《智能仪器》复习要点.ppt
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智能仪器》复习要点修改 ppt课件
2020/12/27
22
第5章 测量算法与系统优化设计
程序运行失常的软件对策— 2）看门狗技术
看门狗技术的实现： （1）利用单片机内部的看门狗 （2）利用单片机内部闲置的定时器 （3）利用单片机外部系统板上的定时器 （4）硬件看门狗
2020/12/27
23
第6章 监控主程序的设计
直接分析法：只要根据当前按键的编码， 把控制转到相应的处理子程序的入口。 具体可用： ①选择结构来设计 ②转移表法来设计 转移表内填入子程序入口地址 转移表内填入转移指令
20
第5章 测量算法与系统优化设计
程序运行失常的软件对策— 1）设置软件陷阱
若出错处理程序入口标号为ERR，则软件 陷阱指令为：
NOP NOP LJMP ERR
2020/12/27
21
第5章 测量算法与系统优化设计
程序运行失常的软件对策— 1）设置软件陷阱
软件陷阱可安排的地方： （1）程序中未使用的中断向量区 （2）未使用的大片ROM空间 （3）表格的头、尾 （4）程序区的断裂处
2020/12/27
15
第5章 测量算法与系统优化设计
系统误差及处理方法： (1)非线性特性的校正 校正函数 连续函数拟合 直线分段 分段函数拟合 查表和插值法 抛物线分段
2020/12/27
16
第5章 测量算法与系统优化设计
系统误差及处理方法： (2)偏移和增益误差的自动校准
基本思想：开机后或每隔一定时间自动测量仪器内 部的基准参数（如数字电压表中的基准电压或地电 位）、计算误差模型，获得并存贮误差因子。正式 测量时，根据测量结果和误差因子，计算校准方程， 得到较准确的测量结果。
2020/12/27
《智能仪器》课件1-PPT精品文档
外部通信
输出通道 D/A
传感器
A/D
非 电 量
单片机或 DSP RAM、 EPROM I/O接口
RS232 USB
打印机
电 量
输入通道
键盘、开关、 显示器
内嵌微处理器智能仪器的基本结构 2019/3/9
智能仪器
微处理器 MPU 程序存储器 (ROM)
卡式仪器的演变
数据存储器 (RAM)
测 试 部 分
智能仪器
• 主讲人
张重雄 教授
南京理工大学电光学院
南京理工大学在职研究生河南教育中心
2019/3/9
2019年12月
教 学 内 容
第1章 概述 第2章 内嵌微处理器的智能仪器
第3章 虚拟仪器
2019/3/9
教学参考书
张重雄.虚拟仪器技术分析与设计
电子工业出版社
2019/3/9
第1章
概 述
2019/3/9
第1章 智能仪器概述
• 教学重点
• 智能仪器的组成结构
• 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
2019/3/9
1.1 仪器仪表概述
1. 仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是 一个系统或装置； 最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、 触觉等器官的功能。 仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医 疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪 表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民 经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。
笔记本PCI
• 虚拟仪器：虚拟仪器是指，在以通用计算机 为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义， 具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件 来实现的一种计算机仪器系统。 虚拟仪器的特点： • 软件是虚拟仪器的核心； • 虚拟仪器的性价比高； • 具有良好的人机界面； • 具有与其它设备互联的能力。
《智能仪器仪表》课件
空气质量监测
01
智能仪器仪表可以实时监测空气质量，为环境保护部门和公众
提供准确的数据。
水质监测
Байду номын сангаас
02
通过智能仪器仪表，可以检测水体的各种参数，如pH值、浊度
、溶解氧等，确保水质安全。
气象监测
03
智能仪器仪表在气象监测中发挥着重要作用，如风速、风向、
温度、湿度等参数的监测。
05
智能仪器仪表的未来展望与挑战
1 2
医疗诊断设备
智能仪器仪表广泛应用于医疗诊断设备中，如心 电图机、血压计等，提高诊断准确率。
病人监护系统
通过智能仪器仪表，可以实时监测病人的生理参 数，为医护人员提供及时准确的病人信息。
3
医疗影像设备
智能仪器仪表在医疗影像设备中发挥着重要作用 ，如CT、MRI等设备中的图像处理和数据分析。
环境监测领域的应用
总结词
随着智能仪器仪表的普及，安全与隐私保护成为亟待解决的问题，需要加强数据 加密、访问控制和安全审计等方面的措施。
详细描述
由于智能仪器仪表通常需要收集和处理大量敏感数据，因此需要采用强大的加密 技术和访问控制机制来保护数据安全。同时，应加强安全审计和监控，及时发现 和应对潜在的安全威胁。
成本与普及率的考量
04
智能仪器仪表的实际应用案例
工业自动化领域的应用
自动化生产控制
智能仪器仪表在工业自动 化领域中主要用于实时监 测和控制生产流程，确保 产品质量和生产效率。
智能传感器
通过智能传感器，可以实 时监测机器的运行状态， 预测潜在故障，并及时采 取措施，减少停机时间。
数据集成与分析
智能仪器仪表能够收集大 量生产数据，通过数据分 析，帮助企业优化生产流 程，降低成本。
《智能仪器设计》课件
技术更新
智能仪器技术不断发展，如何及时更新设 备和技术以保持其竞争力是一个挑战。
THANK YOU
通信技术
通信技术是智能仪器实现远程 控制和数据传输的关键技术之 一。
通信技术包括有线通信和无线 通信两种方式，能够实现仪器 与计算机、仪器与仪器之间的 数据传输和控制。
通信技术的性能指标包括传输 速率、传输距离、传输质量和 可靠性等，直接影响智能仪器 的远程控制和数据传输效果。
随着通信技术的不断发展，智 能仪器可以实现更快速、更稳 定、更可靠的数据传输和控制 。
04
智能仪器设计实例
智能温度计设计
总结词
实时监测、远程控制、高精度测量
详细描述
智能温度计采用高精度传感器和微处理器，能够实时监测环境温度，并通过无 线通信技术将数据传输到手机等设备上。用户可以通过手机应用程序远程查看 温度数据和控制温度计的开关，方便实用。
智能血压计设计
总结词
一键测量、自动分析、云端存储
智能仪器的发展历程
01
02
03
04
20世纪70年代
随着微处理器和计算机技术的 快速发展，智能仪器开始出现
。
20世纪80年代
智能仪器在工业生产中得到广 泛应用，成为工业自动化领域
的重要支柱。
20世纪90年代
随着计算机技术的不断进步， 智能仪器的功能越来越强大，
智能化程度越来越高。
21世纪
智能仪器已经成为工业自动化 领域不可或缺的重要部分，广
详细描述
智能血压计具备一键测量功能，用户只需将手臂放在血压计的感应区域内，血压计即可自动测量并记录数据。同 时，血压计内置的微处理器会对测量结果进行自动分析，并将数据上传至云端存储，方便用户随时查看和跟踪自 己的血压状况。
智能仪器课件第1章ppt
•举例
前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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智能仪器设计基础I正式PPT课件
历程4
20世纪70年代以后，随着微处理器的广泛应用，出现了突破传统概念的 新一代仪器，即—智能仪器。这类仪器内置单片机或体积很小的微处理 器，仪器的功能由硬件和软件结合来完成。1974年出现电压电流波形等 间隔采样技术，揭开了智能仪器应用大幕。
历程5
虚拟仪器是智能仪器发展的新的里程碑， 虚拟仪器以PC为核心，由测 量应用软件支持，具有虚拟的仪器操作面板，足够的仪器硬件或通信功 能的测量信息处理装置。“软件就是虚拟仪器”。
知识点5
高速数字电路的信号完整性分析：信号完整性原理，传输线理论基础，信号完 整性分析实例
6/24
第6页/共24页
《第二章 智能仪器的硬件设计基础》
2.4 智能仪器的后向通道设计
知识点1
D/A的基本原理和信号的直接数字合成
① D/A的基本原理，性能指标； ② DDS的技术原理；
知识点2
输出信号的功率放大技术
微处理器与存储器和外围IC的接口技术：SRAM，Flash，EEPROM，A/D和 D/A，双口RAM；并行接口，SPI接口，IIC接口，SCI接口
知识点3 智能仪器的人机接口：LCD显示，LED显示，键盘设计
知识点4
基于CPLD和FPGA的接口电路设计方法：CPLD和FPGA原理，硬件描述语言， 接口设计举例
第11页/共24页
11/24
第一讲 绪论
1.1 智能仪器的重要作用（1）
概念1
信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，而测量技术是关键和 基础。智能仪器是对物质世界的信息进行测量和控制的基础手段和设备 ，使信息产业的源头和组成部分
概念2
智能仪器是认识世界的工具，是人们对物质实体及其属性进行观察、监 视、测定、验证、记录、传输、变换、显示、分析和处理与控制的各种 器具与系统的总称。
智能仪器PPT课件
仪器仪表是：
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法8 官”
05.11.2020
• 王大珩院士：“能不能创造高水 平的科学仪器和设备体现了一个 民族、一个国家的创新能力。发 展科学仪器设备应当视为国家战 略”
•科学仪器是信息的源头 •科学仪器产业是信息产业
兼
容
模型化智能仪器类
初级智能仪器类
趋
高级 智能
势
人工智能
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
聪敏仪器类
11
05.11.2020
2. 智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
将单片或多片的 微机芯片与仪器 有机地结合在一 起形成的单机。
第1章
概述
4 05.11.2020
第1章 智能仪器概述
• 教学重点
• 智能仪器的组成结构 • 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
5 05.11.2020
1.1 仪器仪表概述
1. 仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是 一个系统或装置；
最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、 触觉等器官的功能。
9 05.11.2020
1.2 智能仪器的基本概念
• 智能仪器是计算机技术与测量仪器相结 合的产物，是含有微计算机或微处理器 的测量(或检测)仪器，它拥有对数据的存 储、运算、逻辑判断及自动化操作等功 能，具有一定智能的作用。
10 05.11.2020
1. 智能仪器分类
智能仪器四个层次
高级智能仪器类
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法8 官”
05.11.2020
• 王大珩院士：“能不能创造高水 平的科学仪器和设备体现了一个 民族、一个国家的创新能力。发 展科学仪器设备应当视为国家战 略”
•科学仪器是信息的源头 •科学仪器产业是信息产业
兼
容
模型化智能仪器类
初级智能仪器类
趋
高级 智能
势
人工智能
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
聪敏仪器类
11
05.11.2020
2. 智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
将单片或多片的 微机芯片与仪器 有机地结合在一 起形成的单机。
第1章
概述
4 05.11.2020
第1章 智能仪器概述
• 教学重点
• 智能仪器的组成结构 • 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
5 05.11.2020
1.1 仪器仪表概述
1. 仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是 一个系统或装置；
最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、 触觉等器官的功能。
9 05.11.2020
1.2 智能仪器的基本概念
• 智能仪器是计算机技术与测量仪器相结 合的产物，是含有微计算机或微处理器 的测量(或检测)仪器，它拥有对数据的存 储、运算、逻辑判断及自动化操作等功 能，具有一定智能的作用。
10 05.11.2020
1. 智能仪器分类
智能仪器四个层次
高级智能仪器类
智能仪器(复习专用)
1-1什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？参考资料：在仪器科学与技术领域，人们将微型计算机技术与测量技术相结合出现了完全突破传统概念的新一代仪器-----智能仪器，它是电子仪器发展史上的第三代产品。
智能仪器是含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。
1-2画出智能仪器通用结构图，简述每一部分的作用。
参考资料：硬件部分的通用结构框图如上图所示，主要包括主机电路、信号输入输出通道、人-机接口电路和通信接口电路四部分。
其中主机电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，它通常由微处理器（MPU ）、程序存储器、数据存储器及输出（I/O ）接口电路组成。
主机电路可以选择单片机，也可以选择通用计算机。
信号输入输出电路包括模拟量输入输出电路及开关量输入输出电路两部分。
模拟量输入输出电路由模拟量输入电路、A/D 转换器、D/A 转换器及模拟执行器等组成，用于实现对输入模拟量的调理、数字化转换以及将输出数字量转化为模拟量进而驱动模拟执行器等功能；开关量输入输出电路用于实现开关量的输入及输出功能。
需要指出的是信号输入输出电路可以根据处理的信号性质（如为模拟信号）选择其中一种电路（如模拟量输入输出电路）。
人-机接口电路主机实现操作者和仪器之间的信息交流功能，包括参数的设置、测量信号显示和打印等功能。
它由键盘、显示器、打印机等及其接口电路组成。
通信接口用于实现仪器与计算机的联系，使仪器接受计算机的程控命令，将仪器测量的数据上传给计算机，以便进行数据分析和处理。
目前常用的仪器通信接口有GP-IB微处理器（MPU ） 程序存储器 I/O 接口 开关量 输出 外部仪用 标准总线 标准仪用通信接口 开关量 输入 A/D 键盘 模拟量 输入 D/A 数据存储器显示器 键盘显示接口 模拟执 行器 I/O 接口 主机电信号输入输出 人-机接口 通信接口通信接口、RS-232C接口以及应用于集散控制系统中的CAN总路线接口和以太网接口等。
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第5章 测量算法与系统优化设计
系统误差及处理方法： (2)偏移和增益误差的自动校准
基本思想：开机后或每隔一定时间自动测量仪器内 部的基准参数（如数字电压表中的基准电压或地电 位）、计算误差模型，获得并存贮误差因子。正式 测量时，根据测量结果和误差因子，计算校准方程， 得到较准确的测量结果。
实现方法： 数字电压表输入单元的自动校准 校准存贮器方式
模拟信号输入Vin， 数字输出线DBi（8位或多于8位的）， 启动信号START、 状态输出DONE/BUSY， 输出允许端OE（有、无三态输出）
第3章 预处理电路及数据采集
A/D接口： 单片机与ADC接口的通信方式： ——延时方式、查询方式、中断方式。 接口实例： ADC0809与单片机的接口 AD574与单片机的接口 5G14433与单片机的接口 ICL7135与单片机的接口
并经A/D变成数字信号； ② 数据的分析处理：由CPU按要求对采集的
数据进行分析、处理。 ③ 输入、输出：接受命令，将测量结果存储、
显示或输出。
第1章 绪论
智能积分式数字电压表的工作原理及特点。 虚拟仪器系统的基本构架是：高性价比的通
用计算机，模块化的通用硬件设备，功能强 大的专业测试软件系统。 智能仪器的监控程序及其结构。 智能仪器设计的主要任务、研制的步骤及注 意事项。
第5章 测量算法与系统优化设计
常用的测量算法 量程自动选择、极限判断和越限报警、 自检算法（开机自检、周期性自检、键控自检） 标度变换（线性变换和非线性变换）
随机误差及处理方法（数字滤波）
第5章 测量算法与系统优化设计
系统误差及处理方法： (1)非线性特性的校正 校正函数 连续函数拟合 直线分段 分段函数拟合 查表和插值法 抛物线分段
各引脚信号、内部寄存器：
C/D
1：命令/状态 0：数据
命令有8条，用最高三位(特征位)来区分。
第4章 人机口技术
8279接口芯片
FIFO RAM：8个单元，存放被按键信息
格式
键扫描方式的格式 传感器方式的格式
显示RAM：
16个单元，用来存放显示字符的段码，段码输 入有左边输入和右边输入两种方式。最多可接16 位七段LED显示器。
第3章 预处理电路及数据采集
微机控制的数据采集和处理系统框图。 模拟信号预处理电路：传感器及其应用；模
拟信号放大电路。 D/A接口及产生各种信号波形的程序（带/不
带锁存器、运放；8位或多于8位的） 。 典型的例子：0832与80C51单片机的接口。
第3章 预处理电路及数据采集
A/D接口： 一般接口方法： 主要信号线：
第5章 测量算法与系统优化设计
系统误差及处理方法： (3) 归一化技术及频率响应误差的校准 （4）最佳测量方法的自动选择 例 ： ①低频率的测量 ②小相位的测量
第5章 测量算法与系统优化设计
智能仪器的低功耗设计 (1) 80C51单片机的低功耗运行 待机运行方式 掉电运行方式 (2) 存储器的低功耗运行 (3) 系统低功耗的设计方案
7289接口芯片： 控制指令分为三大类： 不带数据的纯指令--6条（单字节） 带有数据的指令 读键盘数据指令 (1)带有数据的指令（双字节） ①按方式0译码 ②按方式1译码 ③不译码：对位控制，对段控制 (2)读键盘数据指令 双字节： 第一字节输入； 第二字节输出当前按键的键值。
第4章 人机接口技术
LCD显示器： ⑴显示原理 ⑵与单片机接口：①驱动芯片7211； ②液晶模块（44780）。
第4章 人机接口技术
▪CRT显示器：
⑴字符显示原理： 字符代码字符发生器点阵码并串转换串行点阵信 号 ⑵字符显示终端：
显示存储器用来编辑屏幕，单元地址 与屏幕位置一一对应，单元中的内容为显示 字符代码。 单片机与微型打印机的接口。
第5章 测量算法与系统优化设计
智能仪器的抗干扰措施： 电源系统干扰、过程通道干扰、空间干扰 印制电路板设计注意事项 软件抗干扰设计
数据采集误差的软件对策—数字滤波 控制状态失常的软件对策— （1）软件冗余（2）设置当前输出状态寄存单元 （3）设自检程序
第5章 测量算法与系统优化设计
程序运行失常的软件对策— 1）设置软件陷阱
第4章 人机接口技术
LED显示器接口 七段LED： 译码（硬件、软件） 硬件接口、显示程序（多位）
点阵式LED： 点阵式显示原理:代码字符发生器点阵码
第4章 人机接口技术
利用51单片机的串行口实现键盘/显示器接口
8279接口芯片
基本功能：
可自动扫描键盘和七段LED显示器；
扫描键盘和显示器信号可以选择内部译码或外 部译码方式。
第4章 人机接口技术
7289接口芯片： 可连接64键的矩阵键盘、驱动8个共阴极数
码管。当检测到有效按键时，会产生中断请求 信号。
含译码电路，可直接接受BCD码或16进制 码，有两种译码方式。
具有SPI串行总线的键盘\显示器接口芯片 7289 的结构、引脚信号、控制命令及其用法。
第4章 人机接口技术
键盘接口的任务。
▪键盘的分类：编码键盘和非编码键盘
独立连接式和矩阵连接式
第4章 人机接口技术
识别按键的方法：行扫描法、线反转法
(1)行扫描法： 用数据线通过接口进行扫描
用地址线进行扫描
(2)线反转法： 需用可程控并行接口
工作分两步 ①初始化，②线反转 键码的获得： 判断哪行哪列 位置码(特征码) 键读数
第3章 预处理电路及数据采集
A/D接口： 接口实例：
用Ｖ/Ｆ变换器与80C51构成ADC，高 精度双斜式A/D转换器接口原理与编程。
数据采集系统构成原理，用AD363与 80C51构成的数据采集系统。
第4章 人机接口技术
键盘控制与传统仪器面板上的开关旋钮控制 的本质区别：键盘按键给CPU一个信息，而 不直接改变内部电路参数。
《智能仪器》复习要点
第1章 绪论
什么是智能仪器？它有哪些特点？ 在智能仪器中，微处理器（单片机）的作用
可归结为两大类 对测试过程的控制 测试的自动化 对测试数据的处理 仪器的多功能化
▪ 智能仪器的组成框图（典型的微机应用系统）
第1章 绪论
实际上可将其分解成三个部分: ① 数据的采集:将输入的模拟信号进行调 理，