《智能儀器設(shè)計》

實驗課程課程總成績的組成1、平時考核成績，占10%2、實驗成績，占10%3、課程設(shè)計，占10%4、課程結(jié)業(yè)綜合考試，占70%智能儀器實驗課程的考核方法

不來做實驗，不讓參加考試！智能儀器實驗課程的考核方法

不來做實驗，不讓參加考試！實驗課程目的1教學(xué)安排和學(xué)時分配2內(nèi)容導(dǎo)航實驗課程要求3實驗課程內(nèi)容：實驗一和實驗二4實驗指導(dǎo)書：主要知識點概述和實驗說明5實驗課程目的主要單元教學(xué)內(nèi)容結(jié)合相應(yīng)的綜合性實驗，加深理解并切實掌握所學(xué)的知識和技術(shù)；發(fā)現(xiàn)并解決實驗中出現(xiàn)的問題，積累工程實踐經(jīng)驗；培養(yǎng)獨立開展設(shè)計實驗的能力，綜合單元實驗成果，形成較完整的儀器系統(tǒng)，培養(yǎng)綜合集成設(shè)計能力和技術(shù)實現(xiàn)能力。實驗教學(xué)安排和學(xué)時分配2個綜合實驗合計8學(xué)時（其中：實驗6學(xué)時、教學(xué)2學(xué)時）課內(nèi)外緊密結(jié)合，保證實驗項目實施；設(shè)立了課程設(shè)計開放課題，提高設(shè)計水平。實驗內(nèi)容一覽表序號實驗項目名稱實驗類型學(xué)時主要儀器設(shè)備備注1模擬量輸入輸出虛擬儀器控制實驗綜合性實驗

4示波器、數(shù)字萬用表、微機、單片機開發(fā)系統(tǒng)、Labview軟件進入實驗前自學(xué)單片機開發(fā)系統(tǒng)實驗、Labview圖形化軟件設(shè)計2用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序?qū)嶒灳C合性實驗4單片機開發(fā)系統(tǒng)、信號發(fā)生器、示波器等

先期學(xué)習(xí)用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序3時域波形的參數(shù)測量實驗操作實驗

2DSP開發(fā)系統(tǒng)、信號發(fā)生器、示波器等

個人提出申請

4基于FPGA的高精度頻率計設(shè)計設(shè)計性實驗

2FPGA開發(fā)系統(tǒng)、信號發(fā)生器、示波器等

個人提出申請

Proteus單片機開發(fā)系統(tǒng)#思考：以前單片機課程中做過哪些實驗，都用過哪些功能？智能儀器結(jié)構(gòu)*思考：智能儀器基本結(jié)構(gòu)包括那幾大部分？何謂智能？實驗課程要求（1）明確實驗?zāi)康模阂詥纹瑱C/微機的智能儀器或測控裝置的設(shè)計與實現(xiàn)為目標(biāo)（2）根據(jù)實驗指導(dǎo)書說明，了解實驗電路、進行實驗連線（3）繪制軟件程序流程圖，編寫軟件程序，對系統(tǒng)軟件進行在線仿真調(diào)試（4）記錄實驗數(shù)據(jù)、獲取實驗結(jié)果（5）整理分析實驗數(shù)據(jù)，完成思考題（6）撰寫實驗報告實驗一模擬量輸入輸出虛擬儀器控制實驗通過實驗掌握MCU與A/D、D/A、UART的接口電路及控制方式

通過實驗掌握控制A/D、D/A、UART的程序設(shè)計方法

通過實驗掌握Labview通訊程序設(shè)計以及儀器界面設(shè)計方法

實驗?zāi)康腡LC549是TI公司生產(chǎn)的一種低價位、高性能的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器，它以8位開關(guān)電容逐次逼近的方法實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于17us，最大轉(zhuǎn)換速率為40000HZ，4MHZ典型內(nèi)部系統(tǒng)時鐘，電源為3V至6V。REF+、REF-:正、負(fù)基準(zhǔn)電壓VCC：系統(tǒng)電源GND：接地端/CS：芯片選擇輸入DATAOUT：轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)串行輸出端ANALOGIN：模擬信號輸入端I/OCLOCK：外接時鐘輸入端TLC549引腳圖及各引腳功能介紹TLC549工作時序#思考：A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量所對應(yīng)的模擬值？D/A轉(zhuǎn)換器主要性能參數(shù)

#分辨率：最小輸出電壓和最大輸出電壓之比，位數(shù)越多，分辨率越高思考：4位DAC的分辨率，8位DAC的分辨率？轉(zhuǎn)換精度：一般用誤差大小表示：包括零點誤差、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差非線性誤差：實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間最大偏差，一般要求非線性誤差小于±1/2LSB轉(zhuǎn)換速率/建立時間：數(shù)字量為滿刻度值時，DAC的模擬輸出電壓達到某個規(guī)定值（比如，90%滿量程或±1/2LSB滿量程）時所需要的時間，建立時間越大，轉(zhuǎn)換速率越低DAC0832是8分辨率的并行D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。輸出的是電流值，需要結(jié)合運算放大器把電流轉(zhuǎn)化為電壓值。分辨率為8位電流穩(wěn)定時間1us可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入只需在滿量程下調(diào)整其線性度單一電源供電（+5V～+15V）低功耗，20mWDAC0832主要特性參數(shù)DAC0832工作時序DAC0832轉(zhuǎn)換電路原理圖VI定義及分類虛擬儀器(VI-VirtualInstrument)是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與功能化硬件結(jié)合起來，用戶可通過友好的圖形界面來操作這臺計算機，就像在操作自己定義、自己設(shè)計的一臺單個儀器一樣，從而完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。按接口總線類型不同劃分如下：數(shù)據(jù)采集卡式DAQRS232/RS485虛擬儀器并行接口虛擬儀器USB虛擬儀器GPIB虛擬儀器VXI虛擬儀器PXI虛擬儀器以太網(wǎng)虛擬儀器虛擬儀器的特點豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器將信號分析、顯示、存儲、打印和其他管理集中交由計算機來處理儀器由用戶自己定義開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使資源的可重復(fù)利用率提高，功能易于擴展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護和開發(fā)費用降低便于構(gòu)成復(fù)雜的測試系統(tǒng)。可通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜的分布式測試系統(tǒng)，進行遠程測試、監(jiān)控、和診斷?？晒?jié)約儀器購買和維護費用VI與傳統(tǒng)儀器的比較傳統(tǒng)儀器虛擬儀器關(guān)鍵是硬件關(guān)鍵是軟件開發(fā)與維護費用高開發(fā)與維護費用低技術(shù)更新周期長技術(shù)更新周期短價格高價格低，并且可重用性與可配置性強廠商定義儀器功能用戶定義儀器功能系統(tǒng)封閉、固定系統(tǒng)開放、靈活，與計算機的進步同不易與其他設(shè)備連接容易與其他設(shè)備連接虛擬儀器體系虛擬儀器典型體系結(jié)構(gòu)虛擬數(shù)字示波器的軟面板實驗一VI測量界面思考題*比較一下DAC輸出的模擬電壓值與用萬用表實測模擬電壓值之間的差異，分析不同的原因及誤差的來源PC串口發(fā)送、接收緩沖器原理及工作方式實驗二用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序?qū)嶒濧BSETGATECOFSRESETDFUTTA-B了解和初步掌握用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序的方法

掌握按鍵的處理和程序的模塊化設(shè)計方法

根據(jù)儀器整機功能需要設(shè)計鍵盤和顯示單元模塊，定義鍵盤功能，編寫鍵盤掃描和LED顯示等子程序，掌握儀器監(jiān)控程序設(shè)計和調(diào)試方法

實驗?zāi)康碾妷侯l率計面板按鍵功能說明按RESET鍵（軟復(fù)位）------使儀器初始化并啟動測量初始化后按A鍵---測頻率（F）B鍵---測周期（T）C鍵---測時間間隔（TA-B）D鍵---測電壓（U）按GATE鍵后，再按A、B、C、D鍵，則規(guī)定相應(yīng)的閘門時間或電壓量程按SET鍵后，再按A、B、C、D鍵，送入一個偏移量按奇數(shù)次OFS鍵，進入偏移工作方式，把測量結(jié)果加上偏移值后進行顯示；按偶數(shù)次（包括0）OFS鍵，為正常工作方式，測量結(jié)果直接顯示內(nèi)容回顧*按鍵監(jiān)控程序設(shè)計方法直接分析法->一鍵一義狀態(tài)矩陣法（狀態(tài)變量法）->一鍵多義（按鍵復(fù)用）狀態(tài)矩陣法在不同的狀態(tài)下，同一個按鍵具有不同的含義。引入狀態(tài)概念后，只需在存儲器內(nèi)開辟存儲單元“記住”當(dāng)前狀態(tài)，而不必記住以前各次按鍵情況，就能對當(dāng)前按鍵的含義作出正確的解釋，因而簡化了程序設(shè)計狀態(tài)矩陣法程序設(shè)計步驟1）繪制狀態(tài)圖；2）編制狀態(tài)表；3）編碼按鍵；4）設(shè)計程序流程圖用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序（1）根據(jù)儀器功能畫出鍵盤狀態(tài)圖0133SET*A~D*23GATE*A~D**RESETA~DOFS*圖中，方框表示狀態(tài)，統(tǒng)流線旁的字母表示按鍵，“＊”表示該狀態(tài)內(nèi)未被指明的所有鍵用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序以按A~D鍵后的狀態(tài)變遷為例來說明。儀器通電后處于0態(tài)。按A、B、C或D鍵后遷移到3態(tài)，進行頻率、周期、時間或電壓測量。按SET鍵后進入1態(tài)，進行偏移常數(shù)設(shè)置，這時可按A、B、C或D鍵遷移到3態(tài)，按其它任意鍵回到0態(tài)。在2態(tài)時，A~D鍵用作閘門時間或電壓量程切換。由此可見，在0、1、2這三種不同的狀態(tài)下，同按A~D鍵，能產(chǎn)生不同的功能。用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序（2）根據(jù)狀態(tài)圖編制狀態(tài)表狀態(tài)鍵功能下態(tài)動作（子程序）0SETGATERESETA~DOFS*123333SUB1SUB2SUB3SUB4SUB5SUB81A~D*30SUB6SUB82A~D*30SUB7SUB83*0SUB8按鍵動作子程序SUB1：顯示“SET”SUB2：顯示“GATE”SUB3：顯示“RESET”SUB4：A鍵顯示“A-[T]”B鍵顯示“B-[T]”C鍵顯示“C-[TAB]”D鍵顯示“D-[U]”SUB5：顯示“OFS-1”或“OFS-2”SUB6：A鍵顯示“SET-A”B鍵顯示“SET-B”C鍵顯示“SET-C”D鍵顯示“SET-D”SUB7：A鍵顯示“GATE-A”B鍵顯示“GATE-B”C鍵顯示“GATE-C”D鍵顯示“GATE-D”SUB8：無動作，等待用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序（3）對按鍵進行編碼按鍵鍵碼ABCDSETGATEOFSRESET00H01H02H03H04H05H06H07H當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？無效鍵嗎？PREST=0？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？PREST=0？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？PREST=0？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？表指針加1出口PREST=0？執(zhí)行本次按鍵動作，調(diào)用SUB表查完？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？從狀態(tài)表取出鍵碼由PREST求現(xiàn)態(tài)首地址中斷入口YYNN（4）設(shè)計程序流程圖NYPREST

下態(tài)用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序有兩點需要說明：1．為了避免不必要的兩次重復(fù)按鍵，通常將0態(tài)設(shè)計成不穩(wěn)定態(tài)，用虛線框表示。當(dāng)發(fā)現(xiàn)取來的下態(tài)為0時，就自動再查一次狀態(tài)表。2．若輸入的是主功能命令鍵（如測電壓、測頻率等命令，通常這些命令要重復(fù)執(zhí)行），則把相應(yīng)的標(biāo)志置入MAINFN單元，并連續(xù)執(zhí)行其測量程序。若輸入的是非主功能命令鍵，則當(dāng)完成中斷服務(wù)程序后，或等待，或恢復(fù)原來的測量功能。如：若在2態(tài)按了不合法鍵SET鍵，則轉(zhuǎn)到0態(tài)后再查一次表，轉(zhuǎn)到1態(tài)，進行偏移設(shè)置操作。當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？無效鍵嗎？PREST=0？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？PREST=0？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？PREST=0？無效鍵嗎？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？表指針加1出口PREST=0？執(zhí)行本次按鍵動作，調(diào)用SUB表查完？當(dāng)前按鍵鍵碼=存儲鍵嗎？從狀態(tài)表取出鍵碼由PREST求現(xiàn)態(tài)首地址中斷入口YYNNNYPREST

下態(tài)按鍵中斷入口是主功能鍵嗎？存主功能標(biāo)志MAINFGYN讀取鍵碼根據(jù)PREST求現(xiàn)態(tài)首地址用狀態(tài)矩陣法設(shè)計的監(jiān)控程序的優(yōu)點應(yīng)用一張狀態(tài)表，統(tǒng)一處理任何的按鍵組合。使按鍵序列的編譯過程簡潔、直觀，設(shè)計的程序容易閱讀翻譯、解釋按鍵序列與執(zhí)行子程