智能仪器实验教材..docVIP

附录：智能仪器实验平台简介 智能仪器课程是一门综合性、实践性强的课程，涉及到基础理论及各种当代新技术的具体应用，要求学生不仅能够掌握书本上的理论知识，还要具有实践动手能力甚至系统开发能力。考虑本科学生的水平差异，对于能力相对较差的学生，实验平台设计了几个基本的演示程序，包括：信号源输出、放大、滤波、采集、键盘显示、串行通信等，通过串行口与计算机相连，计算机带有为学生提供的参数设置及数据显示面板，学生通过对参数设置，可以观察到不同的数据结果，提高学生对课程知识的理解能力。对于能力较好，但知识面相对单一的学生，可让其在了解接口定义的基础上单独设计CPLD程序或单片机程序，使其在该方面能力加强的同时又能增加对相关知识的了解。而对于成绩好、实践能力强的优秀学生，则该平台只是为其提供一个硬件基础，给其提供硬件接口后，可以根据自己需要任意发挥以实现自身需要的各种功能。 I I-I硬件资源 智能仪器实验开发平台集中了单双极性输入通道、程控放大、模拟滤波、16位A/D转换及CPLD技术和单片机技术，并具有超过128KB的大存储空间，集中体现了智能仪器课程所涉及到的各种软硬件技术，非常适合大学本科生的学习以及在此基础上的进一步开发。智能仪器实验开发平台采用模块化设计，整个平台设有一个母板，该母板具有四个相同规格的扩展部分，每个扩展部分设四个插口，每个插口对应的分别为单片机的P0、P1、P2、P3口设计时将单片机作为控制部分的核心，因此单片机板独立占用其中一个扩展，显示部分采用液晶模块完成，该部分还设有四个按键作为组合按键使用。第三个部分为基于CPLD的16位数据采集部分，设有两个独立输入通道，每个通道可设置为单极性输入或双极性输入，具有程控放大、模拟滤波等功能，CPLD控制A/D转换器完成数据的采集工作，数据采集的采样频率可设置为10KHz、20KHz … 500KHz，采样点数可以根据要求设置。平台的最后一个扩展部分为空，留给平台的使用者做扩展使用，根据要求自己独立设计该部分的电路。 图1俯视尺寸规格图（单位：毫米） 除平台能够独立完成各项实验项目外，为实现对采集的数据进行图形化显示，该平台还可以通过标准的RS-232接口与PC机连接，通过PC机的显示器将数据波形显示出来，同时还可以利用该串行接口对单片机进行仿真或传输控制参数使其工作在设定模式下。整个功能框图如图2所示。 图2 功能框图 i、CPU控制模块 该模块包括单片机、大容量RAM数据存储和RS-232串行数据通信接口。 整个实验平台以单片机SST89V564RD为控制处理核心。美国SST公司生产的SST89系列单片机是一款非常有特色的以8051内核为核心的新型8位单片机。它具有独特的FLASH技术和小扇区结构设计，其最大的特点是采用在应用可编程和在系统可编程技术，在不占用用户资源和无须改动硬件的情况下，可直接通过串口在系统仿真，在线实现远程升级，无须专用仿真器和编程器。SST89系列单片机还在其他功能上较之传统的51单片机有了长足的改进和进步，如片内含有大容量的RAM数据存储器，其独特的DPTR数据指针结构使得在进行查表寻址运算时更加方便。正是因为SST89系列单片机所具有的优点，而且价格低廉，因此在仿真器和下载仪中得到广泛的应用。根据本系统实际需要选用SST公司的3.3V供电的SST89V564RD 单片机。 为满足因高速采集和大量数据计算所需要的大容量存储器，该模块包含了一片存储容量为128KB的高速RAM存储器，单片机利用分页方式对其访问。另外，该模块上还包含了单片机对PC机通信的RS-232芯片。 整个模块的结构如下图所示： 图3 CPU控制模块结构图 ii、基于CPLD的采集模块 该模块以CPLD为控制处理核心，利用CPLD的I/O与单片机的总线连接，通过单片机总线将控制字写入CPLD内部的存储器，而CPLD则通过读取存储器控制字的方式按单片机的要求工作。由于该方式使用非常灵活，如果CPLD不是挂接在单片机总线而是其它的控制总线，则只要控制字能够满足要求，该模块同样可以进行工作。CPLD根据控制字的要求可以控制该模块实现以下功能：输入信号的程控放大及滤波，数据采集频率及采集点数，实现对模块自带RAM的读写以及产生简单的信号源供测试使用。该模块共有两个输入通道和一个信号源输出通道。 整个模块的结构如下图示： 图4 数据采集模块结构示意图 为提高实验平台的性能，本模块选用的A/D转换器为16位转换精度且其最大采样频率为500KHz，能够满足很多数据采集的需要。 iii、液晶显示模块 该模块包含一块字符型液晶屏、4个按键和8个显示状态信息的LED发光二极管。 平台独立运行时，利用字符型液晶模块显示按键控制信息和平台的部分运行结果，同时，LED二极管可以给出单片机P0口