1、智能儀器期末復習第一章一、智能儀器：是計算機技術與測試技術相結合的產物，含有微計算機或微處理器的測量儀器。二、虛擬儀器：通常由計算機、儀器模塊、軟件模塊3部分組成。三、智能儀器發展趨勢 ：1、微型化2、多功能化3、人工智能化4、網絡化四、智能儀器的分類：1、微機內嵌（內藏）式 2、微機擴展式 五、智能儀器由兩大部分組成：硬件部分、軟件部分。六、智能儀器的特點：1) 操作自動化2) 自測功能 3) 數據分析和處理功能 4) 友好的人機對話功能 5) 可程控操作能力第二章一、單通道結構: 當被測信號只有一路時采用。傳感器信號調理電路S/HA/DCPU多通道結構：P10二、傳感器的分類：按轉換原理分

2、類：物理傳感器和化學傳感器 按輸出信號分類：模擬傳感器、數字傳感器和開關傳感器 三、傳感器性能指標：線性范圍、精度、靈敏度、穩定性、頻率響應特性四、放大器：1、 程控放大器(PGA)：程控反相放大器、程控同相放大器、集成程控放大器2、 隔離放大器：1) 光電耦合隔離放大器2) 變壓器耦合隔離放大器3) 電容耦合隔離放大器五、模擬多路開關：機械觸點式開關和集成模擬電子開關六、A/D轉換器 過程：采樣量化編碼七、并聯A/D由分壓電阻鏈、電壓比較器、寄存器、優先編碼器組合成八、A/D技術指標有轉換精度（采用分辨率和轉換誤差來描述）和轉換速度九、A/D轉換器與微處理器相連應考慮的問題：（1）數據輸出線

3、的連接，按數據線的輸出方式主要分為并行和串行兩種。 （2）A/D轉換的啟動信號的連接；（3）轉換結束信號的處理方式；（4）時鐘的提供；（5）參考電壓的接法；開關量輸入通道結構P48第三章一、模擬量輸出通道是將微機輸出的數字量轉換成適合與執行機構所要求的模擬量的環節二、單路模擬量輸出通道的結構：微型計算機寄存器D/A放大/變換電路執行機構三、（重）D/A轉換原理（分類）：權電阻網絡D/A轉換器、倒T型電阻網絡D/A轉換器、權電流型D/A轉換器等。四、D/A轉換器的主要技術指標：1、 轉換精度 （1）分辨率 （2）轉換誤差：增益誤差、漂移誤差、非線性誤差2、轉換速度第四章一、鍵盤接口涉及的問題：（

4、1）識鍵：確定是否有鍵按下。（2）譯鍵：識別按鍵并確定鍵值。（3）鍵值分析：根據鍵值找出相應處理程序的入口并執行。在鍵盤輸入中還需要解決抖動、單次鍵入與連擊等問題。 P70 線反轉法二、LED顯示器常分為段碼式顯示器和點陣式顯示器。LED顯示器的顯示方式有靜態顯示和動態顯示。三、觸摸屏的發展：紅外屏四線電阻屏電容屏表面聲波觸摸屏五線電阻觸摸屏。（分類）觸摸屏的技術要求 ：（1）工作穩定性（2）手寫文字和圖像識別（3）價格（4）功耗第五章一、（重）與常規的模擬電路相比，智能儀器的數據處理具有如下優點：（1）可用程序代替硬件電路，完成多種運算。（2）能自動修正誤差。 （3）能對被測參數進行較復雜的

5、計算和處理。 （4）能進行邏輯判斷。（5）智能儀器不但精度高，而且穩定可靠，抗干擾能力強。二、對半查表法：每次截取表的一半，確定查表元素在哪一個部分，逐步細分，縮小檢索范圍，從而大大加快查表速度。（了解）三、隨機誤差的處理：濾波器四、（重）與硬件濾波相比，數字濾波具有以下優點： 因為用程序濾波，無需增加硬件設備，且可多通道共享一個濾波器(多通道共同調用一個濾波子程序)，從而降低了成本。 由于不用硬設備，各回路間不存在阻抗匹配等問題，故可靠性高，穩定性好。 可以對頻率很低的信號(如001Hz以下)進行濾波，這是模擬濾波器做不到的。 可根據需要選擇不同的濾波方法或改變濾波器的參數，使用方便、靈活。

6、五、數字濾波算法：限幅濾波、中值、算術平均值、遞推平均值、加權遞推平均值濾波。六、系統誤差是指在相同條件下多次測量同一物理量，誤差的大小和符號保持不變或按一定規律變化。七、（重）產生誤差的主要因素有以下幾個：1、測量裝置方面：如標尺的刻度偏差，天平的臂長不等，儀器內部基準、放大器的零點漂移、增益漂移等。2、環境方面：測量時的實際溫度對標準溫度的偏差，以及測量過程中的溫度、濕度等按一定規律變化的誤差。3、測量方法方面：采用近似的測量方法或近似的計算公式等引起的誤差。4、測量人員方面：由于測量者個人的特點，在刻度上估計讀書時，習慣偏于某一方面；動態測量時，記錄某一信號有滯后的傾向等。八、（重）系統

7、誤差矯正方法（1）利用誤差模型校正系統誤差（2）利用離散數據建立模型校正系統誤差（3）利用標準數據校正系統誤差（4）傳感器的非線性校正傳感器的非線性校正 P125九、判斷粗大誤差的準則：拉依達準則、格拉布斯準則十、（重）線性標度變換公式：某壓力測量系統中，壓力測量儀表的量程為4001200Pa，采用8位AD轉換器，經計算機采樣及數字濾波后的數字量為ABH，求此時的壓力值。 解：根據題意，已知A0=400 Pa，Am=1200 Pa，Nx=ABH=171 D，選Nm =FFH=255 D，N0=0，則第六章一、儀器的自動校準：內部自動校準、外部自動校準二、量程自動轉換 ：采用程控放大器、選用不同

8、量程的傳感器三、常見的故障自檢有開機自檢、周期性自檢和鍵控自檢3種方式。硬件故障檢測：RAM的自檢、ROM的自檢、鍵盤與顯示器的自檢、輸入通道的自檢輸出 四、（重） 通道的自檢、總線的自檢 輸入通道自檢 輸出通道自檢第七章一、來自信號外部、可以用屏蔽或接地的方法加以減弱或消除的影響稱為“干擾”；由于材料或器件內部的原因而產生的污染稱為“噪聲”。二、干擾竄入儀器的渠道主要有三個： （1）空間電磁場。 （2）傳輸通道。 （3）配電系統。三、干擾的分類按干擾產生的原因分類：(1)放電干擾(2)高頻振蕩干擾(3)浪涌干擾按干擾傳導模式分類：串模干擾（常模干擾）和共模干擾。按干擾波形及性質分類：(1)持

9、續正弦波(2)偶發脈沖電壓波形(3)脈沖列四、干擾源、耦合通道、接收載體是形成干擾的三個要素。五、（重）干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場耦合，公共阻抗耦合；直接、輻射、漏電耦合。六、抑制干擾的主要技術：隔離、濾波、屏蔽與雙絞線傳輸、接地七、隔離技術：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離、布線隔離。八、濾波器分為下面四種：（1）低通濾波器：允許低頻信號通過，但阻止高頻信號通過。（2）高通濾波器：允許高頻信號通過，但阻止低頻信號通過。（3）帶通濾波器：允許規定的某頻段信號通過，但阻止高于或低于該頻段的信號通過。（4）帶阻濾波器：只阻止規定的某頻段信號通過，但允許高于或低于該頻段的信號通過。九、

10、根據干擾的耦合通道的性質，屏蔽可分為靜電屏蔽、電磁場屏蔽和磁場屏蔽三類。十、電源系統干擾：交流電源系統絕決（選用供電品質好的電源、抑制尖峰干擾、采用交流穩壓器穩定電網電壓、利用UPS保證不中斷供電）可靠度：可靠度是指產品或系統在規定條件下和規定的時間內完成規定功能的成功概率。元器件的選擇是根本，合理安裝調試是基礎，系統設計是手段，外部環境是保證，這是可靠性設計遵循的基本準則冗余技術 P167第八章智能儀器中的公共數字傳輸通道稱為總線?？偩€按連接范圍劃分：片內總線（局部總線）、內部總線（系統總線）、外部總線（通信總線）。USB特點：（1）使用方便。（2）速度快。（3）連接靈活。（4）供電方式靈活

11、。 可以采用自供電，也可以由總線供電，并具有電源保護功能。（5）支持的最大電纜長度為5m，USB2.0標準下通過USB-Hub級連可達30m。（6）成本低廉，易于擴展。（7）容錯性能好。（8）支持多種傳輸類型，以滿足不同設備的需求。藍牙技術有如下特點：（1）使用2.4GHz公用頻段，無須向各國的無線電資源管理部門申請許可證。 （2）業務分配靈活，可以支持一個異步數據通道，或者3個并發的同步語音通道，或者一個同時傳送異步數據和同步話音的通道，同時可傳輸語音和數據 。（3）采用快頻段，短分組和前向糾錯技術，可 有效降低干擾，提高通信的安全性。 （4）具有很好的抗干擾能力。（5）低功耗。（6）開放的

12、接口標準。第九章智能儀器設計的基本要求：1) 功能及技術指標要求2) 可靠性要求3) 便于操作和維護4) 儀器工藝結構與造型設計要求 智能儀器的設計原則：1從整體到局部(自頂向下)的原則:2較高的性能價格比原則3開放式設計原則智能儀器的設計步驟：1確定設計任務2擬定總體設計方案3方案實施簡答題1-1.什么是智能儀器？智能儀器的主要特點是什么？答： 內含微型計算機并帶有GP-IB等通信接口的電子儀器成為智能儀器。特點：（1）智能儀器使用鍵盤代替傳統儀器中的旋轉式或琴鍵式切換開關開實施對儀器的控制從而使儀器面板的布置和儀器內部有關部件的安排不再相互限制和牽連。 （2）微處理器的運用極大的提高了儀器

13、的性能。 （3）智能儀器運用微處理器的控制功能，可以方便的實現量程自動轉換、自動調零、觸發電平自動調整、自動校準、自動診斷等功能，有力的改善了儀器的自動化測量水平。 （4）智能儀器具有友好的人機對話能力。 （5）智能儀器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，是智能儀器具有可程控操作的能力1-9.研制智能儀器大致需要經歷哪些階段？試對各階段的工作內容做一簡要的敘述。答：1.確定設計任務：首先根據儀器最終要實現的設計目標，編寫設計任務說明書，明確儀器應具備的功能和應達到的技術指標。2.擬制總體設計方案：設計者應首先一句設計的要求和一些約束條件，提出幾種可能的方案。3.確定儀器工作總框圖：當

14、儀器總體方案和選用的微處理器的種類確定后，就應采用自上而下的方法，把儀器劃分成若干個便于實現的功能模塊，并分別繪制出相應的硬件和軟件工作框圖。4.硬件電路和軟件的設計與調試：一旦儀器工作總框圖確定后，硬件電路和軟件的設計工作就可以齊頭并進。5.整機聯調：硬件、軟件分別裝配調試合格后，就要對硬件、軟件進行聯合調試。1-10為什么目前智能儀器主機電路大多數采用單片機？選擇單片機時應主要.考慮哪些因素？答：單片機性能增強、體現在指令指令執行速度有很大提升；單片機集成了大容量片上flash存儲器，并實現了ISP和IAP，單片機在低電壓、低功耗、低價位、LPC方面有很大進步；單片機采用了數字模擬混合集成

15、技術，將A/D、D/A、鎖相環以及USB、CAN總線接口等都集成到單片機中，大大地減少片外附加器件的數目，進一步提高了系統可靠性能。 單片機的選擇要從價格、字長、輸入/輸出的執行速度、編程的靈活性、尋址能力、中斷功能、直接存儲器訪問（DMA）能力、配套的外圍電路芯片是否豐富以及相應的并發系統是否具備等多方面進行綜合考慮2-1. A/D轉換器與D/A轉換器分別有哪些主要技術指標？分辨率和轉換精度這兩個技術指標有什么區別和聯系。答：A/D轉換器技術指標：1.分辨率與量化誤差；2.轉換精度；3.轉換速度；4.滿刻度范圍。 D/A轉換器技術指標：1.分辨；2.轉換精度；3.轉換時間；4尖峰誤差。分辨率

16、是衡量A/D轉換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術指標，轉換精度反映了一個實際A/D轉換器與一個理想A/D轉換器在量化值上的差值，用絕對誤差或相對誤差來表示。 2-2.逐次比較式、并聯比較式和積分式A/D轉換器各有什么特點？答：逐次比較式A/D轉換器轉換時間與轉換精度比較適中，適用與一般場合。積分式A/D轉換器的核心部件是積分器，速度較慢，但抗干擾性能力強，適用于在數字電壓表類儀器中采用。 并行比較式A/D轉換器，轉換速率可以達到很高，但抗干擾能力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于8位。適用于數字示波器等要求轉換速度較快的儀器 2-9數據采集系統主要由哪幾部分組成，每部分主要功能是什么？答：

17、數據采集系統把多路開關、模擬放大器、采樣/保持器、A/D轉換器、控制邏輯以及微處理器系統的接口電路等都集成在一塊芯片中，構成數據采集集成電路3-1. 獨立式鍵盤、矩陣式鍵盤和交互式鍵盤各有特點？分別適合于什么場合？答：獨立式鍵盤：一鍵一線，即每一按鍵單獨占用一根檢測線與主機相連。優點是鍵盤結構簡單，各測試線相互獨立，按鍵識別容易。缺點是占用較多的檢測經，不便于組成大型鍵盤。矩陣式鍵盤：把檢測線分別分成兩組，一組為行線，另一組為列線，按鍵放大行線和列線的交叉點上。當需要的按鍵數大于 8 時,一般采用矩陣式鍵盤。交互式鍵盤：任意兩檢測線之間均可以放置一個按鍵。其所占用的檢測線比矩陣式還要少，但是這

18、種鍵盤所使用的檢測線必須具有位控功能的雙向 I/O 端口線。3-4. 分析法設計鍵值分析程序有什么優點？簡述其設計步驟。答：鍵盤分析程序的任務是對鍵盤的操作做出識別并調用相應的功能程序模塊完成預訂的任務。直接分析法的優點是簡明直觀，缺點是命令和識別和處理程序的執行交錯在一起，相互牽制。層次不清楚，當采用多用鍵，復用次數較多時，這一矛盾尤其突出，用狀態分析法可以克服這些缺點。狀態分析法步驟：1.用狀態圖準確表述按鍵操作序列的定義； 2.狀態表；3.固化狀態表；4.鍵盤分析程序的設計3-6 試比較七段LED顯示器靜態與動態多位數字顯示系統的特點。答：靜態顯示：每位顯示都應有各自的鎖存器、譯碼器（若

19、采用軟件譯碼，譯碼器可省去）與驅動器鎖存器，用以鎖存各自待顯示數字的BCD碼或段碼。每一次顯示輸出后保持顯示不變，僅在待顯示數字需要改變時，才更新其數字顯示器中鎖 存的內容。其優點是占用機時少，顯示穩定可靠。缺點是當顯示的位數較多時，占用的 I/O 口較多。動態顯示：微處理器或控制器應定時地對各個顯示器進行掃描，顯示器件分時輪流工作，每次只以使用一個器件顯示，但由于人的視覺暫留現象，仍感覺所有的器件都在同時顯示。優點是使用硬件少，占用 I/O 口少。缺點是占用機時長，只要不執行顯示程序，就立刻停止顯示4-1. 試述在GPIB接口系統中控者、講者和聽者三類裝置之間的相互關系。它們各自的功能是什么

20、？答：講者是通過總線發送儀器消息的儀器裝置；聽者是通過總線接收由講者發出消息的裝置；控者是數據傳輸過程中的組織者和控制者。在一個GP-IB系統中可設置多個講者，但在某一時刻只能有一個講者在起作用，聽者可以設置多個，并且允許多個聽者同時工作?？卣咄ǔＳ捎嬎銠C擔任，GP-IB系統不允許有兩個或兩個以上的控者同時起作用。 4-2.GP-IB接口系統的基本特性有哪些？答： 1.可以用一條總線相互連接，若干臺裝置，以組成一個自動測試系統；2.數據傳輸采用并行比特（位），串行字節（位組）雙向異步傳輸方式，其最大傳輸速率不超過1兆字節每秒；3.總線上傳輸的消息采用負邏輯；4.地址容量；5.一般適用于電氣干擾

21、輕微的實驗室和生產現場4-4 GP-IB接口總線共有哪幾條信號線？它們各自的作用是什么？答：總線是一條24芯電纜，其中16條為信號線，其余為地線及屏蔽線。16條信號線分為：1.8條雙向數據總線（DIO1DIO8）,其作用是傳遞儀器消息和大部分接口消息，包括數據、命令和地址；2.3條數據掛鉤聯絡線（DAV、 NRFD和NDAC），其作用是控制數據總線的時序，以保證數據總線能正確、有節奏的傳遞信息；3.5條接口管理控制線（ATN、IFC、REN、EOI和SRQ）其作用是控制GP-IB總線接口的狀態4-6. GP-IB標準規定應有哪幾種功能？一臺智能儀器是否必須同時具備這些功能？答：GP-IB的十種

22、接口功能：控者功能（C）、講者功能（T）、聽者功能（L）、源掛鉤功能（SH）、受者掛鉤功能（AH）、服務請求功能（SR）、并行點名功能（PP）、遠控本控功能（R/L）、裝置觸發功能（DT）和裝置清楚功能（DC）。5-1.什么是算法？什么是測量算法？測量算法應包括哪些主要內容？答：算法即計算方法，是為了使計算機獲得某種特定的計算結果而制定的一套詳細的計算方法和步驟，一般表現為數學公式或操作流程。測量算法則是指直接與測量技術有關的算法。測量算法包括自檢、自動檢測、克服系統誤差的校正和克服隨機誤差的濾波處理 5-4. 為什么要進行量程轉換？智能儀器怎樣實現量程轉換？答：自動量程轉換可以使儀器在很短的

23、時間內自動選定在最合理的量程下，從而使儀器獲得高精度的測量，并簡化了操作。自動量程轉換由最大量程開始，逐級比較，直至選出最合適的量程為止。量程的設定由 CPU 通過特定的輸出端口送了量程控制代碼實現，這些代碼就是控制量程轉換開關的控制信號，送出不同的控制代碼就可以決定開關的不同組態，使電壓表處于某一量程上5-6 采用數字濾波算法克服隨機誤差具有哪些優點？答：采用數字濾波算法克服隨機誤差的優點：（1）數字濾波只是一個計算過程，無需硬件，因此可靠性高，并且不存在阻抗匹配、特性波動、非一致性等問題。模擬濾波器在頻率很低時較難實現的問題，不會出現在數字濾波器的實現過程中。（2）只要適當改變數字濾波程序

24、有關參數，就能方便的改變濾波特性，因此數字濾波使用時方便靈活。5-7什么是儀器的系統誤差？智能儀器如何克服儀器的系統誤差？答： 系統誤差是指在相同條件下多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持恒定或在條件改變時按某種確定的規律而變化的誤差。修正方法：1.利用誤差模型修正系統誤差；2.利用校正數據表修正系統誤差；3.通過曲線擬合來修正系統誤差。5-8.簡述智能儀器利用誤差模型修正系統誤差的方法和利用曲線擬合修正系統誤差的方法。 答：利用誤差模型：首先通過分析來建立系統的誤差模型，再由誤差模型求出誤差修正公式。誤差修正公式一般含有若干誤差因子，修正時，先通過校正技術把這些誤差因子求出來，然后利用修正公式來修正測量結果，從而削弱了系統誤差的影響。采用曲線擬合對測量結果進行修正的方法是，首先定出f(x)的具體