输出为低“0”。图1-14 钮子开关电路15、LED发光二极管电路电源+5V；输入为L0L7；输入为高时发光二极管亮，输入为低时发光二极管灭（7406为反向驱动器

14、）。图1-15 LED发光二极管电路16、单脉冲输出电路电源+5V；K为按钮。 图1-16 单脉冲输出电路第二章 基本程序设计实验实验一 数据传送实验一、目的：熟悉单片机仿真开发器的使用；掌握编程的方法；掌握8031内部RAM的数据操作。二、内容： 内部RAM 40H4FH单元置数A0HAFH，然后将40HAFH 单元中内容送到内部RAM 50H5FH单元中。编辑、编译、运行程序，检查内部RAM中的结果。三、参考程序： ORG 0000H RESET： AJMP MAIN ORG 003FH MAIN： MOV R0，#40H MOV R2，#10H MOV A，#0A0H A1： MOV R

15、0,A INC R0 INC A DJNZ R2,A1 MOV R0, #40H MOV R1, #50HMOV R2, #10H A2: MOV A,R0 MOV R1, A INC R0 INC R1 DJNZ R2, A2 A3: SJMP A3四、分析以上程序。五、运行程序后（暂停），检查并记录相关单元内容。*六、按以上步骤，验证教材中程序设计的例题。实验二 多字节十进制加法实验一、目的：掌握MCS-51汇编语言程序设计方法。二、内容：多字节的十进制加法。加数存储单元首地址由R0指出，被加数和结果的存储单元首地址由R1指出，字节数由R2指出。编辑、编译、运行程序，检查内部RAM中的结果

16、。三、参考程序：加数存储单元为：31H、30H，被加数存储单元为：21H、20H，结果存储单元为：22H、21H、20H。ORG 0000H RESET: AJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV SP, #60H MOV R0, #31H MOV R0, #22 DEC R0 MOV R0, #33 MOV R1, #21H MOV R1, #44 DEC R1 MOV R1, #55 MOV R2, #02H ACALL DACE HERE: SJMP HERE DACE: CLR C DAL: MOV A,R0 ADDC A,R1 DA A MOV R1,A INC R

17、0 INC R1 DJNZ R2,DAL CLR A MOV ACC.0,C MOV R1,A RET四、分析以上程序。五、运行程序后（暂停），检查并记录相关单元内容。六、修改加数和被加数（十进制数），重复以上过程。七、填写下列单元地址及内容：加数单元地址 （ ）（ ） 加数单元地址 （ ）（ ）结果单元地址（ ）（ ）（ ）加数数值 加数数值 结果数值 *八、按以上步骤，验证作业中程序设计的习题。第三章 I/O口（8255）扩展及外部中断实验实验三 8255输入输出实验一、目的：掌握8031单片机并行口扩展方法；熟悉8255芯片性能，掌握其编程方法。二、内容：8255（1）从PA口输入，从P

18、B口输出。硬件连接框图见图3-1。相关电路原理见第一章图1-8、图1-14和图1-15。图3-1三、实验步骤：1、 硬件连接：钮子开关K0K7连接8255（1）的PA0PA7； 发光二极管L0 L7连接8255（1）的PB0PB7； 8255（1）片选信号 /CS连接 /Y3 /Y7（任选其一）； 将相关硬件模块的电源短路块接通。2、 软件设计：8255（1）初始化，数据从PA口输入，取反后从PB口输出。3、 执行程序，观察并记录实验结果。四、参考程序框图见图3-2。*五、查询资料，了解其它常用的并行I/O口芯片。图3-2 参考程序框图六、参考程序： 参考程序中8255（1）片选信号 /CS连

19、接 /Y3。ORG 0000HAJMP MAIN ORG 0100HMAIN: MOV DPTR , #6003H MOV A , #90H MOVX DPTR , AL1: MOV DPTR , #6000H MOVX A , DPTR CPL A MOV DPTR , #6001H MOVX DPTR , A SJMP L1实验四 外部中断实验一、目的：了解单片机中断原理、中断过程、中断方式的选择及编程方法。二、内容：利用单脉冲输出电路的脉冲，通过 /INT0向CPU申请外部中断，CPU响应中断后，执行中断服务子程序。 中断服务子程序内容为：从8255（1）PA口输入数据，取反后从PB口输

20、出。 硬件连接框图见图3-3。 相关电路原理图见第一章图1-8、图1-14、图1-15和图1-16。图3-3三、实验步骤：1、 硬件连接： 钮子开关K0K7连接PA0PA7；发光二极管L0 L7连接 PB0 PB7；8255（1）片选信号 /CS连接 /Y3 /Y7（任选其一）； 单脉冲输出电路负脉冲输出端连接 /INT0； 将相关硬件模块的电源短路块接通。2、 软件设计：主程序中等待外部中断； 中断服务子程序中数据从PA口输入，取反后从PB口输出。 3、 执行程序，观察并记录实验结果。四、参考程序框图见图3-4。*五、8051单片机5个中断源的中断矢量入口地址？哪些中断申请标志由CPU自动清

21、除？哪些中断申请标志必须由软件清除？图3-4 参考程序框图六、参考程序：参考程序中8255（1）片选信号 /CS连接 /Y3。org 0000h ajmp main org 0003h ajmp int org 0100h main: mov dptr , #6003h mov a , #90h movx dptr , a ;8255PA口输入PB口输出 setb ea setb ex0 setb it0 ;/INT0边沿触发 nop nop sjmp $ int: mov dptr , #6000h movx a , dptr cpl a mov dptr , #6001h movx dpt

22、r , a reti第四章 显示器、键盘及BCD拨码盘扩展实验实验五 动态LED显示实验一、目的：了解动态LED显示器电路的结构。通过实验掌握动态LED显示器软硬件设计方法。二、内容：设计程序在六位LED显示器上显示字符“1 2 3 4 5 6”。硬件连接框图见图4-1。 LED显示器电路原理图见第一章图1-9。图 4-1三、实验步骤：1、 硬件连接： 8255（2）片选信号 /CS连接 /Y3 /Y7（任选其一）；将相关硬件模块的电源短路块接通。2、 软件设计：1） 8255（2）PA口PA7控制小数点（正向驱动），PA6PA0控制字形（反向驱动）； 8255（2）PB口PB5PB0控制字位

23、（反向驱动）；LED显示器为共阴极。2） 2ms软件延时子程序： DELAY2MS: MOV R3, #04H DELAY0: MOV R4, #0FFH DELAY1: DJNZ R4, DELAY1 DJNZ R3, DELAY0 RET3） 字形码（0F）： DB 40H,79H,24H,30H DB 19H,12H,02H,78H DB 00H,10H,08H,03H DB 46H,21H,0EH,41H3、 执行程序，观察并记录实验结果。四、参考程序框图见下页图4-2。*五、高级要求：1、 显示小数点。在左边第3位后面增加小数点的显示，该位字形码如何确定？修改程序，观察结果。2、 设

24、计程序，使显示器产生动感显示效果，显示字符从左向右移动。图4-2 程序框图六、参考程序：参考程序中8255(2) 片选信号/CS接 /Y3。 org 0000h ajmp main org 0100h main: mov dptr,#6003h ;8255(2)初始化 mov a,#80h ;PA口PB口输出 movx dptr,a ; loop2: mov r7,#06h ;LED显示六位 mov r6,#01h ;从左边第一位开始显示 mov r5,#01h ;从“1”开始显示 loop1: mov a,r6 ;PB口送位码 mov dptr,#6001h ; movx dptr,a ;

25、mov a,r5 ;查字形码 mov dptr,#dsp ; movc a,a+dptr ; mov dptr,#6000h ;送字形码 movx dptr,a ; acall delay2ms ;延时2MS mov a,r6 ;指向下一位 rl a ; mov r6,a ; inc r5 ;显示下一个数 djnz r7,loop1 ;六位显示完？ ajmp loop2 ;六位显示完，重新开始 delay2ms: mov r3,#04h ;2MS延时子程序 delay0: mov r4,#0ffh ; delay1: djnz r4,delay1 ; djnz r3,delay0 ; ret

26、; dsp: db 40h,79h,24h,30h ;字形表 db 19h,12h,02h,78h db 00h,10h,08h,03h db 46h,21h,06h,0eh 实验六 BCD拨码盘扩展实验一、 目的：掌握BCD拨码盘的扩展方法。二、内容：读入两位BCD拨码盘的数据，在LED显示器上显示。硬件连接框图见图4-3。相关原理图见第一章图1-8、图1-9及图1-12。图 4-3三、实验步骤：1、 硬件连接：将BCD拨码盘高位、低位“8421”输出分别接8255（1）PA口的PA7 PA4、PA3 PA0； 8255（1）片选信号 /CS连接 /Y3 /Y7（任选其一）； 8255（2）

27、片选信号 /CS连接 /Y3 /Y7（任选其一）； 将相关硬件模块的电源短路块接通。2、 软件设计：1） 8255（1）PA口输入；2） 8255（2）PA口PA7控制小数点, 8255（2）PA口PA6PA0控制字形（ 反向驱动）；8255（2）PB口PB5PB0控制字位（反向驱动）；LED显示器为共阴极。 *四、高级要求：将两位BCD数据读入后相乘，积送去显示。（先把BCD码变换成16进制数，相乘后再变换成BCD码，送去显示。）五、参考程序：参考程序中8255（1）片选信号 /CS连接 /Y7；8255（2）片选信号 /CS连接 /Y3。ORG 0000H AJMP START ORG 0

28、100H START: MOV R0 , #50H MOV R2 , #06H LOOP0: MOV R0 , #10H ;给显示缓冲区50H-55H赋值 INC R0 ;显示全黑 DJNZ R2,LOOP0 MOV DPTR,#6003H MOV A,#80H MOVX DPTR,A ;对8255(2)进行初始化(接LED显示器) MOV A,#90H ;对8255(1)进行初始化(接BCD拨盘) MOV DPTR,#0E003H MOVX DPTR,A MAIN: ACALL LED ;调显示子程序。 MOV DPTR,#0E000H ;读BCD值。 MOVX A,DPTR MOV B,A

29、 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 50H,A MOV A,B ANL A,#0FH MOV 51H,A AJMP MAIN LED: MOV R0,#01H ;位码 MOV R1,#50H ;显示缓冲区首址 LOOP: MOV A,R0 ;送位码 MOV DPTR,#6001H MOVX DPTR,A MOV A,R1 ;送段码 MOV DPTR,#SEG MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#6000H MOVX DPTR,A ACALL DELAY MOV A,#7FH ;清黑 MOVX DPTR,A INC R1 MOV A,R0 ;指向下一位 RL A MOV

30、R0,A CJNE R0,#04H,LOOP ;两位显示完返回 RET DELAY: MOV R7,#02H DELAY0: MOV R6,#0FFH DELAY1: DJNZ R6,DELAY1 DJNZ R7,DELAY0 RET SEG: DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H ;字形表 DB 00H,10H,08H,03H,46H,21H,06H,0EH实验七 键盘显示器扩展实验一、 目的：了解键盘显示器扩展电路的结构；掌握行列式键盘输入程序设计方法。二、 内容：从键盘上输入09及AF，在LED显示器上显示。硬件连接框图见图4-4。键盘显示器原理图见第一章

31、图1-9。图 4-4三、实验步骤：1、 硬件连接： 8255（2）片选信号 /CS连接 /Y3 /Y7（任选其一）； 将相关硬件模块的电源短路块接通。2、 软件设计：1） 8255（2）PA口PA7控制小数点, 8255（2）PA口PA6PA0控制字形（ 反向驱动）；8255（2）PB口PB5PB0控制字位（反向驱动）；LED显示器为共阴极。 2） 8255（2）PC口PC7PC4为行列式键盘的行线；PC3PC0 为行列式键盘的列线；行线、列线均由上拉电阻接+5V。3） 行线输出全零时读列线输入；列线输出全零时读行线输入。4） 键值表（09及AF键按下时，PC7PC4 、PC3PC0输入合并后

32、的数值） DB 7EH,0BEH,0BDH,0BBH DB 0DEH,0DDH,0DBH,0EEH DB 0EDH,0EBH,0E7H,0D7HDB 0B7H,77H,7BH,7DH3、 执行程序，观察并记录实验结果。*四、高级要求：查询资料，举出其它形式的键盘、显示器软硬件设计方法。分析优缺点。五、参考程序：参考程序中8255(2) 片选信号/CS接 /Y3。 ORG 0000H AJMP START ORG 0100HSTART: MOV A,#06H ;六位显示缓冲区（75H-7AH）清零 MOV R0,#75H ;CLE: MOV R0,#00H; INC R0; DEC A; JNZ

33、 CLE;KEY: ACALL LED ;调显示子程序 MOV DPTR,#6003H ;扫描键盘。8255（2）初始化 MOV A,#88H ;PA口PB口输出（LED显示器） MOVX DPTR,A ;PC口高四位输入低四位输出（行列式键盘） MOV DPTR,#6002H ;PC口低四位输出零 MOV A,#00H ; MOVX DPTR,A ; MOVX A,DPTR ;PC口高四位输入 ANL A,#0F0H ; MOV 74H,A ;键值高四位送74H CJNE A,#0F0H,READ ;键值高四位非全“1”有键按下 AJMP KEY ;键值高四位全“1”无键按下READ: MO

34、V DPTR,#6003H ;有键按下。8255（2）初始化（行列输入输出 MOV A,#81H ; 交换），PA口PB口输出（LED显示器）， MOVX DPTR,A ;PC口高四位输出低四位输入（行列式键盘） MOV DPTR,#6002H ;PC口高四位输出零 MOV A,#00H ; MOVX DPTR,A ; MOVX A,DPTR ;PC口低四位输入 ANL A,#0FH ; ADD A,74H ;键值低四位送74H MOV 74H,A ; ACALL DELAY12MS ;软件延时KEY1: ACALL LED MOV DPTR,#6003H ;再扫描一次 MOV A,#88H ;