智能仪器考试答案

简答题1-1.什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？答：内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器成为智能仪器。

特点：（1）智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关开实施对仪器的控制从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。

（2）微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。

（3）智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便的实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自动诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。

（4）智能仪器具有友好的人机对话能力。

（5）智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，是智能仪器具有可程控操作的能力1-9.研制智能仪器大致需要经历哪些阶段？试对各阶段的工作内容做一简要的叙述。

答：1.确定设计任务：首先根据仪器最终要实现的设计目标，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。

2.拟制总体设计方案：设计者应首先一句设计的要求和一些约束条件，提出几种可能的方案。

3.确定仪器工作总框图：当仪器总体方案和选用的微处理器的种类确定后，就应采用自上而下的方法，把仪器划分成若干个便于实现的功能模块，并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。

4.硬件电路和软件的设计与调试：一旦仪器工作总框图确定后，硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。

5.整机联调：硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。

1-10为什么目前智能仪器主机电路大多数采用单片机？选择单片机时应主要.考虑哪些因素？答：单片机性能增强、体现在指令指令执行速度有很大提升；单片机集成了大容量片上flash 存储器，并实现了ISP和IAP，单片机在低电压、低功耗、低价位、LPC方面有很大进步；单片机采用了数字模拟混合集成技术，将A/D、D/A、锁相环以及USB、CAN总线接口等都集成到单片机中，大大地减少片外附加器件的数目，进一步提高了系统可靠性能。

单片机的选择要从价格、字长、输入/输出的执行速度、编程的灵活性、寻址能力、中断功能、直接存储器访问（DMA）能力、配套的外围电路芯片是否丰富以及相应的并发系统是否具备等多方面进行综合考虑2-1. A/D转换器与D/A转换器分别有哪些主要技术指标？分辨率和转换精度这两个技术指标有什么区别和联系。

答：A/D转换器技术指标：1.分辨率与量化误差；2.转换精度；3.转换速度；4.满刻度范围。

D/A转换器技术指标：1.分辨；2.转换精度；3.转换时间；4尖峰误差。

分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标，转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。

2-2.逐次比较式、并联比较式和积分式A/D转换器各有什么特点？答：逐次比较式A/D转换器转换时间与转换精度比较适中，适用与一般场合。

积分式A/D转换器的核心部件是积分器，速度较慢，但抗干扰性能力强，适用于在数字电压表类仪器中采用。

并行比较式A/D转换器，转换速率可以达到很高，但抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位。

适用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器2-9数据采集系统主要由哪几部分组成，每部分主要功能是什么？答：数据采集系统把多路开关、模拟放大器、采样/保持器、A/D转换器、控制逻辑以及微处理器系统的接口电路等都集成在一块芯片中，构成数据采集集成电路3-1. 独立式键盘、矩阵式键盘和交互式键盘各有特点？分别适合于什么场合？答：独立式键盘：一键一线，即每一按键单独占用一根检测线与主机相连。

优点是键盘结构简单，各测试线相互独立，按键识别容易。

缺点是占用较多的检测经，不便于组成大型键盘。

矩阵式键盘：把检测线分别分成两组，一组为行线，另一组为列线，按键放大行线和列线的交叉点上。

当需要的按键数大于 8 时,一般采用矩阵式键盘。

交互式键盘：任意两检测线之间均可以放置一个按键。

其所占用的检测线比矩阵式还要少，但是这种键盘所使用的检测线必须具有位控功能的双向 I/O 端口线。

3-4. 分析法设计键值分析程序有什么优点？简述其设计步骤。

答：键盘分析程序的任务是对键盘的操作做出识别并调用相应的功能程序模块完成预订的任务。

直接分析法的优点是简明直观，缺点是命令和识别和处理程序的执行交错在一起，相互牵制。

层次不清楚，当采用多用键，复用次数较多时，这一矛盾尤其突出，用状态分析法可以克服这些缺点。

状态分析法步骤：1.用状态图准确表述按键操作序列的定义； 2.状态表；3.固化状态表；4.键盘分析程序的设计3-6 试比较七段LED显示器静态与动态多位数字显示系统的特点。

答：静态显示：每位显示都应有各自的锁存器、译码器（若采用软件译码，译码器可省去）与驱动器锁存器，用以锁存各自待显示数字的BCD码或段码。

每一次显示输出后保持显示不变，仅在待显示数字需要改变时，才更新其数字显示器中锁存的内容。

其优点是占用机时少，显示稳定可靠。

缺点是当显示的位数较多时，占用的 I/O 口较多。

动态显示：微处理器或控制器应定时地对各个显示器进行扫描，显示器件分时轮流工作，每次只以使用一个器件显示，但由于人的视觉暂留现象，仍感觉所有的器件都在同时显示。

优点是使用硬件少，占用 I/O 口少。

缺点是占用机时长，只要不执行显示程序，就立刻停止显示4-1. 试述在GP—IB接口系统中控者、讲者和听者三类装置之间的相互关系。

它们各自的功能是什么？答：讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置；听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置；控者是数据传输过程中的组织者和控制者。

在一个GP-IB系统中可设置多个讲者，但在某一时刻只能有一个讲者在起作用，听者可以设置多个，并且允许多个听者同时工作。

控者通常由计算机担任，GP-IB系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。

4-2.GP-IB接口系统的基本特性有哪些？答： 1.可以用一条总线相互连接，若干台装置，以组成一个自动测试系统；2.数据传输采用并行比特（位），串行字节（位组）双向异步传输方式，其最大传输速率不超过1兆字节每秒；3.总线上传输的消息采用负逻辑；4.地址容量；5.一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场4-4 GP-IB接口总线共有哪几条信号线？它们各自的作用是什么？答：总线是一条24芯电缆，其中16条为信号线，其余为地线及屏蔽线。

16条信号线分为：1.8条双向数据总线（DIO1~DIO8）,其作用是传递仪器消息和大部分接口消息，包括数据、命令和地址；2.3条数据挂钩联络线（DA V、 NRFD和NDAC），其作用是控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确、有节奏的传递信息；3.5条接口管理控制线（A TN、IFC、REN、EOI和SRQ）其作用是控制GP-IB总线接口的状态4-6. GP-IB标准规定应有哪几种功能？一台智能仪器是否必须同时具备这些功能？答：GP-IB的十种接口功能：控者功能（C）、讲者功能（T）、听者功能（L）、源挂钩功能（SH）、受者挂钩功能（AH）、服务请求功能（SR）、并行点名功能（PP）、远控本控功能（R/L）、装置触发功能（DT）和装置清楚功能（DC）。

5-1.什么是算法？什么是测量算法？测量算法应包括哪些主要内容？答：算法即计算方法，是为了使计算机获得某种特定的计算结果而制定的一套详细的计算方法和步骤，一般表现为数学公式或操作流程。

测量算法则是指直接与测量技术有关的算法。

测量算法包括自检、自动检测、克服系统误差的校正和克服随机误差的滤波处理5-4. 为什么要进行量程转换？智能仪器怎样实现量程转换？答：自动量程转换可以使仪器在很短的时间内自动选定在最合理的量程下，从而使仪器获得高精度的测量，并简化了操作。

自动量程转换由最大量程开始，逐级比较，直至选出最合适的量程为止。

量程的设定由 CPU 通过特定的输出端口送了量程控制代码实现，这些代码就是控制量程转换开关的控制信号，送出不同的控制代码就可以决定开关的不同组态，使电压表处于某一量程上5-6 采用数字滤波算法克服随机误差具有哪些优点？答：采用数字滤波算法克服随机误差的优点：（1）数字滤波只是一个计算过程，无需硬件，因此可靠性高，并且不存在阻抗匹配、特性波动、非一致性等问题。

模拟滤波器在频率很低时较难实现的问题，不会出现在数字滤波器的实现过程中。

（2）只要适当改变数字滤波程序有关参数，就能方便的改变滤波特性，因此数字滤波使用时方便灵活。

5-7什么是仪器的系统误差？智能仪器如何克服仪器的系统误差？答：系统误差是指在相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定或在条件改变时按某种确定的规律而变化的误差。

修正方法：1.利用误差模型修正系统误差；2.利用校正数据表修正系统误差；3.通过曲线拟合来修正系统误差。

5-8.简述智能仪器利用误差模型修正系统误差的方法和利用曲线拟合修正系统误差的方法。

答：利用误差模型：首先通过分析来建立系统的误差模型，再由误差模型求出误差修正公式。

误差修正公式一般含有若干误差因子，修正时，先通过校正技术把这些误差因子求出来，然后利用修正公式来修正测量结果，从而削弱了系统误差的影响。

采用曲线拟合对测量结果进行修正的方法是，首先定出f(x)的具体形式，然后再通过对实测值进行选定函数的数值计算，求出精确的测量结果。

5-9. 与硬件滤波器相比，数字滤波器具有哪些优点？答：数字滤波具有硬件滤波器的功效，却不需要硬件开销，从而降低了成本，由于软件的灵活性，还能产生硬件滤波器达不到的功效。

不足之处就是需要占用机时。

5-10. 常用数字滤波方法有哪些？说明各种滤波算法的特点和使用场合。

答：常用的数字滤波方法有：中值滤波、平均滤波程序、低通数字滤波。

中值滤波对去掉脉冲性质的干扰比较有效，并且采样次数N越大，滤波效果愈强，对于变化较为剧烈的参数，不宜采用；平均滤波对滤除混杂在被测信号上的随机干扰非常有效；低通数字滤波对滤除变化非常缓慢的被测信号中的干扰是很有效的。

5-11 平均滤波算法、中值滤波算法和去极值平均滤波算法的基本思想是什么？答：平均值滤算法：对被测参数连续采样 N 次，取其平均值。

中值滤波算法：对被测参数连续采样 N（N 一般是奇数），然后将这些采样值进行排序并选中间值。

去极值平均滤波算法：对被测测数连续采样 N 次，去掉一个最大值，去掉一个最小值，再求余下 N-2 个采样值的平均值10-1个人仪器系统的发展分哪几个阶段？每个阶段各有什么特点？答：分三个阶段。

内插件式个人仪器及系统。

优点是结构简单、使用方便，成本低。

缺点是难以满足重载仪器对电流和散热的要求；机内干扰较严重；各仪器卡之间不能直接通信，模拟信号也无法经总线传递模块式个人仪器及系统。