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智能仪器实验讲义14版


《智能仪器及仪表》

实验讲义

实验一、LabVIEW 编程实验(一)
一、实验目的 1、 熟悉 LabVIEW 图形编程环境。 2、 熟悉前面板、方框图、快速和下拉菜单、选项板、VI 和帮助文档。 二、实验内容 构建一个如图 1 所示的虚拟温度测量仪

图 1 虚拟温度测量仪 本例模拟常用的温度传感器——

AD590,AD590 在一定的温度范围内,可将温度数据 线形变换为电流信号,其转换公式为:

I ? k ? temp
其中 I 为电流,temp 为温度,k 为温度系数。整个温度测量仪的工作原理如下:AD590 将温度数据转换为电流信号, 电流信号经过模数转换变为数字信号, 由虚拟温度测量仪显示 电流数据,计算出温度数据并显示出来。 为了设计方便,用一个随机数据(0-100)代替温度传感器输出的电流数据,同时假设

k ? 1? A / K
其中 K 为开尔文温标。 假定 AD590 的线形温度范围为 0℃~100℃,即 273.15K~373.15K。 AD590 是一个两端器件,只要提供 4~36V 直流电压,它就输出一个电流(I=Kμ A) , 也就是说 AD590 的恒流与绝对温标温度成正比对应关系,每度对应 1μ A。在标准摄氏 0℃ 时,它提供 273.15μ A 电流。只要在电流回路中串入采样电阻,就能够获得电压输出,方便

进行温度测量。 AD590 外形及典型应用电路如图 2 所示。

图 2 AD590 外观及典型应用电路 三、实验步骤 1、 在前面板和框图上创建、选择、删除、移动对象。 2、 单步调试代码、插入探针在程序执行时观察数据,加亮执行观察代码执行。 3、 完成实验要求的虚拟温度计的设计。

实验二、LabVIEW 编程实验(二)
一、实验目的 1、熟悉 LabVIEW 的循环结构、分支结构、顺序结构。 2、学会在 LabVIEW 中使用定时函数。 3、了解移位寄存器的使用。 4、熟悉公式节点。 5、熟悉反馈节点。 二、实验内容 在掌握以上 labview 程序结构的基础上,编程完成以下实例: 1、while loop.vi:while 循环(演示) 2、feedback.vi:反馈节点的使用(演示) 3、fomular node.vi:公式节点的使用(演示) 4、register.vi,移位寄存器的使用 5、布尔 case.vi:case 结构, (0,1)结构 6、file.vi:将产生的随机数存入文件,再从文件中读取,练习文件处理函数 7、getdate.vi, 实现取得系统时间,练习字符串处理函数

三、实验步骤 1、熟悉编写虚拟子程序的设计和调试方法。 2、熟悉教学软件中给出的应用实例。 3、编程调试实现实验内容中规定的 7 个实例,实例的 Front panel 和 Block Diagram 都 在附录中给出。 附 1:while loop.vi 的 Front panel 和 Block Diagram

附 2:feedback.vi 的 Front panel 和 Block Diagram

附 3:fomular node.vi 的 Front panel 和 Block Diagram

附 4:register.vi 的 Front panel 和 Block Diagram

附 5:布尔 case.vi 的 Front panel

附 6:file.vi 的 Front panel 和 Block Diagram

Extract Numbers

说明:此练习需要另建一个*.txt 文件(路径都可) 。

Extract Numbers 的路径为 安装盘符:\Program Files\National Instruments
\LabVIEW 8.5\examples\general\strings.llb\Extract Numbers.vi 附 7:getdate.vi 的 Front panel 和 Block Diagram

实验三、LabVIEW 编程实验(三)
一、实验目的 1、进一步熟悉 LabVIEW 的循环结构、分支结构、顺序结构。 2、掌握 LabVIEW 对 access 数据库的一般操作方法。 二、实验内容 在掌握以上 labview 程序结构的基础上,在实验室电脑的桌面上,打开“智能仪器实验 \labsql Examples”文件夹,完成 labview 的数据库 3 个操作实例的练习: 1、 将 labsql 装入: 将文件夹 LabSQL ADO functions 整个复制到 C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 7.0\user.lib\文件夹内。 2、然后开启 LabVIEW,此时会在 block 面板的 User Libraries 下找到 LabSQL 元件。 3、学习如何使用 labsql 文档,按“如何使用 labsql.doc”文档设置。 4、练习实验例程 labsql Examples 文件夹内的三个例程。 5、模仿 3 个例程,自己建立 3 个例程,要求修改 SQL 语句。 三、实验步骤 1、熟悉程序的设计和调试方法。 2、熟悉教学软件中给出的应用实例。 3、编程、调试实现实验内容。

实验四、HD7279 键盘/显示实验
一、实验目的 1、掌握 MCS-51 系统中,扩展 HD7279 键盘显示接口的方法。 2、掌握 HD7279 工作原理及编程方法。 二、实验内容 在自制的 HD7279 键盘功能板上,安装好仿真器 1、完成 HD7279 的六个纯指令的功能 2、完成 HD7279 的六个带数据指令的功能 3、按下按键,完成读按键功能,自行设计以点亮某个数码管为读按键正确标志。 三、实验说明 利用 HD8279 可以实现对键盘/显示器的自动扫描,以减轻 CPU 负担,具有显示稳定, 程序简单,不会出现误动作等特点。下图为 HD7279 和 MCU 的典型接法。

图 1 HD7279 和 MCU 的典型接法 HD7279 的指令如下所列: 纯指令: 复位指令:0A4H 测试指令:0BFH 左移指令:0A1H 右移指令:0A0H 循环左移:0A3H 循环右移:0A2H 带数据指令: 1、下载数据并按方式 0 译码 数据格式 1 0 0 0 0 a2 a1 a0 dp x x x d3 d2 d1 d0 2、下载数据并按方式 1 译码 数据格式 1 1 0 0 1 a2 a1 a0 dp x x x d3 d2 d1 d0 3、下载数据但不译码 数据格式 1 0 0 1 0 a2 a1 a0 dp a b c d e f g 4、闪烁控制 数据格式 1 0 0 0 1 0 0 0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 5、消隐控制 数据格式 1 0 0 1 1 0 0 0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0

6、段点亮控制 7、段关闭控制 读键盘指令:

数据格式 1 1 1 0 0 0 0 0 数据格式 1 1 0 0 0 0 0 0 数据格式 0 0 0 1 0 1 0 1

X X d5 d4 d3 d2 d1 d0 X X d5 d4 d3 d2 d1 d0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0

四、实验步骤 1、在自制电路板上安装好仿真器并完成设置。 2、编写程序代码,完成实验内容的要求。 附 1:自制 HD7279 功能板电路原理图
7 6 5 3 2 A F B A F 1 B D S S D D S D S S D D 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 LED1 6 S

LED-4

1

2

3

1

2

F

B

F

3

A

8

.

8

.

8

.

8

.

8

.

A

8

.

8

.

8

D

D

D

D

D

N

N

N

N

N

G

G

G

G

G

4

G

N

D

D

P

N

P

E

D

D

C

G

G

E

D

D

C

G

7

8

9

7

8

0

1

2

9

0

1

1

1

1

1

1

HD7279









C

8

P

4

P

E

D

C

G

E

D

C

S

S

D

S

S

D

S

S

D

S

S

G

VCC

U

3

1

R

1

2

Vcc

C10

2

RESET

2

Vcc

R

3

C

2

N

C

4

CLK0

2

5

6

7

8

D

G

N

D

Vss

5

DIG7

2

4

D

N

C

P2.2

6

DIG6

2

3

D

C

S

P1.1

7

DIG5

2

2

D

CLK

P1.2

8

DIG4

2

1

D

DATA

P1.3

9

DIG3

2

0

D

KEY

1

0

DIG2

1

9

D

S

G

1

1

DIG1

1

8

D

S

F

1

2

DIG0

1

S

E

D

1

3

P

1

S

D

S

1

4

A

1

5

6

7

0

1

2

3

4

5

6

7

5

K

10k*4

R

6

R

7

R

8

R

S

C

S

B

S

1

S

2

S

3

9

S

HD7279A

100k*8

R10

200*8

4

D

0

1

2

G

N

D

4

.

B

LED-4

LED2

D

R11

S

5

S

6

S

7

S

R12

8

S

R13

S

9

S10

S11

R14

S12

S

R15

S13

S14

S15

R16

S16

S

R17

R18

S

R19

R20

S

R21

R22

S

R23

R24

S

R26

G

N

附 2:自制 HD7279 功能板电路板 HD7279 位置
MAX531 X5045
1

D

单片机

ADC0809

HD7279

2

1

2

1

2

1

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

1

2

2

2

1

1

2

1

3

1

2

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

2

1

2

1

2

1 0

1

40

9

1

1

16

1

2

2

2

39

8

1

2

2

15

3

3

38

7

2

1

3

14

4

4

37

6

3

7

8

9

10

11

12

7

8

9

10

11

12

6

2

1

4

13

1

2

5

5

36

5

4

7 2 3 5 12 6 6 35 4 5

8 6 4 11 1 7 7 34 3 6 2 2

9 7 5 10 8 8 33 2 7 1 28 2 2 2 2

8

9

9

32

1

8

1

2

27

1

8

10

31

3

26

1

1

1

1

1 0

14

1

8

2

7

11

30

4

25

2

13

2

2

7

1

6

12

29

2

5

24

3

12

3

6

5

13

28

8

6

23

4

11

1

4

5

2

4

14

27

7

7

22 2 2 2 2

2

5

10

3

15

26

6

8

21

6

9

1

2

16

25

5

1

9

20 1 1 1 1

1

7

8

2

1

17

24

4

10

19

18

23

3

11

18

1

2

1

19

22

2

12

17

2

1

1

28

20

21

1

13

16 2 2 2 2

2

2

27

1

2

2

14

15

2

1

3

26

1

2 1 1 1 1

1

4

25

5

24

1

2

1

20

1

2

6

23

2

19

1

7

22

1

14

1

14

3

18 2 2 2 2

2

8

21

2

13

2

13

4

17

3

2

1

9

20

3

12

3

12

5

16 1 1 1 1

4

1

2

1

10

19

4

11

4

11

6

15

5

3

11

18

5

10

5

10

7

14

6

2

12

17

6

9

6

9

8

13

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

2

2

7

13

16

7

8

7

8

9

12

8

2

1

14

15

10

11

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

1

G

F

E

D

C

B

A

P

G

N

Header

8

Header

8

P

Header

8

P

P

D

6

4

3

8

7

6

5

4

3

2

1

8

7

6

5

4

3

2

1

8

7

6

5

4

3

2

1

C

7

1

9

2 1

9

K

3 1

9

K

4 1 VCC

9

K

5 1

9

K

6 1

9

K

7 1

9

K

8 1

9

K

DCS VCC

S

S

SCS

C

P2.2

RET

P2.0

CLK

SCK

DIN

SCLK

P1.3

P1.2

P1.1

SID

P0.7

P0.6

P0.5

P0.4

P0.3

P0.2

P0.1

P0.0

1

I S

O

K

2

2

2

2

2

2

2

2

3

3

3

3

3

3

3

3

4

一、实验目的 1、了解物理量转换成电信号的工作原理 2.、掌握 ADC0809 的使用方法,提高数据处理的程序设计方法和调试能力。

二、实验内容 A/D 转换器大致分有三类:一是双积分 A/D 转换器,优点是精度高,抗干扰性好,价 格便宜,但速度慢;二是逐次逼近式 A/D 转换器,精度、速度、价格适中;三是并行 A/D 转换器,速度快,价格也昂贵。实验用 ADC0809 属第二类,是 8 位 A/D 转换器。每采集一 次一般需 100μ s。 单片机部分最小系统电路原理图如下。

ADC0809 部分电路原理如下图。
4 8 7 6 5 4 3 2 1 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 U P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 P1.7/CEX4 P1.6/CEX3 P1.5/CEX2 P1.4/CEX1 P1.3/CEX0 P1.2/ECI P1.1/T2EX P1.0/T2 P0.7/AD7 P0.6/AD6 P0.5/AD5 P0.4/AD4 P0.3/AD3 P0.2/AD2 P0.1/AD1 P0.0/AD0 VCC 2 G N ALE/PROG D P3.3/INT1 P3.2/INT0 P3.1/TxD P3.0/RxD P3.6/WR P3.7/RD EA/VPP P3.5/T1 XTAL2 XTAL1 P3.4/T0 PSEN RST 4K7 Res2 R 3 1 1 1 1 1 1 1 1 3 2 3 9 1 1 7 6 5 4 3 2 1 0 0 9 1 8 9 ALE S17 R W INT1 TXD RXD RST 1 2 D R 1 RESET C VCC 0 6 XTAL 1 u P F 5 1 2 3 4 5 6 7 8 C11 C 9 VCC G N D

8

7

6

5

89C51

图中 P3~P6 为单排针,将单片机的 P0~P3 口引出。

P2.7/A15

P2.6/A14

P2.5/A13

P2.4/A12

VSS

2

实验五、压力测量实验(演示)

0

G

N

D

Header

8

G

G

N

N

D

D

P0.7

P0.6

P0.5

P0.4

P0.3

P0.2

P0.1

P0.0

ALE

1

1

1

1

1

1

0

8

7

4

3

8

7

4

3

1

1

SN74LS373N

U

G

D

D

D

D

D

D

D

D

L

O

7

N

8

7

6

5

4

3

2

1

E E

D

A/D

VCC

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

三、实验步骤
8 7 6 5 4 3 2 1 1 1 1 1 9 6 5 2 2 9 6 5 2 0 Q Q Q 0.1uF C21 3 2 1 VCC ALE 3 2 U9A D CLK 1 4 VCC CLR P R 74LS74 0.1uF C22 Q Q 6 5 G N D R P2.0 W INT1 D R 9 8 6 5 1 U6C U6B SN7402N SN7402N 1 4 2 0 VCC C20 P0.1 P0.3 IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 1 1 1 1 1 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 * U D G REF(+) VCC CLK O D EOC START IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 8 1 N E 3 D REF(-) A A A ALE D D D D D D D D D D D D IN0 IN1 IN2 2 0 4 5 6 7 C B A 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 P0.2 P0.0 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 Q Q Q IN0 IN1 IN2 3 2 1





G

N

D

U6A

SN7402N

1、旋转电位器。模拟压力信号,编写 ADC0809 程序,编译排除语法错误,接仿真器 调试,可采用延时、中断、查询任一方法读取 AD 转换结果,利用变量观察窗口观察转换结 果(必须在程序停止运行才可观察) 。 2、将转换结果显示在 LED 数码管上,利用 hd7279.h 头文件,直接调用 write_hd7279 函数就可将转换结果显示在 LED 上。

图中 74373 锁存器锁存地址信号,选择 ADC0809 通道,7474D 触发器对 ALE 信号 2 分频,给 ADC0809 做 CLK 信号。7402 为与非门芯片。 注意以上电路原理图网络标号的用法。仔细阅读原理图,了解 A/D 转换芯片 ADC0809 转换性能及编程方法。采用 ADC0809,由电位器提供模拟量输入。编制程序,将模拟量转 换成数字量,并通过给出的 HD7279 例程在 LED 上显示转换结果。 (HD7279 程序已.h 文件 的形式给出)

3

实验六、LabVIEW 串行通信实验
一、实验目的 1、在完成实验 1-3,具备 LabVIEW 基本应用基础上,完成对硬件(PC 串口)的控制。 2、进一步熟悉 LabVIEW 的开发调试方法,为 LabVIEW 的进阶应用打下基础。 二、基础知识 LabVIEW 的串口相关函数查找位置如下图所示

其中必须掌握的串口函数是 VISA 配置串口、VISA 写入、VISA 读取、VISA 关闭。 此实验应该还会用到“属性节点”的操作。 三、实验内容 1、熟悉 LabVIEW 的串口相关函数。 2、设计 PC 上位机串行通信软件。 四、实验步骤 1、设计的 PC 上位机通信软件应该具有以下基本功能: (1)串口选择输入 (2)波特率选择或输入 (3)数据位选择或输入 (4)校验位选择或输入 (5)有写串口(发送)及读串口(接收)对话框。

2、自制电路板与 PC 联机采用 RS-232 电缆,PC 机端采用自行设计的 LabVIEW 软件接 收单片机发送的信息或给单片机发信息。 (也可以用 DB9 串口的 2、3 引脚短接完成 PC 机 自发自收)

DB9端子
2 1 2 1 2 2

MAX232
1 1 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 2 1

1

2

1

3

1

2

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

2

1

2

1

2

1 0

1

40

9

1

1

16

1

2

2

2

39

8

1

2

2

15

3

3

38

7

2

1

3

14

4

4

37

6

3

7

8

9

10

11

12

7

8

9

10

11

12

6

2

1

4

13

1

2

5

5

36

5

4

7 2 3 5 12 6 6 35 4 5

8 6 4 11 1 7 7 34 3 6 2 2

9 7 5 10 8 8 33 2 7 1 28 2 2 2 2

8

9

9

32

1

8

1

2

27

1

8

10

31

3

26

1

1

1

1

1 0

14

1

8

2

7

11

30

4

25

2

13

2

2

7

1

6

12

29

2

5

24

3

12

3

6

5

13

28

8

6

23

4

11

1

4

5

2

4

14

27

7

7

22 2 2 2 2

2

5

10

3

15

26

6

8

21

6

9

1

2

16

25

5

1

9

20 1 1 1 1

1

7

8

2

1

17

24

4

10

19

18

23

3

11

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自制实验板串行口布局。 3、 设计的 PC 上位机通信软件还可具有以下扩展功能: (1)可以对发送及接收字符进行计数。 (2)可以发送或接受文件。 (3)可以自行设计通信故障检测报警等功能。


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