智能仪器设计实验报告

智能仪器设计报告

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专业：电子信息工程

日期：2013-11-30

南京理工大学紫金学院电光系

目录

一、绪论 (3)

二、摘要 (3)

三、实验内容 (4)

3.1 实验任务与要求 (4)

3.2工作原理 (5)

3.3软硬件设计 (5)

四、总结 (13)

参考文献 (14)

附录 (14)

一、绪论

在仪器仪表高度发展的时代，以计算机技术与测试技术相结合的智能仪器应运而生。智能仪器课程设计，以“厚基础、宽口径、会设计、会操作、能发展”为方向，培养具有创新精神和实践能力的人才为目的，注重智能仪器基本原理和基本设计方法的掌握，同时注重理论联系实际，根据实验设计帮助学生进一步提高分析与解决问题的能力，为以后的学习、工作打下扎实的理论与实践基础。

二、摘要

本次课程设计主要是设计一个基于单片机的智能数字电压表并用Labview显示出来，具体功能为实现电压的分挡测量，并且能根据需要自动换挡。电压范围为0~5V,因此，可将电压表分成三档0~100mV、100mV~1V、1~5V，利用程控增益放大器改变放大器的增益，将各档内的输入电压依次放大50倍，5倍，1倍；经过A/D采样等，将结果传输给单片机，并利用串行连接计算机，在Labview 上实现电压的显示。

关键词：智能数字电压表单片机A/D转换程控放大器

三、实验内容

3.1实验任务与要求

1、主要技术指标和要求

（1）输入电压：0~5V（直流）；

（2）分成三档：0~100mV；100mV~1V；1~5V；

（3）自动根据输入电压换挡；

（4）测量精度：最大值的0.4%；

（5）自动校零；

（6）利用虚拟仪器实现测量结果在微机上显示

2、设计流程

根据任务要求，完成程序仿真和原理图设计，无误后，根据电路图和所发的元器件在面包板上完成连接、装配通过调试，观察显示电压是否满足各档的放大倍数，若不满足，检查所连电路，完成这一步骤后，和单片机的开发系统连接并通过开发系统与微机连接，最后显示各档位的电压数值，配合万用表观察数据偏差情况。

3、实验仪器

1）单片机与微机；

2）功率函数信号发生器：

3）SP1631A；

4）万用表：

5）UNI-T

4、主要器件及典型电路形式

（1）本次课程设计用器件介绍：

单片机实验箱、微机、OP07、AD0808、Protues、、Labview、Keil C51 （2）典型数字电路形式和模拟电路：程控运放电路

3.2 工作原理

1.软件设计总流程图：

2.各模块设计：

1）.量程自动切换电路:

同相放大器的放大增益为：

Au=1+R f/R1 , 在本电路中使R3、R4、

R5与多路选择开关连接，使电路分

别放大50、5和1倍。

2）.A/D采集和串口:

3.3软硬件设计

(1）原理图

分析：根据同相放大器Au=1+Rf/R1，可计算出各反馈电阻值，设R1=5k，则50倍时，Rf=245k；5倍时，Rf=20k，1倍时，相当于一根导线。调节电位器，使得输入在0-100mV之间，此时通过仿真会发现输出会是在输入的50倍左右；同理，100mV-1V间，输出会是在5被左右；而1-5V时，则与输入差不多。在这一过程中，我们会发现理论值与实际值并不是完全一致，这是因为实验过程

中存在着一些干扰因素。

(2)程序

#include

#include

#include

#include

#include "1602.h"

#define ADC0809 (XBYTE[0x7FFF])

#define X1 1

#define X6 5

#define X48 50

sbit _A=P1^6;

sbit _B=P1^7;

sbit EOC=P3^2;

float get_ad(int weight);

float volt;

unsigned char num=0;

unsigned char wht;

void UartInit(void) //9600bps@11.0592MHz {

PCON &= 0x7F; //波特率不倍速

SCON = 0x50; //8位数据,可变波特率

TMOD &= 0x0F; //清除定时器1模式位

TMOD |= 0x20; //设定定时器1为8位自动重装方式TL1 = 0xFD; //设定定时初值

TH1 = 0xFD; //设定定时器重装值

ET1 = 0; //禁止定时器1中断

TR1 = 1; //启动定时器1

}

void Delay500ms() //@11.0592MHz

{

unsigned char i, j, k;

_nop_();

i = 4;

j = 129;

k = 119;

do

{

do

{

while (--k);

} while (--j);

} while (--i);

}

void main()

{

UartInit();

TI=1;

L1602_init();

L1602_cls();

L1602_show(1,5,"VOLTAGE: ");

while(1)

{

volt=get_ad(X1);

if(volt>1&&volt<5)

{

//volt-=(int)volt/10.;

wht=X1;

L1602_show(2,6,"%-6.2fV ",volt<4.7?volt:5.0);

Delay500ms();

}

else

{

if(volt>0.1)

{

volt=get_ad(X6);

wht=X6;

L1602_show(2,6,"%-5.0fmV ",volt*1000);

Delay500ms();

}

else

{

volt=get_ad(X48);

wht=X48;

L1602_show(2,6,"%-5.1fmV ",volt*1000);

Delay500ms();

}

}

/*printf("\x7E\x02%c%c",num,wht);*/

SBUF=num;

Delay500ms();

SBUF=wht;

Delay500ms();

}

}

float get_ad(int weight)

{

switch(weight)

{

case X1 :_B=1;_A=0;break;

case X6 :_B=0;_A=1;break;

case X48:_B=0;_A=0;break;

default :break;

}

ADC0809=0;

/*while(!EOC);

while(EOC);*/

Delay500ms();

num=ADC0809;

ADC0809=0;//关闭三态门

return num/255.0*5.0/weight;

}

(3) Labview程序框图，及结果显示

四、总结

智能仪器是一个软件技术与测试技术相结合的领域，通过本次的相关实验，我进一步巩固了电压分档测量的原理与实现步骤，能用软件keil、proteus以及Labview结合万用表分析验证实验结果，判断自己所设计的电路是否满足任务要求，观察实验现象，分析异常情况产生的原因。

在这一过程中，仿真环节出现问题，自习观察电路发现元器件连接无误，无法找到解决方案，最后才发现是脉冲没有设计，修改成功后，通过改变电位器的值，观察计算各档放大倍数，虽然与理论值存在差异，但是也相差不多，能够实现电压自动分档测量，然后根据原理图连接电路，通过软件进一步观测实际显示的结果。

参考文献

[1]史健芳．智能仪器设计基础．北京：电子工业出版社．2009

[2]闫玉德、葛龙、俞虹．单片微型计算机原理与设计．北京：中国

电力出版社．2010

[3]张重雄虚拟仪器技术分析与设计北京：电子工业出版社

2007

紫金学院．微型与单片机原理及应用实验指导书.

附录

元器件引脚图，真值表：

1）OP07

OP07的功能介绍：OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

OP07引脚图

1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，

4接地，

5空脚 6为输出，7接电源

2）CD4052

CD4052是一个双4选一的多路模拟选择开关，具体接通哪一通道，由输入地址码AB来决定

管脚图：

真值表：