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《智能儀器設計基礎》試題一、判斷題（每題2分，共20分）1.因中值濾波滿足比例不變性，所以是線性的濾波器。（）2.基準電壓Vr的精度和穩定性影響零位誤差、增益誤差的校正效果。（）3.測量獲得一組離散數據建立近似校正模型，非線性校正精度與離散數據精度無關，僅與建模方法有關。（）4.RS232通信采用的是TTL電平，因此它的傳輸距離比485短。（）5.USB協議為設備定義了2種供電模式:自供電和總線供電。在自供電模式下，USB設備不需要任何外接電源設備。（）6.LCD顯示器有靜態驅動和疊加驅動兩種驅動方式，這兩種驅動方式可在使用時隨時改變。（）7.智能儀器中的噪聲與干擾是因果關系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果。()8.軟件開發過程的三個典型階段是定義、開發和測試。（）9.RAM測試方法中，谷值檢測法無法檢測“粘連”及“連橋”故障。（）10.曲線擬合要求y=f（x）的曲線通過所有離散點（xi，yi）。（）二、選擇題（每題2分，共20分）1.多通道數據采集系統的框圖如下圖所示。其中（1）~（4）各部分的組成為:(

)A.放大器、A/D轉換器、D/A轉換器、計算機B.多路開關、放大器、A/D轉換器、計算機C.多路開關、放大器、D/A轉換器、計算機D.放大器、多路開關、A/D轉換器、D/A轉換器2.儀器采集數據中存在隨機誤差和系統誤差，基本數據處理順序是:(

)A.系統誤差消除→數字濾波→標度變換B.數字濾波→系統誤差消除→標度變換C.標度變換→系統誤差消除→數字濾波D.數字濾波→標度變換→系統誤差消除3.設采集數據由信號加噪聲構成，應根據(

)確定濾波算法A.噪聲統計規律B.信號特征和噪聲統計規律C.信號特征D.只能用多種濾波算法試驗，由處理效果確定。4.采樣保持器的作用是(

)A.提高系統的采樣速率B.保持系統的數據穩定C.保證在A/D轉換期間ADC前的模擬信號保持不變D.使A/D轉換器前信號能跟上模擬信號的變化5.采集數據中含有脈沖性干擾，信號為直流，則應選擇(

)濾波算法。A.算數平均法B.加權平均法C.限幅濾波法D.去極值平均法6.在開發USB系統的時候，首要的任務是利用(

)實現設備的枚舉過程，提供各種設備信息。A.中斷傳輸B.控制傳輸C.同步傳輸D.批量傳輸7．若非編碼矩陣鍵盤的列線外接下拉電阻，該矩陣的掃描碼應是(

)。A．行線輸出高電平B．列線輸出高電平C．行線輸出低電平D．列線輸出低電平8．在智能儀智中，A/D轉換的抗干擾技術包括(

)。A.對差模干擾的抑制B.對共模干擾的抑制C.采用軟件方法提高A/D抗干擾能力D.以上三種都包括9．在進行數字電路的可測試性設計時，下面說法錯誤的是(

)。A．設計上應避免“線或”邏輯B．所有不同相位和頻率的時鐘都應來自單一主時鐘C．數字電路應設計成主要以異步邏輯電路為基礎的電路D．電路應初始化到一明確的狀態，以便確定測試的方法10．下面(

)調試方式在目標機不存在的情況下也可以進行代碼的調試。A．ROM仿真器B．在線仿真器C．片上調試D．JTAG三、填空（每空2分，共20分）1．假設一12位的A/D轉換器，其滿量程電壓為10V，則它的分辨率是_____。2．某儀器的非線性采用分段線性插值法進行校正，設段數為4，最少需要_____對（Xi，Yi）已知實驗數據。3．利用8片模擬多路開關CD4051設計64路的輸入通道。已知CD4051的漏電流為20nA，開關導通電阻300Ω，設信號源內阻1000Ω。則多路開關漏電流和導通電阻產生的誤差大小為_____。如果采用級連方式連接，則需要多路開關_____片。用級連方式連接電路產生的誤差大小為_____。4．某智能溫度測量儀采用8位ADC，測量范圍為10～100℃，儀器采樣數據經濾波和非線性校正后的數字量為0028H。A0=10℃，Am=100℃，Nm=FFH=255，Nx=28H=40。則對應的實測溫度是_____。5.設在某數據采集系統中，對正弦信號U=（Umsinωt）/2采樣。采/保的孔徑時間tAP=20ns，A/D轉換

器的位數為12位，求采樣精度達到1LSB的最高信號頻率是_____。若S/H的捕捉時間tAC=3μs，穩定時間ts=2μs，A/D轉換時間tCONV=40μs，輸出時間tOUT=4μs則通道的吞吐率是_____。6．檢測直流電壓信號由于50Hz工頻干擾使測量數據呈現周期性波動。設采樣周期Ts=1ms，采用算數平均濾波算法，消除工頻干擾。選擇平均點數_____。7．某種儀器100臺，工作1000h，假設有2臺發生故障，則這種儀器的千小時的可靠率為_____。四、簡要回答下列問題（25分）1.簡述推動智能儀器發展的主要技術。2.簡述智能儀器設計的基本原則。3.簡述USB既插既用機制實現的原理。4.可靠性是智能儀器中一個重要的技術指標。請寫出智能儀器中常用的提高硬件和軟件可靠性的方法。5.什么是可測試性智能儀器設計中引入可測試性設計有什么優缺點

五、設計題（15分）

試設計一溫度檢測系統。要求系統能檢測8路溫度信號（假設溫度傳感器的輸出信號幅度0~25mV），測試

的溫度范圍為0~500℃，溫度分辨率為0.5℃。測試的最終結果用LCD顯示器或LED顯示器顯示出來。對多通

道的測量信號要有自動巡回檢測的功能和選擇某一通道進行單一測量的功能。若采用自動巡回檢測方式，要求每一

通道每秒鐘檢測100次。儀器要具有與其它儀器或微機進行通訊的能力。畫出儀器的硬件框圖，并說明每部分的參

數及其選擇原則。（1）根據設計要求，放大器的放大倍數至少應為多少（2）A/D轉換器至少應選擇多少位的（3）A/D轉換器的速率至少為多少

（4）根據設計要求，如果選用LED顯示器，至少應用幾位LED顯示

（5）測試系統與外界的通訊如選用串行通信，你準備選擇哪種總線它的最遠傳輸距離是多少

（6）如果系統用89C51單片機做控制器，用字符式LCD顯示模塊做顯示器，請畫出圖2中單片機與顯示模塊的

三根控制線RS、R/W和E的接口電路。這三根控制信號的時序圖如圖1，它們的功能為：RS：寄存器選擇輸入線。當其為低電平時，選通指令寄存器；高電平時選通數據寄存器。R/W：讀/寫信號輸入線。低電平為寫入，高電平為讀出。E：使能信號輸入線。讀狀態下，高電平有效；寫狀態下，下降沿有效。

圖1

圖2答案：一、否、是、否、否、否、否、是、否、否、否二、B、B、B、C、D、B、A、D、C、B三、

1．2.4mv

2.5

3.1.6mv，9，0.36mv；

4.24

5．3.888KHz，20.4KHz；

6.20

7.0.98四、1傳感器技術：信號檢測是通過傳感器實現的，為適應智能儀器發展的需要，各種新型傳感器不斷涌現。

A/D等新器件的發展顯著增強了儀器的功能與測量范圍。

DSP的廣泛應用：由于DSP芯片是通過硬件來完成上述乘法和加法運算，因此，采用DSP芯片可大大簡化具有

此類數字信號處理功能的智能儀器的結構并提高其相應的性能，極大地增強了智能儀器的信號處理能力。

ASIC、FPGA／CPLD技術在智能儀器中的廣泛使用：使儀器的可靠性、成本、速度等方面有提高。

LabVlEW等圖形化軟件技術。網絡與通信技術：智能儀器要上網，完成數據傳輸、遠程控制與故障診斷等；構建網絡化測試系統，將分散的各種不同測試設備掛接在網絡上，通過網絡實現資源、信息共享，協調工作，共同完成大型復雜系統的測試任務。2．從整體到局部（自頂向下）的設計原則：這種設計原則的含義是，把復雜的、難處理的問題分為若干個較簡單、容易處理的問題，然后在一個個地加以解決。較高的性能價格比原則：在滿足性能指標的前提下，應盡可能采用簡單的方案，因為方案簡單意味著元器件少，開發、調試、方便，可靠性高。組合化與開放式設計原則：開放系統是指向未來的VLSI開放，在技術上兼顧今天和明天，既從當前實際可能出發，又留下容納未來新技術機會的余地；向系統的不同配套檔次開放，為發揮各方面廠商的積極性創造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，在服務上兼顧通用的基本設計和用戶的專用要求等等。3．即插即用技術包含2個技術層面，既熱插拔和自動識別配置。熱插拔的關鍵技術在于電路接插件插、拔期間強電流的處理。USB在電纜以及接插件的設計上充分考慮了這一點，使得這個瞬時的強電流被安全地吸收，從而使USB設備實現了熱插拔。系統設備的自動識別是通過在USB主機或Hub的下行端口信號線上接有下拉電阻和在設備端的信號線上

連接上拉電阻來實現的。既當USB主機或Hub的下行端口處于斷開狀態時，信號線電平將恒為0。當USB設備連接上的瞬間，會造成USB主機或Hub端信號線的上沖，這樣當USB主機或Hub檢測到這個上沖過程，USB主機可認定

有一設備接入。4．提高硬件可靠性：元器件的選擇；篩選；降額使用；可靠電路的設計；冗余設計；環境設計；人為因素設計；儀器可靠

性實驗；提高軟件可靠性：認真地進行規范設計；可靠的程序設計方法；程序驗證技術；提高軟件設計人員的素質；消除干擾；

增加試運行時間。5．

可測試性（Tes