第八章：智能仪器设计实例(1设计原则与设计步骤)

一．设计目的及意义 (2)1.1 设计目的 (2)1.2 示意图 (2)二.设计内容及要求 (3)2.1设计题目 (3)2.2设计内容 (3)2.3设计要求 (3)三.设计步骤及设备 (4)3.1设计步骤 (4)3.2设计所需设备 (4)四．硬件电路设计 (5)4.1单片机电路 (5)4.2显示及键盘接口电路 (5)4.3 D/A转换电路 (6)4.4 USB串口模块 (7)4.5 复位电路 (7)4.6路LED (8)4.7 PCB原理图 (10)五．程序设计 (11)六．软硬件调试 (19)6.1在单片机编程中主要出现问题： (19)七．心得体会 (20)八．波形图 (21)一．设计目的及意义1.1设计目的（1）掌握动态LED显示及键盘设计原理，使学生对智能仪器中最基本的输入输出方法具有感性认识。

（2）熟练掌握HC6800开发板的使用。

（3）通过一个相对完整的程序编程，使学生能够将单片机知识和智能仪器的设计融会贯通，同时掌握对智能仪器的软件构成及“硬件软化”方法。

波形发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最广泛的通用仪器之一。

在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件及整机设备时，都需要用信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。

信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器、它可以产生多种波形信号，如正弦波、三角波、方波等，因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。

此次课程设计使我们能够学以致用，将自己所学的理论知识用于实践，提高我们动手能力，也使我们初步掌握一些分析问题和解决问题的方法，使我们从中体会到理论问题转化为实际问题所要经过的过程和两者之间的差距。

1.2示意图二.设计内容及要求2.1设计题目输出上斜锯齿波、正弦波。

2.2设计内容（1）显示亮度大且均匀。

（2）按键需去斗抖。

《智能仪器设计》课程教学大纲Design of intelligent Instrument一、课程教学目标1、任务和地位：没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进。

要测量就必须有正确的测量方法和先进的仪器仪表。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都不得发生了巨大变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测试仪器——智能仪器。

现在很多厂商、研究所以及高等院校都在研制开发各种智能化测量控制仪表，广大的仪表设计、生产和使用人员都不得迫切希望了解和掌握单片机在测量控制仪表中的应用技术。

为了跟上时代的步伐，本课程是测控专业学生必不可少的一门技术基础课。

2、知识要求：要求必须具备电路、电子仪器与测量技术、汇编原理及单片机原理的学习知识，通过本课程的学习为以后学生出去工作打下基础。

3、能力要求：系统地阐述基于单片机的智能化测量控制仪表的基本原理与设计方法，智能化测量控制仪表的人机接口、过程通道接口、串行和并行通讯接口、硬件和软件抗干扰技术、数据处理技术、仪表硬件及软件的设计方法。

通过课程设计加强学生综合知识的应用能力和设计动手能力。

二、教学内容的基本要求和学时分配2、具体要求：第一章绪论[目的要求]让学生了解智能化测量控制仪表的功能特点、智能化测量控制仪表的设计方法[教学内容]学习智能化测量控制仪表的基本与发展、智能化测量控制仪表的功能特点、智能化测量控制仪表的设计方法[重点难点]智能化测量控制仪表的功能特点[教学方法]板书，以教、学相结合来进行讲解。

[作业]课后复习思考题[课时]0.5学时第二章智能化测量控制仪表中专用微处理机[目的要求]让学生掌握MCS－51系列单片机的结构、MCS－51单片机的指令系统[教学内容]介绍了MCS－51系列单片机的特点、 MCS－51系列单片机的结构、CHMOS型单片机的节电工作方式、MCS－51单片机的指令系统[重点难点]MCS－51系列单片机的结构、CHMOS型单片机的节电工作方式、MCS －51单片机的指令系统[教学方法]板书，以教、学相结合来进行讲解。

前言随着社会的进步和发展和人们生活水平的不断提高，智能化已经成为我们生活的一部分。

它是现代仪器仪表的发展趋势，许多嵌入式系统，电子技术和现场总线领域的新技术被应用于智能仪器仪表的设计，尤其是许多嵌入式系统的许多新理念极大的促进了智能仪器仪表技术的发展，近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。

使智能仪器的功能向更高的层次发展。

同时，人工智能的创始者之一，诺贝尔金奖者认为，人工智能的研究可以视为计算机科学技术的分支。

本次设计的总体设计方案共分为4个部分：（1）电子秤的设计方案（2）设计思路（3）部分电路设计（4）软件组成，这4个部分涵盖了本次设计的全部过程。

本系统采用单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。

系统的硬件部分包括最小系统板，数据采集、人机交互界面三大部分。

最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D 转换部分组成。

人机界面部分为键盘输入和128 64点阵式液晶显示，可以直观的显示中文，使用方便。

设计过程中还有许多不足之处，望老师给予批评指正。

第一章几种软件的介绍1.1 MATLAB概述应用MATLAB的Simulink仿真实验方法可以建立仿真的实验环境。

直接应用MATLAB工具箱中的测量仪器或构建满足工作需要的测量仪器，既能提高仿真实验工作的效率，又使仿真实验丰富多彩。

本章介绍应用Simulink构建和使用测量仪器的方法。

1.2 电压测量1.2.1 正弦波示波器用计算机仿真的示波器应用的是数字技术，可以观测单次现象，正确设置参数后，可以保持结束时的波形。

如图1-1所示图1-1 正弦波仿真框图正弦波的示波显示如图1-2所示图1-2 正弦波示波显示1.2.2数字式电压表数字式电压表取自LED（自发光）二极管模块如图1-3所示图1-3数字式电压表仿真框图1.2.3 指针式电压表指针式仪表将输入的量值用图形化的指针与相应的刻度表示出来，并通过参数设置对话框来设置仪表的外观、量程、刻度、颜色及字型等。

智能仪器仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解智能仪器仪表的基本原理，掌握其功能、分类及在工程领域的应用。

2. 学会分析智能仪器仪表的电路结构，了解其主要部件的工作原理及相互关系。

3. 掌握智能仪器仪表使用及维护的基本方法，具备解决实际问题的能力。

技能目标：1. 能够运用所学知识，对智能仪器仪表进行简单的操作与调试。

2. 能够分析并解决智能仪器仪表使用过程中出现的常见故障。

3. 培养学生的动手实践能力，提高团队协作和沟通能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对智能仪器仪表的兴趣，激发他们探索科学技术的热情。

2. 增强学生的责任感，使其认识到智能仪器仪表在工程领域的重要作用。

3. 培养学生严谨、务实的科学态度，提高他们的创新意识和创新能力。

本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，旨在使学生掌握智能仪器仪表的基本知识，提高实践操作能力，培养他们的创新精神和团队协作能力。

课程目标具体、可衡量，便于教师进行教学设计和评估。

通过本课程的学习，学生将能够更好地适应未来工程领域的发展需求。

二、教学内容1. 智能仪器仪表概述- 了解智能仪器仪表的发展历程、功能特点及分类。

- 掌握智能仪器仪表在工程领域的应用。

2. 智能仪器仪表的原理与结构- 学习传感器、执行器、微处理器等主要部件的工作原理。

- 分析典型智能仪器仪表的电路结构及其相互关系。

3. 智能仪器仪表的使用与维护- 掌握智能仪器仪表的安装、调试、操作方法。

- 学会智能仪器仪表的日常维护及故障排除。

4. 智能仪器仪表实践操作- 设计并实施简单的智能仪器仪表操作实验。

- 分析实验结果，解决实际问题。

5. 智能仪器仪表案例分析- 研究典型智能仪器仪表在实际工程中的应用案例。

- 分析案例中智能仪器仪表的作用和价值。

教学内容依据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。

教学大纲明确教学内容安排和进度，与教材章节相对应。

通过本章节的学习，学生将全面了解智能仪器仪表的相关知识，为实际应用打下坚实基础。

智能仪器设备的设计与开发智能仪器设备的设计与开发已经成为现代科技领域中的热门研究课题。

随着信息技术的快速发展和人工智能的兴起，智能仪器设备具备了更高的智能化水平和功能拓展性，成功地应用于各个行业和领域，极大地提高了生产效率、降低了成本，推动了科技创新的进程。

一、智能仪器设备的定义智能仪器设备是指集传感器、控制单元、数据处理单元和执行器等功能于一体的高科技仪器设备。

通过传感器采集数据，经过控制单元进行处理分析，并通过数据处理单元运算得出结果，最终通过执行器实现对物理环境的控制和反馈。

智能仪器设备具备自主学习能力和适应性，能够自动感知和反应环境的变化，并作出相应的决策，实现智能化操作和控制。

二、智能仪器设备的设计要点1. 系统集成设计：智能仪器设备的设计需要考虑各个功能模块的集成，以尽可能减小设备的体积和重量，并提高整体性能和可靠性。

2. 传感器选择与优化：合理选择传感器种类和参数，根据应用场景对传感器进行优化设计，以确保测量精度和稳定性。

3. 控制算法设计：根据系统需求，设计合适的控制算法，包括数据采集、信号处理、决策判断和反馈控制等步骤，以实现智能化的操作。

4. 数据处理与分析：采用合适的数据处理和分析方法，对采集到的大量数据进行处理和提取有用信息，为后续的决策和控制提供支持。

5. 人机交互设计：为用户提供友好的人机交互界面，使其能够方便地操作和监控智能仪器设备，提供良好的用户体验。

三、智能仪器设备的开发流程智能仪器设备的开发流程一般包括需求分析、系统设计、硬件开发、软件开发、调试测试和产品发布等多个阶段。

1. 需求分析：明确智能仪器设备的功能需求和性能要求，包括测量范围、测量精度、响应速度等方面。

2. 系统设计：根据需求分析结果进行系统整体设计，包括硬件设计、软件设计和算法设计等。

3. 硬件开发：根据系统设计要求，进行电路设计和电路板布局，选取合适的元器件进行组装和连接。

4. 软件开发：实现系统的控制和数据处理等功能，编写相应的程序代码，确保系统的稳定运行。

智能仪器课程设计报告一、课程设计目的智能仪器课程设计是一门综合性实践课程，旨在培养我们对智能仪器的设计、开发和应用能力。

通过本次课程设计，我们要将所学的理论知识应用到实际项目中，提高我们的工程实践能力、创新能力和解决问题的能力。

二、课程设计要求本次课程设计要求我们设计一款具有特定功能的智能仪器。

具体要求包括：1、明确仪器的功能和性能指标。

2、选择合适的传感器、微处理器和其他电子元件。

3、设计硬件电路，包括信号调理、数据采集、处理和控制等部分。

4、编写软件程序，实现仪器的功能控制和数据处理。

5、进行系统调试和性能测试，确保仪器满足设计要求。

三、设计方案（一）功能需求分析经过充分的讨论和分析，我们确定设计一款智能温度测量仪。

该仪器能够实时测量环境温度，并在液晶显示屏上显示温度值。

同时，当温度超过设定的阈值时，能够发出声光报警信号。

（二）传感器选择考虑到测量精度和成本等因素，我们选择了数字式温度传感器DS18B20。

该传感器具有精度高、接口简单、易于编程等优点，能够满足我们的设计需求。

（三）微处理器选择我们选用了 STM32F103 微处理器作为系统的控制核心。

STM32F103 具有丰富的资源、高性能和低功耗等特点，能够为系统的稳定运行提供保障。

（四）硬件电路设计1、电源电路设计了稳定的 5V 和 33V 电源电路，为整个系统提供可靠的电源。

2、传感器接口电路根据DS18B20 的接口规范，设计了传感器与微处理器的连接电路。

3、显示电路选用了液晶显示屏（LCD1602），通过微处理器的 GPIO 口进行控制，实现温度值的显示。

4、声光报警电路当温度超过设定阈值时，通过驱动蜂鸣器和发光二极管实现声光报警。

（五）软件设计1、系统初始化包括微处理器的时钟配置、GPIO 口初始化、定时器初始化等。

2、传感器驱动程序编写了 DS18B20 的驱动程序，实现温度数据的读取。

3、数据处理程序对读取的温度数据进行处理，转换为实际的温度值。

《智能仪器设计》课程设计报告学院：太原理工大学信息工程学院专业班级：自动化0803姓名：张胜超学号：2008001129题目号：27目录零. 摘要 (4)0.1 摘要 (4)0.2 Abstract (5)一. 设计目的及原理 (7)1.1设计题目和目的 (7)1.1.1设计题目 (7)1.1.2设计目的 (7)1.2设计基本要求 .............................................................................. 错误！未定义书签。

1.3设计原理 (8)二．硬件设计 (8)2.1系统原理框图 (8)2.1.1STC89C51简介 (9)2.1.2 产品外观 (9)2.2基本模块简介…………………………………………………………...错误！未定义书签。

2.2.1 Pt100温度测量接口技术.................................................... 错误！未定义书签。

2.2.2热电阻PT100信号调理电路设计 ...................................... 错误！未定义书签。

2.2.3功率输出电路 ...................................................................... 错误！未定义书签。

2.2.4 4-20mA电流输出电路 ........................................................ 错误！未定义书签。

2.2.5数码管显示及指示电路 ...................................................... 错误！未定义书签。

2.2.6按键电路 .............................................................................. 错误！未定义书签。

《智能仪器》课程设计指导书一.课程设计的目的：本课程是电子信息工程技术专业的专业基本能力训练课程，其目的是通过本课程设计，使学生掌握智能仪器的一般设计方法，熟悉系统硬件和软件的一般开发环境和开发流程，为设计和开发智能仪器打下坚实的基础。

培养学生基于单片机应用系统的分析和设计能力和专业知识综合应用能力，同时提高学生分析问题和解决问题的能力以及实际动手能力，为日后工作奠定良好的基础。

二.设计题目：1.智能型温度测量仪的设计2.智能型DVM的设计3.智能频率测试仪的设计三.内容和要求1.掌握运用有关知识①.智能仪器典型处理功能及实现方法；②.智能型温度测量仪电路结构以及各主要功能部件的电路原理、软件结构和各功能软件的作用、仪表误差处理的方法；③.智能型DVM的组成原理及实现的基本方法；④.通用计数器的测量原理，包括测频法、测周法、多周期同步测量技术等；智能仪器软、硬件抗干扰的基本原理及实用方法；⑤.智能仪器软、硬件抗干扰的基本原理及实用方法；学生应掌握上述第①、⑤项和②～④项中的一项。

2.基本操作技能①.对常用电子仪器的熟练操作能力；②.对智能仪器简单故障的诊断与调试能力；③.对单片机开发工具的熟练操作使用能力；④.电子CAD工具的操作能力四.组织方式学生2人一组，每组选择一设计题目。

每个课题组应根据课题的任务和功能，完成系统方案论证，系统硬件框图设计，并设计绘制电气原理图：系统程序设计（含程序流程图，源程序）；面板设计，操作方法说明文档的编写等。

分组独立完成设计任务及文档资料，每个学生设计完成后交一份课程设计报告。

系统方案论证，系统硬件设计，原理图绘制：系统程序设计（含程序流程图，源程序）；面板设计，操作方法说明文档的编写等在教室进行。

软、硬件调试在单片机实验室，每组一套设备单独进行。

五.课程设计报告书应包括的内容：1．设计题目2．设计任务和设计要求3．总体方案论证与选择（设计2~3个可以实现设计要求的总体方案，简要说明各方案的工作原理和优缺点，简要说明被选中方案的特点）。

智能化仪器的设计与开发研究在当今科技飞速发展的时代，智能化仪器已经成为各个领域不可或缺的重要工具。

从医疗保健到工业生产，从环境监测到科学研究，智能化仪器以其高效、精准和便捷的特点，为我们的生活和工作带来了巨大的改变。

本文将深入探讨智能化仪器的设计与开发，包括其基本原理、关键技术以及未来的发展趋势。

一、智能化仪器的基本概念智能化仪器是指将计算机技术、传感器技术、通信技术等多种先进技术融合在一起，能够自动采集、处理、分析和传输数据的仪器设备。

与传统仪器相比，智能化仪器具有更高的精度、更强的适应性和更便捷的操作方式。

它能够根据不同的测量任务自动调整测量参数，对测量数据进行实时处理和分析，并通过网络将数据传输到远程终端，实现远程监控和管理。

二、智能化仪器的设计原则1、准确性原则准确性是智能化仪器设计的首要原则。

仪器的测量结果必须准确可靠，能够满足实际应用的要求。

为了保证准确性，在设计过程中需要选择高精度的传感器、优化测量电路、采用先进的信号处理算法等。

2、可靠性原则可靠性是智能化仪器长期稳定运行的保障。

仪器应具备良好的抗干扰能力，能够在恶劣的环境条件下正常工作。

同时，仪器的硬件和软件应经过严格的测试和验证，确保其稳定性和可靠性。

3、便捷性原则便捷性是提高用户体验的关键。

智能化仪器应具有简洁直观的操作界面，方便用户进行操作和设置。

此外，仪器的维护和维修也应简单便捷，降低使用成本。

4、开放性原则开放性是指智能化仪器应具备良好的兼容性和扩展性。

能够与其他设备进行无缝连接，方便数据共享和系统集成。

同时，仪器的软件和硬件应支持升级和扩展，以满足不断变化的需求。

三、智能化仪器的关键技术1、传感器技术传感器是智能化仪器的核心部件，它负责将物理量、化学量等转换成电信号。

目前，各种新型传感器不断涌现，如微机电系统（MEMS）传感器、光纤传感器、生物传感器等，这些传感器具有体积小、精度高、响应快等优点，为智能化仪器的发展提供了有力支持。

前言随着社会的进步和发展和人们生活水平的不断提高，智能化已经成为我们生活的一部分。

它是现代仪器仪表的发展趋势，许多嵌入式系统，电子技术和现场总线领域的新技术被应用于智能仪器仪表的设计，尤其是许多嵌入式系统的许多新理念极大的促进了智能仪器仪表技术的发展，近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。

使智能仪器的功能向更高的层次发展。

同时，人工智能的创始者之一，诺贝尔金奖者认为，人工智能的研究可以视为计算机科学技术的分支。

本次设计的总体设计方案共分为4个部分：（1）电子秤的设计方案（2）设计思路（3）部分电路设计（4）软件组成，这4个部分涵盖了本次设计的全部过程。

本系统采用单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。

系统的硬件部分包括最小系统板，数据采集、人机交互界面三大部分。

最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D 转换部分组成。

人机界面部分为键盘输入和128 64点阵式液晶显示，可以直观的显示中文，使用方便。

设计过程中还有许多不足之处，望老师给予批评指正。

第一章几种软件的介绍1.1 MATLAB概述应用MATLAB的Simulink仿真实验方法可以建立仿真的实验环境。

直接应用MATLAB工具箱中的测量仪器或构建满足工作需要的测量仪器，既能提高仿真实验工作的效率，又使仿真实验丰富多彩。

本章介绍应用Simulink构建和使用测量仪器的方法。

1.2 电压测量1.2.1 正弦波示波器用计算机仿真的示波器应用的是数字技术，可以观测单次现象，正确设置参数后，可以保持结束时的波形。

如图1-1所示图1-1 正弦波仿真框图正弦波的示波显示如图1-2所示图1-2 正弦波示波显示1.2.2数字式电压表数字式电压表取自LED（自发光）二极管模块如图1-3所示图1-3数字式电压表仿真框图1.2.3 指针式电压表指针式仪表将输入的量值用图形化的指针与相应的刻度表示出来，并通过参数设置对话框来设置仪表的外观、量程、刻度、颜色及字型等。