智能仪器与虚拟仪器仪表复习题说课讲解
第五章 智能仪器与虚拟技术
第五章 智能仪器与虚拟技术第一节仪表的智能化与虚拟技术一、测量仪器仪表的发展测量仪器仪表的发展大体经历了以下几代：(1)第一代——以电磁感应基本定律为基础的模拟指针式仪表。
(2)第二代——以电子管或晶体管为基础的分立元件式仪器。
(3)第三代——以集成电路芯片为基础的数字式仪器。
(4)第四代——以微处理器为核心的智能式仪表。
(5)第五代——虚拟仪器(以下简称VI)。
二、仪表的智能化1．传统测量仪表的特点(1)以分立元件或集成电路构成，结构复杂，成本高；(2)仪表可靠性取决于其结构特点，相对较低；(3)对于输入信号的测量准确性完全取决于仪表内部各功能部件的精密性和稳定性，各部件误差都将反映到测量结果中。
(4)传统仪表内部某些部件发生故障时，虽然继续进行测量并给出结果，但不再保证结果的正确性。
(5)必须进行周期性的校准，以保证其额定精度的合法性。
通常采用更高一级的同类仪表进行对比测量来实现。
(6)传统测量仪表的数据处理能力很弱。
2．智能仪表以微型计算机(尤其是单片机)技术与测量控制技术结合在一起，以微机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，组成的具有智能化功能的新一代测量仪表。
3．智能仪表的基本类型(1)内含微型处理器，仪表本身具有各种智能功能，如自校正、数据处理等。
(2)仪器本身与微机在结构上分开，但仪器由微机控制，进行数据采集与处理。
4．智能仪表的特点及其智能功能(1)以微机及其接口为核心，结构简单。
(2)能够适应被测参数的变化，自动补偿、自动选择量程。
(3)能够自动校准。
(4)能够自寻故障（自诊断）。
(5)自动进行指标判断与选择。
(6)能够进行逻辑操作、定量控制、程序控制。
(7)具有很强的数据处理能力和显示能力。
(8)硬件基础是数据采集技术和输入输出技术。
(9)软件基础是数据处理技术和信号处理技术。
5．智能仪表的基本组成三、虚拟技术1．传统仪表与智能仪表的缺点(1)测量功能的实现完全取决于其硬件结构。
虚拟仪器习题答案说课讲解
虚拟仪器习题答案4.9 设计VI，把两个输入数值相加再乘以20。
4.10 设计VI，输入一个数，判断这个数是否在10~100之间。
或者4.11 设计VI，比较两个数，如果其中一个数大于另一个数，则点亮led指示灯。
4.12设计VI，产生一个0.0到10.0的随机数与10.0相乘，然后通过一个VI子程序将积与100相加后开方。
（1）子VI （2）调用子VI5.5 设计VI，求0~99之间所有偶数的和。
5.6 设计VI，求一个一维数组中所有元素的和。
5.7 设计VI，计算5.8 设计VI，在前面板放置一个布尔按钮和一个字符串显示控件，要求当按钮按下时，显示“按钮被按下”，当按钮被松开时，显示“按钮被松开”。
5.9 设计VI，使用公式节点，完成下面公式的计算。
y1=x^2+x+1; y2=ax+b;5.10 设计VI，将两个字符串连接成一个字符串。
5.11 设计VI，建立一个簇，包含个人姓名、性别、年龄、民族、专业等信息，并使用“解除捆绑”函数，将簇中各个元素分别取出。
5.12 设计VI，利用全局变量将一个VI产生的正弦波在另一个VI显示。
（1）第一个vi，产生波形数据，存入全局变量中（2）全局变量（3）第二个vi，用来显示波形5.13 设计VI，将含有10个随机数的一维数组存储为电子表格文件。
5.14 设计VI，将三角波生成器产生的三角波数据存储为二进制文件。
5.15 设计VI，产生500个随机数并使用波形显示控件显示波形，计算随机数的平均值、最大值、最小值，并在前面板上显示计算结果。
5.16 设计VI，在波形图上用两种不同的颜色显示一条正弦曲线和一条余弦曲线，每条曲线长度为128点，其中X0=0，dX=1，余弦曲线的X0=2，dX=5.5.17 设计VI，用XY图显示一个半径为5的圆。
5.18 设计VI，用数字波形图显示数组各元素对应的二进制信号，数组为（0,7,14,21,9,35,13）。
6.8 设计VI，用3种不同的形式产生正弦波信号。
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。
智能仪器课程题目、辅导及要求
课程设计安排一、课程设计题目（以下课程设计题目按学号顺序分配，落实到人。
一人一个题目）1.题目：电烤箱的智能温控仪表设计功能及技术指标：⑴电烤箱由1kW电加热器加热，最高温度为120°C。
⑵电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差≤±2°C。
⑶可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1°C。
⑷当实际温度超出设置温度±5°C时发出报警⑸采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器。
⑹采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。
2.题目：快式热水器的智能温控仪表设计功能及技术指标：⑴用两位数码管显示出水温度。
⑵水温范围为：00~99°C，检测和显示的精度为1°C。
⑶设置5个功率档位指示灯：1~2档，一个灯亮；3~4档，两个灯亮；5~6档,3个灯亮；7~8档,4个灯亮；9档，5个灯亮。
0档无功率输出，档位灯不亮。
⑶设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。
加热功率分为0~9档，按加键可依此递增至9档；按减键可依此递减至0。
0~9档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。
⑷出水温度超过65°C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到45°C时，开始加热。
⑸采用可控硅控制加热功率⑹传感器为热敏电阻。
⑺采用89C51单片机。
3.题目：电热水器的智能温控仪表设计功能及技术指标：⑴电热水器由800W电炉丝加热，最高温度为100°C。
⑵电热水器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差≤±2°C。
⑶可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1°C。
⑷当实际温度超出设置温度±10°C时发出报警⑸采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器。
《智能仪器》复习题及答案
《智能仪器》复习参考题及答案一、填空题1.在电子设备的抗干扰设计中，接地技术是一个重要环节，高频电路应选择（多）点接地，低频电路应选择（单）点接地。
2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘和（矩阵）式键盘，若系统需要4个按键，应采用（独立式）键盘结构。
大于8个时采用矩阵式键盘3.智能仪器的显示器件常用（LED ）数码管或液晶显示器，其中（LED数码管）更适合用于电池供电的便携式智能仪器。
4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、（放大器）、滤波器、（采样保持器）和A/D转换器等几个主要部分所组成。
5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源)、（传输或耦合的通道）和对干扰敏感的接收电路。
6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为：（传导）耦合、公共阻抗耦合、静电耦合和（电磁）耦合。
7.RS-232C标准串行接口总线的电气特性规定，驱动器的输出电平逻辑“0”为（+5 ～+15 ）V, 逻辑“1”为（-5 ～-15 ）V。
8.智能仪器的随机误差越小，表明测量的（精确）度越高；系统误差越小，表明测量的（准确）度越高。
9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、（周期性）自检和键控自检三种方式。
10.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度（较慢），抗干扰能力（强）。
11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种：即利用（误差模型）、（校正数据表）或通过曲线拟合来修正系统误差。
12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、（隔离变压器）、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。
13.为减小随机误差对测量结果的影响，软件上常采用（算数平均）滤波法，当系统要求测量速度较高时，可采用（递推平均）滤波法。
14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成的（个人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。
15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、（显示器和键盘）、（模拟量I/O通道）、总线和接插件等的检查。
智能仪器原理及其应用相关复习题
智 能 仪 器 原 理 复 习 提 纲1、智能仪器的定义内部带有微型计算机并带有GP —IP 等通信接口，具有对数据的存储、运算、逻辑判断，自动化操作与外界通信等智能作用的仪器，称为智能仪器。
2、智能仪器的优点①使用键盘代替传统仪器中旋转式获琴键式切换开关来实施对仪器的控制，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切换,自动调零,触发电平自动调整，自动校准，自诊断等功能，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的能力,使用人员只通过键盘打入命令。
⑤智能仪器一般都配有GP-IB 或RS —232等通信接口,使智能仪器具有可程控操作的能力。
1、A/D 转换的技术指标①分辨率与量化误差：分辨率是衡量A/D 转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术指标,记数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。
量化误差是由于A/D 转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样二引起的误差，其大小在理论上为一个单位.②转化精度：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。
③转换速率：指A/D 转换器在每秒钟内所能完成的转换次数.也可表示为转换时间,即转换从启动到结束所需时间.④满刻度范围：又称满量程输入电压范围，指A/D 转换器所允许最大的输入电压范围。
2、逐次比较式A/D ，积分式A/D 的原理及各自优缺点逐次比较式:当启动信号作用后,时钟信号先通过逻辑控制电路是N 位寄存器的最高位D （N —1)位1，以下各位为0，这个二进制代码经A/D 转换器转换成电压U0，送到比较器与输入的模拟电压Ux 比较。
若Ux.〉Uo ，则保留这一位，；若Ux 〈Uo ，则D （N-1)位置0。
D(N-1)位比较完毕后,在对下一位即D （N-2)位进行比较，控制电路使寄存器D （N-2)为1，其以下各位仍为0，然后再与上一次D(N-1)结果一起经过D/A 转换后再次送到比较器与Ux 相比较。
智能仪器复习题
智能仪器复习题1、什么是智能仪器智能仪器的主要特点是什么1智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物,实际上是一个专用计算机系统,它由硬件和软件两大部分组成；2仪器的功能强、仪器的性能优越、操作自动化、具有友好的人-机对话能力、具有可程控操作能力;2、解释系统误差和随机误差并说明系统误差与随机误差的根本区别;1系统误差是由于系统自身的非理想性引起的误差;随机误差是由窜入仪器的随机干扰引起的,它是指在相同条件下测量同一量时,其大小和符号作无规则的变化而无法预测,但在多次测量中符合统计规律的误差;23、什么是虚拟仪器简述其结构及特点;1虚拟仪器是仪器技术和计算机技术深层次结合的产物,是在以计算机为核心的硬件平台上,由用户定义功能,具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现的计算机仪器系统;2虚拟仪器由仪器硬件平台和软件两大部分组成3使用计算机的显示屏和鼠标/键盘代替传统仪器的面板；仪器的功能是用户根据实际要求由软件实现；研制周期较传统仪器大为缩短；虚拟仪器的资源共享性;4、在智能仪器系统中,选择单片机主要应考虑哪些因素功耗、ROM和RAM的大小、中断能力、处理器的位数、定时/计数器的个数、I\O管脚数、I\O口电流/电压大小、时钟频率5、简述智能仪器中软件的可靠性设计方法常用的软件设计方法有“自顶向下设计方法”、模块化设计法、结构化设计法;“自顶向下”设计,概括地说,就是从整体到局部再到细节,即把整体任务分成一个个子任务,子任务再分成子子任务,这样一层层的分下去,直到最底层的每一个任务都能单独处理为止;模块化设计法是把一个大的程序划分成若干个程序模块分别进行和调试,由主模块控制各子模块完成测量任务;结构化程序设计法是20世纪70年代起逐渐被采用的一种新型程序设计方法,综合了“自顶向下”设计法、模块法设计法的优点,并采用了三种基本的程序结构编程; 6、智能仪器的软件主要包括那些部分智能仪器的软件通常由监控程序、中断程序、测量控制程序、数据处理程序和通信程序等组成;7、与硬件滤波器相比,采用软件滤波器有何优点软件滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便与集成等优点;可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的8、叙述提高智能仪器软件可靠性的方法;1可靠的程序设计方法：包括递归程序设计和结构化程序设计法等技术;2程序验证技术：包括程序正确性证明、程序的自动证明和程序检测技术;3提高软件设计人员的素质4消除干扰：有平滑滤波、脉冲宽度识别、设置软件陷阱等方法;5增加试运行时间;9、智能仪器的设计原则是什么从整体到局部的设计原则；软件、硬件协调原则；开放式与组合化设计原则10、常用的数字滤波算法有哪些说明各种滤波算法的特点和使用场合;1消除脉冲干扰的数字滤波法；为了消除由于仪器外部环境因素的突然变化或仪器仪器内部不稳定引起的尖脉冲干扰2抑制小幅度高频噪声的平均滤波法；在多数情况下被认为是白噪声,具有数学期望为零及各态偏历性的特点3复合滤波法；先用中值滤波算法滤除采样值中的脉冲干扰,然后把剩余的各个采样值进行算术平均4模拟滤波器数字化滤波法；一种以数字形式通过算法,实现RC滤法的方法,消除干扰；在滤波常数要求大的场合更为实用5自相关滤波法；在强噪声中检测微弱信号；测试领域11、某8位DAC,其输出电压为0～5V,当CPU输出10H、68H时,此DAC输出的模拟电压值对应是多少12、什么是串模干扰抑制串模干扰的方法有哪些1串模干扰是指串联于信号源回路之中的干扰,也称横向干扰或正态干扰;2用双绞线或同轴电缆作信号线；用滤波器抑制串模干扰13、什么是共模干扰抑制共模干扰的方法有哪些1共模干扰是指智能仪器的两个输入端上共有的干扰电压,也称纵向干扰或共态干扰2变压器或光电耦合器隔离；浮地屏蔽14、设计一个由 51系列单片机控制的程控放大器增益的接口电路;已知输入信号小于10mV ,要求当输入信号小于 1mV 时,增益为 1000 ,而输入信号每增加 1mV 时,其增益自动减少一倍,直到 100mV 为止;15、如何对智能仪器进行硬件和软件调试硬件调试：集成电路器件未插入电路板之前,必须仔细检查线路连接是否正确;重点检查系统总线是否存在相互之间短路或与其他信号线短路,特别要防止电源短路;确定电路连线无误后,再插入芯片,接通电源,并用电压表检查各集成电路芯片插座上的电压值和极性是否正确;电路系统接通后,可用示波器检查时钟信号、脉冲信号及噪声电平;还可以用电压表测量元件的工作状态,用逻辑测试笔测试逻辑电平等;如果发现异常,应重新检查线路,直至符合要求为止;软件调试：在开发软件的支持下,通过指令模拟,可以方便的进行编程,单步运行、设置断点运行,修改程序等软件调试工作;调试过程中的运行状态、各寄存器状态、端口状态都可以在crt指定的窗口区域显示出来,以确定程序运行有无错误;16、网络化仪器的C/S和 B/S组建模式有什么不同1c/s模式是集散测控系统经常采用的一种结构;它一般由多个客户端来采集数据,而系统中有一个服务器充当数据库的角色,客户端通过通信协议把测试数据写入远程服务器数据库;这种结构的客户端主要实现测量数据的采集功能,服务器汇总数据并可实现数据分析等功能;设计人员需要分别设计服务器和客户端的程序;2b/s模式是一种瘦客户模式,一般由客户机、服务器以及和服务相连的远程测控设备组成;系统中,服务器不是接受来自客户机的测量数据,客户端一般通过浏览器就可以观测和保存这些数据;设计人员的主要工作是进行服务器客户端程序的开发,不存在客户机端程序的开发和保护;17、独立式键盘、矩阵式键盘和交互式键盘各有什么特点1独立式键盘结构的特点是一键一线,即一个按键单独使用一根检测线与主机输入三态缓冲器连接;2矩阵式键盘结构的特点是把检测线分为两组,一组为行线,另一组为列线,按键置于行线与列线的交叉处;3交互式键盘结构的特点是,任意两检测线之间均可放置一个按键,但要求每一条检测线必须是具有位控功能的双向I/O端口线;18、数字低通滤波比模拟低通滤波有什么优点模拟低通滤波器,如一阶惯性RC滤波器,能有效地滤除高频干扰和周期性低频干扰;当用它来抑制周期性低频干扰时,要求滤波器有大的时间常数和高精度的RC网络;时间常数越大,要求R值越大,其漏电流也随之增大,从而使RC网络误差增大,降低了滤波效果;为此,可以采用数字低通滤波算法来消除干扰,数字低通滤波是一种以数字形式通过算法,实现RC滤法的方法;它能很好地克服上述模拟滤波器的缺点,在滤波常数要求大的场合,此法更为实用19、智能仪器的研制步骤有哪些1确定设计任务,并拟定设计方案2硬件和软件设计3系统调试及性能测试20、对参与设计的单片机项目进行总结,包括项目名称、本人所做的工作、结果和遇到的问题、有何收获等;项目名称：应用80c51单片机控制ADC0809,构成一个8通道自动巡回检测系统1、什么是智能仪器它有什么特点以微处理器为核心,将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能,具有一定的智能作用;测量范围宽、精度高、稳定性好;智能仪器一般均配有GP-IB或RS-232C、RS-485等通信接口,可跟另外的智能仪器组成智能仪器系统;2、按智能仪器的结构可将智能仪器分为哪两类微机内嵌内藏式微机扩展式3、什么叫做微机内嵌式智能仪器什么叫做微机扩展式智能仪器将微机作为核心部件嵌入到智能仪器中,仪器包含一个或多个微机,属于嵌入式系统;利用微机强大的功能完成信号调理、A/D转换、数字处理、数据存储、显示、打印、通信等各项任务;将原智能仪器中测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡,插入到PC机的总线插槽或扩展槽内,而原有智能仪器所需的键盘、显示器以及存储卡等均能借助于PC机资源也就是利用微机的硬件、软件资源完成数据分析和显示给使用者的感觉是一个微机系统;4、什么叫做个人仪器其组成方式怎样个人仪器Personal Computer Instrumen t,PCI亦称PC仪器,是以个人计算机为基础的仪器,其组成方法是,将原独立式智能仪器中的测量部分制作成仪器卡,插入PC的总线插槽,而原独立式智能仪器所需的键盘、显示器及存储器等均借助于PC的资源;5、什么是虚拟仪器它能实现什么功能虚拟仪器是指在计算机为核心的硬件平台上,由用户定义功能,具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统;虚拟仪器的三大功能为数据采集、数据分析处理、显示结果6、虚拟仪器的三大功能模块分别是什么计算机、仪器模块和软件7、LabVIEW的基本程序单位是什么它包括哪几部分8、什么是网络化仪器在智能仪器中将TCP/IP协议等作为一种嵌入式应用,使测量过程中的控制指令和测量数据以TCP/IP方式传送,使智能仪器可以接入Internet,构成分布式远程测控系统;9、网络化仪器的体系结构包括什么网络化仪器包括基于计算机总线技术的分布式测控仪器、基于Internet/Intranet的虚拟仪器、嵌入式Internet的网络化仪器、基于IEEE1451标准的智能传感系统以及基于无线通讯网络的网络化仪器系统等;10、网络化仪器中测量仪器接入网络的方法有哪两种1用计算机做服务器2专用接口转换装置做服务器11、智能仪器的数据采集系统包括哪几部分12、按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个,多路模拟输入通道可分为哪两大类型集中采集式和分散采集式两大类型13、分时集中采集的缺点是什么怎样克服这样的缺点多路开关分时切换,轮流选通,相邻两路信号在时间上是依次被采集,不能获得同一时刻的数据,会产生时间偏斜误差;尽管这种时间偏差很短,但也不能满足同步采集测试的需要;同步采集14、在智能仪器的数据采集通道中放大器为什么要前置前置放大器的放大倍数应该如何选择多数传感器输出信号都比较小,必须选用前置放大器进行放大;为使小信号不被后续电路的噪声所淹没,在后续电路前端必须加入放大倍数K0>1的放大器,而且加入的放大器必须是低噪声的,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;15、仪用放大器的特点是什么适用于什么样的场合1.优点：高共模抑制比、高增益、低噪声和高输入阻抗;2.适用场合：传感器输出信号较弱,且其中包括工频、静电和电磁耦合等共模干扰;16、如何提高程控增益放大器的放大倍数程控增益放大器与普通放大器的差别在于反馈电阻网络可变,且受控于控制接口的输出信号;不同的控制信号,将产生不同的反馈系数,从而改变放大器的闭环增益;17、什么是隔离放大器它主要的三种耦合方式是什么隔离放大器是一种将输入、输出及电源在电流和电阻上进行隔离,使之没有直接耦合的测量放大器;变压器耦合、光耦合和电容耦合18、如何用两片CD4051组成16路的开关通道19、在智能仪器的数据采集通道中为什么要利用采样保持电路模拟信号进行A/D转换时,从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间;在这个转换时间内,模拟信号要基本保持不变;否则转换精度没有保证,特别当输入信号频率较高时,会造成很大的转换误差;要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A／D转换结束后又能跟踪输入信号的变化;能完成这种功能的器件叫采样／保持器;采样／保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”;20、结合采样保持器电路图说明采样保持器工作原理开关S导通,输入模拟信号Vi对保持电容CH充电,当VL=1的持续时间tw远远大于电容CH的充电时间常数时,在tw时间内,CH上的电压Vc跟随输入电压Vi的变化,使输出电压Vo=Vc=-Vi,这段时间为采样时间;开关S断开,由于运算放大器的输入阻抗很高,存储在上CH的电荷不会泄露,CH上的电压Vc保持不变,使输出电压Vo能保持采样结束瞬时的电压值,这段时间为保持时间;21、简述AD转换器的主要性能指标按工作原理划分,A/D转换器分为哪几类分辨率转换时间转换误差转换速度满刻度范围22、A／D转换器与微处理器连接方式以及智能仪器要求的不同,实现A／D转换软件的控制方式主要有哪几种23、说明双积分Ａ／D转换器的工作原理双积分式A／D转换器又称双斜式A/D转换器,其转换过程在逻辑控制电路的控制下按以下三个阶段进行;1．预备阶段2．定时积分阶段T13．定值积分阶段T224、在智能仪器设计中,一般根据哪两项要求来选择A/D转换器位数应根据对采集电路转换范围与转换精度两方面的要求选择A/D转换器的位数25、设计AD574与80C51单片机的接口电路,要求采用中断方式控制AD转换,画出接口电路图;26、设计一个数据采集系统,具体要求为8路模拟量输入交变信号,f=100Hz,电压范围为0～10V,转换时间小于50μs,分辨率5mV满量程的%,通道误差小于%;ADC的选择：选择12位A/D转换器AD574,其转换时间为25μs,分辨率为满量程的%,转换误差为%,输入信号范围为0～10V或0～20V,均满足设计要求;多路模拟开关：选择8路模拟开关CD4051,开关漏电流约为,当信号源内阻为10kΩ时,误差电压是μV,可忽略不计;开关接通电阻约为200Ω,由于采样保持器的输入电阻一般在10MΩ以上,因此当最大电压为10V时,开关电阻上的压降仅为,也可忽略不计;27、什么是软测量技术软测量技术一般是根据某种最优准则,通过选择一些容易测量且与主导变量密切联系的二次变量辅助变量来预测主导变量,它所建立的软测量模型可以完成一些实际硬件检测仪器所不能完成的测量任务;28、智能仪器输出通道的信号种类分为几种,分别为什么模拟量输出信号开关量输出信号数字量输出信号29、模拟量输出通道的组成及结构形式D/A转换多路模拟开关采样保持一个通路设置一个D/A转换器多个通路共用一个D/A转换器30、D/A转换器的工作原理权电阻31、在DA转换器中通常用哪两项来描述转换精度,分别描述这两个性能指标在D/A转换器中通常用分辨率和转换误差来描述转换精度;分辨率是指输入数字量最低有效位为1时,对应输出可分辩的电压变化量△V与最大输出电压Vm 之比转换器中各元件参数的偏差,基准电压的波动,和运放的零点漂移都可以影响D/A的转换精度;32、DA转换器的输入输出形式分为哪几种D/A转换器的数字量输入端有3种情况：不含数据锁存器；含单个数据锁存器；含双数据锁存器;对于D/A转换器的输出,则又有单极性和双极性之分,以及某些场合下的偏置输出方式;33、画出DAC0832单极性和双极性输出电路示意图,并分析两种极性的输入和输出关系34、DAC0832的工作方式有哪几种每种方式如何实现双缓冲：由于DAC0832芯片中有两个数据寄存器,可以通过控制信号将数据先锁存在输入锁存器中,当需要D/A转换时,再将锁存器中锁存的数据信号装入DAC 寄存器并进行D/A 转换,从而达到两极缓冲工作方式;直通型：如果使两个寄存器都处于常通状态,这时两个寄存器的输出跟随数字输入变化而变化,D/A 转换器的输出也同时跟着变化,这种情况应用于连续反馈过程控制系统35、继电器的作用是什么继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统又称输入回路和被又称输出回路,通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”;故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用;36、电磁继电器的工作原理是什么当输出回路包含感性负载是为什么要加续流二极管只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点常开触点吸合;当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点常闭触点吸合;这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的;当输出回路包含有感性负载导通电流较大时,在触点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧,以至于烧坏触点或降低触点寿命;为防止这种情况,如果负载电源是直流的,可以在触点间并联续流二极管；如果负载电源是交流的,可以在触点间并联压敏电阻;37、光电耦合器的工作原理是什么输入为低电平时,流过发光二极管的电流为零,光敏三极管截止,输入为高电平时,流过发光二极管发光,光敏三极管因光信号作用而饱和导通,。
智能仪器1-8章复习纲要
第一章概述1.仪器仪表是实现测量的各种技术工具的总称。
它是获取信息的工具、是认识世界的手段，是一个具体的系统或装置。
2.三代仪器仪表：●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3.结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。
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(表现为智能的延伸或加强等) 。
智能仪器可分为聪敏仪器、初级智能仪器、模型化智能仪器、高级智能仪器。
这四类仪器以不同的技术作为支持。
这种分类方法具有兼容性、相关性、方向性的特点。
这种细致分类方法是有向的，高一级类别向下兼容，低一级类别向高一级发展。
相近两类之间有重叠。
4.智能仪器的基本结构有两种基本类型：微机内嵌式、微机扩展式5.智能仪器的主要特点：1.测量过程的软件控制：CPU→软件控制测量过程“以软代硬”→灵活性强、可靠性强2.数据处理：数字滤波、随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改善测量的精确度相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息3.多功能化：一机多用(智能化电力需求分析仪)第二章数据采集技术1.智能仪器的数据采集系统简称DAS（Data Acquisition System），是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置2.数据采集系统的组成结构：前一道环节是感受被测对象，并把被测非电量转换为可用电信号的传感器，后一道环节是将模拟电信号转换为数字电信号的数据采集电路。
按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输人通道可分为集中采集式（简称集中式）和分散采集式（简称分布式）两大类型。
3.在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了实现物理信号向电信号的转换、小信号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等，这些操作统称为信号调理（Signal Conditioning），相应的执行电路统称为信号调理电路。
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智能仪器与虚拟仪器仪表复习题传感器温度传感器常采用了热敏电阻，一般用半导体材料做成，可以分为负温度系数热敏电阻NTC和正温度系数热敏电阻PTC，临界温度系数热敏电阻三种。
NTC和PTC的特征曲线如图热敏电阻全桥电路分析D1REDR12.7K123HLK1SW-HL+15VR3R527KR4100R63K+5V2374618U2OP072374618U3OP072374618U4OP073274618U1OP07R1147KR85.1KR7100KR105.1KR9100KR1410KR1510KR1651KR1751KR182KR232KR195.1KR212KR222K12Uo+15V-15V-15V-15V+15V+15V-15VD33.2VD23.2VR202K-5VR242K+5VR1220KR1320KRW10K0.1u FC20.1u FC30.1u FC40.1u FC50.1u FC60.1u FC70.1u FC80.1u FR2270/3WJ2J1123123R2用作加热电阻，R3为负温度系数热敏电阻NTC，用来检测加热温度的变化，R3、R4、R5、R6组成全桥电路，当J1的1-2端、J2的1-2端断开时，则桥路后面的精密仪器放大器的输入电压为0，此时可以通过调节电位器RW对放大电路进行调0；当J1的1-2端、J2的1-2端接通时，则桥路的输出电压信号经放大调理电路放大，从而在Uo的输出端得到随加热温度变化而变化的电压信号。
D2hed3是稳定0漂。
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除区分三种电桥的特点全桥好单臂电桥半桥全桥性能实验收集于网络，如有侵权请联系管理员删除霍尔传感器开关型霍尔传感器和模拟量霍尔传感器，开关型霍尔传感器当磁钢（磁铁）转到传感器正下方时，传感器输出低电平，反之输出高电平。
原件为三个引脚：小瓷片靠近霍尔元件的正面，霍尔元件传感器输出低电平。
光电传感器光电式传感器传感器有反射型和透射型两种，透射型的传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源通过转盘上开的孔透射后由光电二极管接受转换成电信号，在转盘上有孔，转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。
反射型的发光管和光电管是做在一起的。
模拟多路开关如图功能MPC508（U1）为8通道多路开关：INn(n=1～8)为8通道模拟量输入端，A0、A1、A2为通道选择控制端，EN 为使能端，它们之间的关系见真值表8-1所示。
要访问MPC508多路开关，收集于网络，如有侵权请联系管理员删除可编程增益放大器AD526（U2）为可编程增益放大器A2、A1、A0、B四端为控制增益的代码输入端，-CS、-CLK为使能端，VIN端为信号输入端，VOUT端为信号输出端，它们之间的关系见真值表9-1，通过编程可以很方便的设置1、2、4、8、16不同的增益。
表9-1A/D转换AD774B（U5）为12位逐次逼近型快速A/D 转换器，其转换速度最大为8μS，其引脚图10-1及主要功能说明如下：收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除LOGIC V ：数字逻辑部分电源+5V12/-8：数据输出格式选择信号引脚。
当12/-8=1（+5V ）时，双字节输出，即12位数据同时有效输出，当12/-8=0（0V ）时，为单字节输出，即只有高8位或低4位有效。
-CS ： 片选信号端，低电平有效。
0A ： 字节选择控制线。
R/-C ： 读数据/转换控制信号，当R/-C =1，ADC 转换结果的数据允许被读出；当R/-C =0时，则允许启动A/D 转换。
CE ： 启动转换信号，高电平有效。
CC V 、EE V ：模拟部分供电的正电源和负电源，为12V ±或15V ±。
REF OUT ： 10V 内部参考电压输出端 REF IN ：内部解码网络所需参考电压输入端REF OFF ： 补偿调整。
接至正负可调的分压网络，以调整ADC 输出的零点。
10IN V 、10IN V ：模拟量10V ，20V 量程的输入端口，信号的一端接至AG 引脚。
DGND ： 数字公共端（数字地） AGND ：模拟公共端 （模拟地）0DB ～11DB ：数字量输出STS ： 输出状态信号引脚。
转换开始时，STS 达到高电平，转换过程中保持高电平。
转换完成时返回到低电平。
STS 可以作为状态信息被CPU 查询，也可以用它的下降沿向CPU 发中断申请，通知A/D 转换已完成，CPU 可以读取转换结果。
2、当A/D 转换结束后，先能读入A/D 转换后的12位数据中的低8位；后读入A/D 转换后的12位数据中的高4位。
D/A转换实验模拟量的输入端：13、14脚DB0~DB11连接单片机。
例题AD7541A（U4）为12位D/A 转换器，主要功能说明如下：BIT1～BIT12：12位数字量输入端OUT1：D/A转换电流输出1。
当DAC的BIT1～BIT12全为1时，输出电流最大，全为0时输出0；OUT2：D/A转换电流输出2。
OUT1与OUT2输出端电流之和为一常数。
V IN：参考电压输入端REFR：反馈电阻输入FEEDBACK表11-1 图11-1数码管静态动态显示液晶显示器的种类：字符屏、汉字屏（带字库与不带字库）、单色、多色收集于网络，如有侵权请联系管理员删除键盘键查询子程序流程框图RS232通信单片机串行口经MAX232器件进行电平转换后，与PC机串行口相连。
PC机使用串口调试应用软件：串口调试.exe,实现上位机与下位机的通信。
MAX232 PC机PS232电平转为UARS485通信单片机串行口经MAX485器件进行电平转换后，再经过“RS485到RS232转换器”与PC机串行口相连。
直流电机转速直流电机在应用中有多种控制方式，对直流电机的驱动控制主要采用电枢控制驱动：即控制加在电枢两端电压的大小变化,以控制电机的转速大小。
由PWM 信号形成器与晶体管功率放大器电路；由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号进行转速测量。
Pwm脉冲电信号直流数字电压表实验收集于网络，如有侵权请联系管理员删除主程序流程框图 T1定时中断子程序流程框图温度测量（传感器为热敏电阻）收集于网络，如有侵权请联系管理员删除主程序流程框图 T0定时中断子程序流程框图数据采集卡1．数据采集卡的组成（1）多路开关多路开关将各路被测信号轮流切换到放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。
（2）放大器放大器将前一级多路开关切换进入待采集信号放大（或衰减）至采样环节的量程范围内。
通常，实际系统中放大器做成增益可调的放大器，设计者可根据输入信号幅值的不同，选择不同的增益倍数。
（3）采样/保持器采样/保持器取出被测信号在某一瞬时的值（即信号的时间离散化）并在A/D 转换过程中保持信号不变。
（4）A/D转换器A/D转换器将输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。
一般来讲，通常将采样/保持器同A/D转换器集成在一块芯片上。
（5）D/A转换器D/A转换器将计算机输出的数字量转化为模拟量输出。
（6）I/O口一般数据采集卡都集成了数字量输入端和数字量输出端。
2．数据采集卡的性能指标（1）模拟信号输入部分①模拟输入通道数该参数表明数据采集卡所能采集的最多的信号路数。
②信号的输入方式被测信号的输入方式有：·单端输入：即信号的其中一个端子接地。
·差动输入：即信号两端均浮地。
·单极性：信号幅值范围为0～A，A为信号最大幅值。
·双极性：信号幅值范围为－A～＋A。
一般的数据采集卡都设有信号输入方式参数的选择和设置，设计者可根据实际需要进行选择。
③模拟信号的输入范围收集于网络，如有侵权请联系管理员删除根据信号输入方式的不同（单极性输入或双极性输入），有不同的输入范围。
如对单极性输入，典型值为0～10V ；对双极性输入，典型值为－5V ～+5V 。
④放大器增益放大器增益是采集卡固有参数，可以由设计者设置。
⑤模拟输入阻抗模拟输入阻抗是采集卡固有参数，一般步由设计者设置。
2．A/D 转换部分（1）采样速率采样速率是指在单位时间内数据采集卡对模拟信号的采集次数，是数据采集卡的重要技术指标。
由采样定理，为了使采样后输出的离散时间序列信号能无失真地复原输入信号，必须使采样频率f s 至少为输入信号最高有效频率f max 的两倍，否则会出现频率混乱误差。
实际系统中，为了保证数据采集精度，一般由下列关系：s f =（7～10）m ax f ×N式中：N 为多通道数采系统的通道数；f s 为采样频率；f max 为信号最高有效频率。
（2）位数位数是指A/D 转换器输出二进制的位数。
当输入电压由0V 增至满量程U=U H时，一个12位(b=12)A/D 的数字输出由12个“0”变为12个“1”，共计变化2b 个状态，故A/D 转换器产生一个最低有效位数字量的输出改变值，相应的输入量U min =1/LSB=q 可由下式计算：1LSB=q=bH 2U 式中：q 为量化值；U H ≧A ，为满量程输入电压，通常等于A/D 转换器的电源电压。
（3）分辨率和分辨力这两项指标数据采集卡可分辨的输入信号最小变化量。
分辨率一般以A/D 转换器输出的二进制或BCD 码位数表示，分辨力为1LSB （最低有效位数）。
（4）精度精度一般用量化误差表示。
量化误差e 为21LSB ：|e|=21LSB=21q=1b H 2U 3．D/A 转换部分（1）分辨率分辨率是指当输入数字发生单位数码变化即1LSB 时，所对应输出模拟量的变化量，通常用D/A 转换器的转换位数b 表示。
（2）标称满量程标称满量程相当于数字量标称值2b 的模拟量。
（3）响应时间数字量化后，输出模拟量稳定到相应数值范围内（0.5LSB ）所经历的时间称为响应时间。
虚拟仪器虚拟仪器由三大功能块组成：信号的采集、数据的处理、结果的输出，所以可以按照“信号的调理与采集——数据的分析和处理——结果的输出及显示”的结构模式来建立。
1．信号的调理和采集功能对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能，此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成，本实验台提供三个工业上使用的高精度传感器。
为了使所有传感器输出一致，交流电压传感器和交流电流传感器在电路上增加了一级运放电路，使输出为5V （在出厂前已调好）。
2．数据分析和处理功能虚拟仪器通过软件实现对输入信号的分析处理，如数字滤波、统计处理、数值计算、信号分析、数据压缩等数字信号处理。
本实验台提供数据采集卡支持LabVIEW 、VB 、VC 等虚拟仪器软件开发平台。
3．结果的输出及显示此项设计应考虑界面友好美观，操作方便。