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,。