智能仪器仪表复习题

1、什么是智能仪器、智能仪器有哪些功能。

答：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。

2、简述智能仪器的发展过程及应用领域。

答：第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表第二代为数字式仪器仪表第三代就是智能式仪器仪表应用：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，深入到人们生活的各个角落。

（1）传感器技术（2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与DSP 的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）ASIC、FPGA/CPLD即使在智能仪器中广泛使用（6）LabVIEW等图形化软件技术（7）网络与通信技术。

3、智能仪器的特点、智能仪器结构形式，对其作简要描述。

答：特点：测量过程的软件控制数据处理多功能化。

结构形式：微机内嵌式（将单片或多片的微处理器与传统仪器有机地结合在一起形成的单机，其形态是仪器。

）微机扩展式（以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。

个人计算机仪器(PCI)或称微机卡式仪器。

其形态可以是计算机。

）4、数据采集系统的组成结构。

答：传感器模拟信号调理数据采集电路（传感器、模拟信号调理电路、数据采集电路）微机系统5、程控放大器在智能仪器中的作用以及使用过程中的注意事项。

答：程控放大器是常用部件，在许多实际应用中，为了在整个测量范围内获取合适的分辨力，常采用可变增益放大器。

增益由仪器内置计算机的程序控制。

这种由程序控制增益的放大器，称为程控放大器。

使用时可以根据输入模拟信号的大小来改变放大器的增益。

程控放大器是解决大范围输入信号的有效办法。

6、AD转换器分为哪几类？串行接口的AD与并行接口的AD的优缺点。

答：比较型ADC、积分型ADC、V/F型ADC。

并行接口是指数据的各位同时进行传送，其特点是传输速度快，通信线路复杂且成本高，占用端口多、抗干扰性差。

串口接口是指数据一位一位地进行传送，其特点是占用端口少、抗干扰性强、可靠性高，传输出错后重发一位就可以了。

7、目前最常使用的键盘电路的特点，编码键盘和非编码键盘概念。

答：非编码键盘：包括独立连接式非编码键盘（结构简单，当键数较多时，就要占用多个接口）和矩阵式非编码键盘（可以减少键盘接口）。

非编码键盘处理软件复杂，硬件简单。

编码键盘：由硬件来识别键闭合、释放状态，由硬件消除键抖动影响以及实现一些保护措施的方法，可以节省CPU相当多的时间。

这种键盘处理软件简单，但硬件较复杂。

接口：决定是否有键按下；如有键按下，决定是哪一个键被按下；确定被按键的读数；反弹跳—按键抖动的消除。

不管一次按键持续的时间多长，仅采样一个数据。

处理同时按键即同时有一个以上的按键。

8、智能仪器仪表中的显示器件通常采用哪些？各自的特点。

答：液晶显示是一种功耗极低的被动式显示器件。

其优点为：工作电流比LED小几个数量级，尺寸小，厚度约为LED的1/3等。

断码显示器（断码式LCD每个显示位的电极配置与七段数码管相似，通常由多位字符构成一块液晶显示片）字符式显示器（用字符式LCD显示器显示英文字母或简单笔画汉字时更方便）图形式显示器（需要显示信号的波形或大量汉字时，应采用图形式液晶显示器）液晶条图显示（可以观察被测量的动态变化过程，用来直接观测连续变化的模拟量）9、模拟量输出信号有哪几类？各自的优缺点？答：电流信号、电压信号。

电流信号传输距离远，抗干扰能力强。

10、开关量输出隔离的作用？通常采用的隔离措施的特点。

答：抗干扰、保护后级电路。

光电隔离、变压器。

11、串行通信的基本概念，RS485串行总线组网，USB总线的特点。

答：串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。

其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

（异步方式, 同步方式）。

RS-485是一种多发送器的电路标准，半双工，在某一时刻，一个发送另一个接收。

它扩展了RS-422A的性能，允许双线总线上一个发送器驱动32个负载的设备。

USB总线的特点：（1）USB接口统一了各种接口设备的连接头（2）即插即用，并能自动检测与配置系统的资源（3）具有“热插拔”的特性（4）USB最多可以连接127个接口设备（5）USB1.1的接口设备采用两种不同的速度:12Mbit/s（全速）和1.5Mbit/s（慢速）。

USB2.0的传输速度最高可达到480Mbit/s。

12、克服脉冲干扰的数字滤波法：（限幅滤波法、中值滤波、剔除粗大误差）答：1、限幅滤波法（又称程序判别法、增量判别法）通过程序判断被测信号的变化幅度，从而消除缓变信号中的尖脉冲干扰。

具体方法是，依赖已有的时域采样结果，将本次采样值与上次采样值进行比较，若它们的差值超出允许范围，则认为本次采样值受到了干扰，应予剔除。

2、中值滤波是一种典型的非线性滤波器，它运算简单，在滤除脉冲噪声的同时可以很好地保护信号的细节信息。

对某一被测参数连续采样n次（一般n应为奇数），然后将这些采样值进行排序，选取中间值为本次采样值。

对温度、液位等缓慢变化（呈现单调变化）的被测参数，采用中值滤波法一般能收到良好的滤波效果。

3、拉依达准则法的应用场合与程序判别法类似，并可更准确地剔除严重失真的奇异数据。

13、什么是嵌入式系统？什么是模块化程序设计？什么是软件测试？答：嵌入式系统是指操作系统和功能软件集于计算机硬件系统之中。

特点：功能单一、简单，兼容性要求不高，软件代码小，高度自动化，响应速度快，适合于要求实时的和多任务的体系。

模块化程序设计的出发点是把一个复杂的系统软件，分解为若干个功能模块，每个功能模块执行单一的功能，并且具有单入口单出口的结构。

（自底向上模块化程序设计、自顶向下模块化程序设计）软件测试就是在软件投入运行前，对软件需求分析，设计规格说明和编码的最终复查，是软件质量保证的关进步骤。

定义：软件测试时为了发现错误而执行程序的过程。

14、模拟开关的特点以及优缺点。

答：模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。

15、智能仪器的设计原则以及设计步骤。

答：设计原则：（1）从整体到局部(自顶向下)的设计原则（2）较高的性能价格比原则（3）组合(集成)化与开放式设计原则设计步骤：（1）确定设计任务并拟定设计方案（2）硬件和软件研制（3）软硬件综合调试整机性能测试和评估。

16、智能仪器硬件设计的注意事项。

答：（1）采用功能强的芯片以简化电路,（2）修改和扩展，硬件资源需留有足够的余地.（3）自诊断功能，需附加设计有关的监测报警电路（4）硬件抗干扰措施。

（5）线路板注意与机箱、面板的配合，接插件安排等问题，必须考虑到安装、调试和维修的方便。

17、智能仪器仪器调试过程。

答：（1）硬件调试（静态调试动态调试）（2）软件调试（初级子程序调试模块程序调试）（3）性能测试（按照设计任务书规定的设计要求拟定一个测试方案，对各项功能和指标进行逐项测试。

如果某项指标不符合要求，还得查明原因，作相应调整；直至完全达到设计要求为止。

）18、干扰和噪声的基本特性。

答：（1）噪声是绝对的，它的产生不受接收者的影响，是独立的,与有用信号无关。

干扰是相对有用信号而言，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入一起系统并影响正常工作才形成干扰。

（2）噪声是干扰之因，干扰是噪声之果，是一个量变到质变的过程。

（3）干扰可以消除，噪声难以消除，只能减小。

干扰的形成：噪声源、有对噪声敏感的接收电路和两者之间的耦合通道。

19、常用的抗干扰措施，抑制电磁干扰的基本方法。

答：抑制电磁干扰的基本方法：（1）消除或抑制噪声源（2）破坏干扰的耦合通道（3）消除接收电路对干扰的敏感性（4）采用软件抑制干扰。

措施：屏蔽接地浮置对称电路隔离滤波脉冲电路的噪声抑制.20、智能仪器硬件调试、软件调试、整机性能测试的一般方法。

答: 硬件调试：通常先排除明显的硬件故障，之后，再和测试软件结合起来调试。

一般分为两步：静态调试和动态调试。

软件调试:从不需要调用其他子程序的最初级子程序调试入手，然后逐次向上一级模块程序调试扩展，最后是监控程序调试。

整机性能测试:按照设计任务书规定的设计要求拟定一个测试方案，对各项功能和指标进行逐项测试。

如果某项指标不符合要求，还得查明原因，作相应调整；直至完全达到设计要求为止。

22、放大器为什么要“前置”？答：当传感器输出信号比较小，必须选用前置放大器进行放大。

为使小信号不被电路噪声所淹没，在电路前端加入的电路必须是放大器，即K0＞1，而且必须是低噪声的，即该放大器本身的等效输入噪声必须比其后级电路的等效输入噪声低。

因此，调理电路前端电路必须是低噪声前置放大器。

23、数字滤波算法的优点：（1）数字滤波是一个计算过程，通常用软件实现，在实时性要求高的情况下用FPGA实现，因此可靠性高。

无需模拟电路，不存在阻抗匹配、特性波动、非一致性等问题。

（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。