智能仪器作业
Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
1、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和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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。
智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础，其特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。2、仪器仪表的重要性体现在哪些方面
（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一；
（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分；
（3）仪器是信息的源头技术；
总之，科学仪器作为认识世界的工具，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“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。
3、简述推动智能仪器发展的主要技术。
（1）传感器技术
（2）A/D等新器件的发展将显着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
4、学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。
微机原理，嵌入式系统等
微机原理内容包括微型、8086和、设计以及微型计算机各个组成部分介绍等内容。能够系统地掌握的结构、8086微处理器和指令系统、汇编语言程序设计方法、的电路设计及编程方法等。
嵌入式系统是指用来控制或者机器、装置、工厂等大规模的系统。它是以应用为中心，以为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、等严格要求的专用计算机系统。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在中的嵌入式。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
5、智能仪器有哪几种结构形式对其做简要描述。
从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。
微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。
微机扩展式智能仪器是以个人计算机为核心的应用扩展型测量仪器。PCI的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用PC已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。PC数据处理功能强、内存容量大，因而PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理。
6、智能仪器设计是采用FPGA/CPLD有哪些优点
FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：
（1）随着VLSI工艺的不断提高，FPGA/CPLD的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；
（2）FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；
（3）FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能；
（4）FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短；
（5）FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计，对知识产权保护有利。
7、为什么说嵌入式系统与片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段
（1）嵌入式系统的深入发展将是智能仪器的设计提升到一个新的阶段，尤其是能运行操作系统的嵌入式系统平台，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，并具有大量的应用程序接口（API），将会使研制复杂智能仪器变得容易；
（2）在片上系统设计中，设计者面对的不再是电路芯片而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应得单片机CPU内核和成熟化的IP内核模块，消除了器件信息故障，加快了设计速度，片上系统将使系统设计发生革命性的变化。
8、数据采集系统主要实现哪些基本功能
智能仪器的数据采集系统简称DAS，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。
9、简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。
（1）集中采集式：
a分时采集型，特点：多路信号共同使用一个S/H和A/D电路，简化了电路结构，降低了成本。（但对信号的采集式由模拟多路切换器即多路转换开关分时切换、轮流选通的，因而相邻两路信号在时间上是依次被采集的，不能获得同一时刻的数据，这样就产生了时间偏斜误差。）
b同步采集型，特点：在多路转换开关之前给每路信号通路各加一个采样保持器，使多路信号的采样在同一时刻进行，即同步采样。（然后由各自的保持器保持着采样信号的幅值，等待多路转换开关分时切换进入公用的A/D电路将保持的采样幅值转换成数据输入主机。这样可以消除分时采集型结构的时间偏斜误差，这种结构既能满足同步采集的要求，又比较简单。不足之处：在被测信号路数较多的情况下，同步
采得的信号在保持器中保持的时间会加长，而保持器会有一些泄露，是信号有所衰减。）
（2）分散采集式：
每一路信号一般都有一个S/H 和A/D ，不再需要模拟多路转换器MNX 。（每一个S/H 和A/D 之对本路信号进行模数转换即数据采集，采集的数据按一定的顺序或随机地输入计算机，根据采集系统中计算机控制结构的差异可以分为分布式单机采集系统和网络式采集系统。）
10、采样周期与那些因素有关，如何选择采样周期
转换时间：A/D 转换器从启动转换到转换结束输出稳定的数字量所需要的时间。
休止时间：从转换结束到下一次再启动转换所需要的时间。
数据采集时间与转换时间与休止时间之和有关，即采样周期与转换时间与休止时间之和有关。
采样周期的倒数为采样频率，采样频率应满足大于采样信号最高频率的2倍。
11、为什么要在数据采集系统中使用测量放大器
由于电路内有这样或那样的噪声源存在，是的电路在没有信号输入时，输出端仍存在一定幅度的波动电压，这就是电路的输出噪声。把电路输出端测得的噪声有效值ON V 折算到改电路的输入端即除以该电路的增益K ，得到的电平值称为该电路的等效输入噪声IN V ，即/IN ON V V K =。如果在高电路输入端的信号幅度IS V 小到比该电路的IN V 还要低，那么这个信号就会被电路的噪声所“淹没”。为了不使小信号被淹没，就必须在该电路前面加一级放大器。
12、在设计数据采集系统式，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么
（1）输入多选择；
（2）隔离作用，总线要求。
13、能否说一个带有采样保持器的数据采集系统的采样频率可以不受限制为什么不能说带有采样保持器的数据采集系统的采样频率可以不受限制。
因为在A/D 转换器在进行转换时需要一定的时间，在这个转换时间内，被转换的模拟量应基本保持不变，否则转换精度没有保证，甚至根本失去该转换的意义。所以转换时间c t 制约着转换信号的最高频率。max 11
2m c f t π+=（式1），进而影响数据采集
系统的采样频率max 2s f f ≥。在A/D 之前加上采样/保持器后max 11
2m AP f t π+=
（式2），AP t 为孔径时间。由于AP c t t ，所以由式2限定的信号频率远远高于式1限定的频率，采样/保持器扩展了被转换信号的范围，进而扩展了采样频率，但仍受AP t 的限制，不能无限增大。
14、在为一个数据采集系统选择微机时，主要考虑哪些因素
（1） 系统的通过速率，即系统速率、传输速率、采样速率或吞吐速率；
（2）系统的分辨率，即数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量；
（3）系统的精度，当系统工作在额定速率下，系统采集的数值和实际值的差尽量要小。
15、如果一个数据采集系统，要求有1%级精度性能指标，在设计该数据采集系统时，怎样选择系统的各个元器件
通常传感器和信号放大电路所占的误差比例最大，其他各环节如采样/保持器和A/D 转换器等误差，可以按选择元器件精度的一般规则和具体情况而定，选择元器件精度的一般规则是：每一个元器件的精度指标应该优于系统规定的某一最严格的性能指标的10倍左右。
所以此题中传感器和信号放大电路的总误差可分配成%，A/D 转换器和S/H 器和多路模拟开关分配%，且每个组件的误差应不大于%。
16、一个带有采样/保持器的数据采集系统，其采样频率100s f kHZ =,10FSR V =, 3AP t ns ?=,8n =,试问系统的采样频率是否太高
max s f f <，故系统的采样频率不高。
17、数据采集系统的组成。
18、信号调理电路的组成。
19、键盘有哪几种组成方式各自有何特点按键去抖有哪几种方法键盘的组成方式及特点。
（1） 非编码键盘 包括独立连接式非编码键盘（结构简单，但当键数较多时，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。
（2） 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。
按键去抖动的方法：
硬件方法和软件方法。通常在键的个数较少时可采取硬件措施，即用R-S 触发器或单稳态电路来消除按键抖动。键数较多时，常用软件反弹跳，及采用软件延时法。
20、 键盘接口主要解决哪些问题
（1） 决定是否有键按下
（2） 如果有键按下，决定是哪一个键被按下
（3） 确定被按键的读书
（4） 反弹跳-按键抖动的消除
（5） 不管一次按键持续的时间多长，仅采样一个数据
（6）处理同时按键，即同时又一个以上的按键情况
21、LCD 有那两种常用的驱动方式说明一种驱动方式的工作原理。
（1） 静态驱动方式
A 端接交变的方波信号，
B 端接控制该段显示状态的信号。从图中可以看出，当该段两个电极上的电压相同时，电极间的相对电压为0.，该段不显示；当两极上的电压相位相反时，两电极间的相对电压为两倍幅值的方波电压，该段显示，即呈黑色显示状态。
（2）迭加驱动方式（时分割驱动法）
22、试述当前集中常见触摸屏的工作原理。
（1）电阻式触摸屏电阻式触摸屏的主要部分是一块玉显示器表面紧密配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层叫ITO的透明导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮得塑料层，她的内表面也涂有一层导电层，在两层导电层之间有许多细小的透明隔离点把他们隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了一个结束，控制器检测到这个接通点并计算出X、Y轴的位置，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。
（2）红外线式触摸屏红外线式触摸屏以光束阻断技术为基础，不需要在原来的显示器表面覆盖任何材料，而是在显示屏幕四周安放一个光点距架框，在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线组成的栅格。当有任何物体进入这个栅格的时候，就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，在红外线探测器上会收到变化的信号，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置，经由控制器将触摸的位置坐标传递给操作系统。
（3）电容式触摸屏把人体当作一个电容元件的电极使用，是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，当用户和触摸屏表面耦合出足够量的电容时，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流，这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这4个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置，
（4）表面声波式触摸屏通过屏幕纵向和横向边缘的压电换能器发射超声波来实现。在各自对面的边缘装有超声波传感器，屏幕表面形成纵横交错的超声波栅格。当收获触摸笔接近屏幕表面，接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口的位置既是触摸坐标。
23、什么是同步通信方式和异步通信方式与RS-232标准相比，RS-422/485标准有何优点请说明RS-422/485标准为何有这样的优点。
同步通信方式：在数据开始传送前用同步字符来指示，并由时钟来实现发送端和接收端同步，字符与字符间没间隙；异步通信方式：数据时一帧一帧（包括字符代码或一字节数据）传送的。
优点：RS-232存在数据传输速率慢和传送距离短的缺点。
RS-422/485标准传输速率快，传送距离远。
因为RS-232发送器驱动电容负载的最大能力为2500pF，这就限制了信号线的最大长度。RS-232规定的逻辑电平与一般处理器的逻辑电平不一致，须与转换电平芯片连接，通信距离小，传输速率小。而RS-422/485的信号传输是利用信号导线之间的电相位差，传输距离远，速率高。
24、两台智能仪器均以51系列单片机为主构成去内部的微机系统，当两台智能仪器采用RS-232标准仅用TXD、RXD信号进行通信时，试设计从一个仪器到另一个仪器之间利用串行通信的所有电路的原理图。设两台仪器均只提供+5V电源。
25、简述USB总线的特点及优越性。
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）的接口设备采用两种不同的速度:12Mbit/s（全速）和s（慢速），的传输速度最高可达到480Mbit/s。
优势：（1）简化外部接口设备与主机之间的连线，并用一条传输缆线来串接各类型的接口设备
（2）可以在不需要重新开机的情况下安装硬件。
26、 USB的基本框架包含那几部分
（1） USB主机控制器/根集线器
（2） USB集线器
（3） USB设备
27、USB有几种传输模式试简述各种传输方式的特性。
（1）控制传输是USB中最重要的传输，唯有正确的执行完控制传输才能进一步执行其他传输模式。需以双向传输达到这个请求。能自定义请求来为任何目的而发送或接收数据块。所有USB设备必须支持控制传输。
（2）中断传输它是为那些必须快速接收到主机或设备的数据而准备的。是低速设备可以传输数据的唯一方法。中断传输仅是一种“轮询”的过程，如果因为错误而发生传送失败，可以在下一轮询的期间重新发送一次。
（3）批量传输它是针对未使用到的USB带宽来向主机提出请求的。须根据目前总线的拥挤状态，以所有可使用的带宽为基础，不断调整本身的传输速率，因此没有设置轮询时间间隔。若因某些错误而发生传送失败，就重新传送一次。
（4）等时传输采用了预先与PC机主机协议好的固定带宽，以保证发送端与接收端的速度能相互吻合，不支持有错误的数据重新发送，相对就须牺牲一些小错误的发生。
28、USB有几种描述符其中哪几种是必须要设置的
（1）设备描述符必须设置
（2）配置描述符必须设置
（3）接口描述符必须设置
（4）端口描述符必须设置
29、以你的观点解释设备列举的含义
当USB设备第一次连接到USB总线时，USB主机就会对此设备做出列举检测的动作。此时，主机会负责检测与设备所有连接至根集线器的设备，而辨识与设置一个USB外围设备的程序，称之为设备列举。若以USB通信协议的观点来看，设备列举就是通过一连串介于主机与设备之间的控制传输来辨识与设置一个刚连上USB的设备程序。而进一步的解释设备列举，也即是操作系统可以辨识一个新的硬件设备连接上总线以及决定其特定的需求，然后加载适当的驱动程序，并且给予新的硬件设备一个新的地址
30、简述无线数据传输的原理及特点。
无限数据传输的核心技术是调制解调技术。调制过程是在发送端吧数字信号变换成能被模拟信道传输的模拟信号，经传输通道传至接收端，接收端通过解调过程把接收到的模拟信号转换成数字信号，完成了无线数据传输的任务。
特点：（1）工频为国际通用的数据传输频段433MHz，无需申请
（2）易于采集运动信号，不受电缆的约束
31、与硬件滤波器相比，采用数字滤波器有何优点
（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、非一致性等问题；
（2）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；
（3）只要适当的改变数字滤波器在程序中的有关参数，就能方便的改变滤波特性，因此数字滤波使用灵活方便。
32、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）克服脉冲干扰的数字滤波法：包括限幅滤波法、中值滤波法、基于拉依达准则的奇异数据滤波法（剔除粗大误差）、基于中值数绝对偏差的决策滤波器。
特点：克服由仪器外部环境偶然因素引起的突变性扰动或仪器内部不稳定等引起误码等造成的尖脉冲干扰
场合：有尖脉冲干扰的场合
（2）抑制小幅度高频噪声的平均滤波法：为抑制电子器件热噪声、A/D量化噪声等小幅度高频电子噪声，通常采用具有低通特性的算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动加权平均滤波法等线性滤波器。
特点：算术平均滤波法可有效消除随机干扰，采样次数越大，滤波效果越好，但系统灵敏度要下降，只适用于慢变信号；滑动加权平均滤波法对周期信号有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰抑制作用差；加权平均滤波法系统对当前采样值的灵敏度高。
场合：有小幅度高频噪声的场合
（3）复合滤波器：
特点：既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。
场合：随机扰动不是单一的场合，既要消除大幅度的脉冲干扰，又要使数据平滑的场合
33、各种常用的滤波算法能组合使用吗若能，请举例说明；若不能，请说明理由。
能组合使用。在实际应用中，所面临的随机扰动往往不是单一的，有时既要消除大幅度的脉冲干扰，又要做数据平滑，因此常用两种以上的滤波算法结合使用。
例如：去极值平均值滤波算法。特点：先用中值滤波算法滤除采样值中的脉冲性干扰，然后把剩余的各采样值进行平均。去极值平均值滤波算法的算法为：连续采样N次，剔除其中的最大值和最小值，再求余下N-2个采样值的平均值。显然，这种方法既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。
34、中值数绝对偏差决策滤波器与中值滤波器有哪些特点
中值数绝对偏差决策滤波器特点：这种决策滤波器能够判别出奇异数据，并以有效性的数据来取代。具有比例不变性、因果性、算法快捷等特点，实时的完成数据净化。
中值滤波器：运算简单，在滤除脉冲噪声的同时可以很好的保护信号细节信息。中值滤波器是一种常用于净化奇异数据的非线性滤波器，它对奇异数据的敏感度远低于标准偏差，存在“根信号”用于单调性数据的滤波，而非点到信号采用中值滤波净化数据表现过于主动进取
35、什么是系统误差有哪几种类型简要说明系统误差与随机误差的根本区别。
系统误差是只在相同条件下，多次测量同一量时其大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。分为恒定系统误差和变化系统误差。
系统误差与随机误差的根本区别：系统误差不能依靠概率统计方法消除，可掌握、控制、消除，具有规律性，产生在测量开始之前，与测量次数无关。随机误差不能掌握、控制、消除，具有随机性，产生在测量过程中，与测量次数有关。
36、产生零位误差的原因有哪些产生增益误差的原因有哪些简述校正方法。
由于传感器、测量电路、放大器等不可避免的存在温度漂移和时间飘移，所以会给仪器引入零位误差和增益误差，这类误差均属于系统误差。
零位误差校正方法：在每一个测量周期或中断正常的测量过程中，把输入接地（即使输入为零），此时包括传感器在内的整个测量输入通道的输出即为零位输出（一般其值不为零）0N ；再把输入接基准电压r V 测得数据r N ，并将0N 和r N 存于内存；然后输入接x V ，测得x N ，则测量结果可用下式计算()00
r x x r V V N N N N =--，即在正常的测量过程中，均从采样值中减去原先存入零位输出值，从而实现零位校正。
增益误差的自动校正方法：开始工作后或每隔一定时间去测量一次基准参数，然后建立误差校正模型，确定并存储校正模型参数。在正式测量时，根据测量结果和校正模型求取校正值，从而消除误差。
37、基准电压r V 的精度和稳定性是否会影响零位误差、增益误差的校正效果
会影响。
零位误差、增益误差的校正结果都与基准电压有关系。对于零位校正，测量结果为()00
r x x r V V N N N N =--；对于增益校正，校正方程为10Y A X A =+，其中()1/10r A V X X =-，00/(01)r A V X X X =-
38、简述系统非线性误差校正的思路与方法。
思路：采用各种非线性校正算法（校正函数法、线性插值法、曲线拟合法等）从仪器数据采集系统输出的与被测量呈非线性关系的数字量中提取与之相对应的被测量。
方法：校正函数法、代数插值法（线性插值、抛物线插值、分段插值）、曲线拟合（连续函数拟合、分段拟合）
39、通过测量获得一组反映被测值的离散数据，欲建立一个反映被测量值变化的近似数学模型，请问有哪些常用的建模方法
校正函数法、代数插值法（线性插值、抛物线插值、分段插值）、曲线拟合（连续函数拟合、分段拟合）
40、 什么事代数插值法简述线性插值和抛物线插值是如何让进行的。
所谓代数插值，就是用一个次数不超过n 的代数多项式
1110()...n n n n n P x a x a x a x a --=++++去逼近()f x ，使()n P x 在节点处满足
()()n i i i P x f x y ==，0,1,...,i n =
线性插值过程：从一组数据(),i i x y 中选取两个有代表性的点()00,x y 和()11,x y ，然后根据插值原理，求出插值方程()01101100110
x x x x P x y y a x a x x x x --=+=+--，其中待定系数
1a 和0a 为10110
y y a x x -=-，0010a y a x =- 抛物线插值过程：在一组数据中选取()00,x y ，()11,x y 和()22,x y 三个点，相应的插值方程为()()()()()()()()()()()()()1202012012
010*********x x x x x x x x x x x x P x y y y x x x x x x x x x x x x ------=++------ 41、 举例说明标度变换的概念。
测量机械压力时，常利用压力传感器，当压力变化为0~100 N 时，压力传感器输出的电压为0~10mV ，放大为0~5V 后进行A/D 转换，得到00H~FFH 的数字量这些数码并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数的大小，必须把它转换成带有量纲的数值后才能显示或打印输出，这种转换就是工程量变换，又称标度变换。
42、什么是软件工程软件工程是如何克服软件危机的
软件工程是由硬件和系统工程派生出来的。它包含四个关键元素：方法、语言、工具和过程，是工程学的原理和方法在软件设计和生产中的应用。
随着软件在计算机中的比重的增大，传统的软件生产方式已不能适应发展需要，出现了软件危机。软件工程将软件生产划分为几个阶段，每个阶段都有严格管理和质量检验，设计和生产过程有共同的准则。
43、什么是基于裸机的软件设计其设计步骤分为那几步
基于裸机的软件设计是指以“空白”的微处理器/控制器为基础，完成全部的软件设计，没有将系统软件和应用软件分开处理，其实时性和可靠性与设计人员的水平密切相关，适用于功能较简单的智能仪器。
设计步骤：（1）设计任务书的编写
（2）硬件电路的设计
（3）软件任务分析
（4）数据类型和数据结构规划
（5）资源分配
（6）编程与调试
（7）编程语言和编程环境的选择
44、系统监控程序的作用是什么常用的结构有哪几种
系统监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转的程序。它完成人机对话和远程控制等功能，是系统按照操作者的意图或遥控命令来完成指定的作业。它是单片机系统的框架。监控程序的任务有：完成系统自校、初始化，处理键盘命令，处理接口命令，处理条件触发并完成显示功能。
常用结构：作业顺序调度型、作业优先调度型、键码分析作业调度型
45、根据你的理解谈谈什么是嵌入式系统，它有什么特点
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。
46、嵌入式应用程序的开发分为那几个阶段
（1）应用软件的生成阶段
（2）应用软件的调试阶段
（3）应用软件的固化运行阶段
47、嵌入式软件的开发方法有哪几种各有什么特点
交叉开发 ：崩溃与烧制的调试方法无法进行程序调试，效率低下，开发系统建立在PC （或工作站）上，应用程序的编辑、编译、链接等过程在宿主机上完成，而最终运行平台为嵌入式设备。
ROM 监控程序法 ： 改变崩溃和烧制方法才来的缺陷，将一段程序固化在目标机上。该程序与宿主机端程序一起完成对应用程序的调试。
48、什么是软件测试，其作用是什么
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。
作用：软件测试时为了发现错误而执行程序的过程。目的是为了在投入生
产性运行之前，尽可能多地发现并排除软件中潜藏的错误，从而提高软件的质量。
49、可靠率、失效率是如何定义的仪器失效率服从什么样的规律
可靠率是指在规定条件下和规定时间内仪器完成所规定的任务的成功率。
失效率优势也称瞬时失效率或故障率，是指仪器运行到t 时刻后单位时间内发生故障的仪器台数与t 时刻完好仪器台数之比。
仪器系统失效率曲线（新浴盆曲线）
50、有1000台仪器，要求其MTBF=1000h 。若对其进行1000h 的实验运行，最多允许多少台仪器出现故障
解：平均故障间隔时间()1ln MTBF t R t -=-????
得1000h 仪器可靠率为()11000R e -=，又()t R t e λ-=，/T λγ=
T 为运行台数和运行时间的乘积，610T =；γ指仪器失效数
得到10001λ=，310λ-=
仪器失效数为1000T γλ==，即最多允许有1000台仪器出现故障。
课程名称：数据采集与智能仪器姓名： 学号： 班级：
《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业） 武汉理工大学信息学院 参考书赵茂泰《智能仪器原理及应用》（第三版）电子工业出版社 程德福《智能仪器》（第二版）机械工业出版社 第1章概述 本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点 考试题（10分） 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点 第2章数据采集技术 本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D 转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计 考试题（30分） 1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。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分） 评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）； 2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。（15分） 评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确描述工作过程（5分）；第3章人机接口
本章要求掌握的内容：键盘；LED、LCD、触摸屏 考试题（30分） 1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路，画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序（包含程序流程图）。 评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试（10分） 第4章数据通信 本章要求掌握的内容：RS232C、RS485串行总线，USB通用串行总线，PTR2000无线数据传输 考试题（30分） 1 设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路（单片机端含8位LED显示），编写从PC机键盘输入数字，在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。 评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写单片机通信程序（5分）；在开发系统上运行，实现基本功能（10分）；制作实物,实现基本功能，效果良好（5分）。 第1章概述 考试题（10分） 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点 答：FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，
武汉理工大学 数据采集与智能仪器大作业
《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业） 武汉理工大学信息学院 参考书赵茂泰《智能仪器原理及应用》（第三版）电子工业出版社 程德福《智能仪器》（第二版）机械工业出版社 第1章概述 本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点 考试题（10分） 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？ 第2章数据采集技术 本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计 考试题（30分） 1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。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分） 评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）； 2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。（15分） 评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确描述工作过程（5分）； 第3章人机接口 本章要求掌握的内容：键盘；LED、LCD、触摸屏 考试题（30分）
1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路，画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序（包含程序流程图）。 评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试（10分） 第4章数据通信 本章要求掌握的内容：RS232C、RS485串行总线，USB通用串行总线，PTR2000无线数据传输 考试题（30分） 1 设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路（单片机端含8位LED 显示），编写从PC机键盘输入数字，在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。 评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写单片机通信程序（5分）；在开发系统上运行，实现基本功能（10分）；制作实物,实现基本功能，效果良好（5分）。
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）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。 （显示器和键盘）、（模拟量I/O通道）、15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、 总线和接插件等的检查。 16.异步串行通信是以字符为单位进行传送的，每个字符都附加了（同步）信息，降低 了对时钟精度的要求，但传输效率（较低）。 17.智能仪器是指将（计算机）技术和（测量控制）技术有机的结合在一起的新一代电 子仪器。 18.在信号通道使用光电耦合器，能有效抑制（尖峰脉冲）干扰和各种（噪声）干扰。 19.智能仪器中自动量程转换的方法主要有两种，一种是根据被测量的大小，自动切换 到不同量程的（传感器）上，另一种是自动改变电路的（放大器的增益）达到量程切换的目的。
智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合 没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。难免有错误，望大家谅解并指出。 课后习题参考 第一章 1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5
智能仪器大作业
课程名称：数据采集与智能仪器姓名： 学号： 班级：
《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业） 武汉理工大学信息学院 参考书赵茂泰《智能仪器原理及应用》（第三版）电子工业出版社 程德福《智能仪器》（第二版）机械工业出版社 第1章概述 本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点 考试题（10分） 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？ 第2章数据采集技术 本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计 考试题（30分） 1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。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分） 评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）； 2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。（15分） 评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确描述工作过程（5分）； 第3章人机接口
本章要求掌握的内容：键盘；LED、LCD、触摸屏 考试题（30分） 1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路，画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序（包含程序流程图）。 评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试（10分） 第4章数据通信 本章要求掌握的内容：RS232C、RS485串行总线，USB通用串行总线，PTR2000无线数据传输 考试题（30分） 1 设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路（单片机端含8位LED显示），编写从PC机键盘输入数字，在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。 评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写单片机通信程序（5分）；在开发系统上运行，实现基本功能（10分）；制作实物,实现基本功能，效果良好（5分）。 第1章概述 考试题（10分） 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？
课程名称:数据采集与智能仪器 姓名: 学号: 班级: 《数据采集与智能仪器》课程考核(大作业) 武汉理工大学信息学院 参考书赵茂泰《智能仪器原理及应用》(第三版) 电子工业出版社 程德福《智能仪器》(第二版)机械工业出版社 第1章概述 本章要求掌握的内容:智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点 考试题(10分) 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？ 第2章数据采集技术 本章要求掌握的内容:数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计 考试题(30分) 1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。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分) 评分标准:正确设计硬件电路图(5分);正确编写控制程序(5分);完成仿真调试,实现基本功能(5分); 2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造,画出采集系统电路原理图,简述其工作过程。(15分) 评分标准:正确设计硬件电路图(10分);正确描述工作过程(5分); 第3章人机接口 本章要求掌握的内容:键盘;LED、LCD、触摸屏 考试题(30分) 1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路,画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序(包含程序流程图)。
评分标准:正确设计硬件电路图(10分);正确画出程序流程图(5分);正确编写控制程序(5分);完成仿真调试(10分) 第4章数据通信 本章要求掌握的内容:RS232C、RS485串行总线,USB通用串行总线,PTR2000无线数据传输 考试题(30分) 1 设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路(单片机端含8位LED 显示),编写从PC机键盘输入数字,在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。 评分标准:正确设计硬件电路图(5分);正确画出程序流程图(5分);正确编写单片机通信程序(5分);在开发系统上运行,实现基本功能(10分);制作实物,实现基本功能,效果良好(5分)。 第1章概述 考试题(10分) 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？ 答:FPGA/CPLD芯片都就是特殊的ASIC芯片,她们除了ASIC的特点之外,还有以下优点:(1)随着VLSI工艺的不断提高,FPGA/CPLD的规模也越来越大,所能实现的功能越来越强可以实现系统集成;(2)FPGA/CPLD的资金投入小,研制开发费用低;(3)FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能;(4)FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短;(5)FPGA/CPLD软件易学易用,可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计,对知识产权保护有利。 第2章数据采集技术 考试题(30分) 1、设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。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分) 评分标准:正确设计硬件电路图(5分);正确编写控制程序(5分);完成仿真调试,实现基本功能(5分); 1.设计原理及简介 程控放大器利用选通开关,控制放大器的反馈电阻阻值,实现改变放大倍数的原理工作。这里采用两片8选1模拟开关器件CD4051作为放大器反馈电阻选择开关,通过两两电阻并联得到32种放大倍数。下面有程序将电阻组合一一列出
《智能仪器设计基础》试题 一、判断题（每题2 分，共20 分） 1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。（） 2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。（） 3. 测量获得一组离散数据建立近似校正模型，非线性校正精度与离散数据精度无关，仅与建模方法有关。（） 4. RS232 通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485 短。（） 5. USB协议为设备定义了2种供电模式:自供电和总线供电。在自供电模式下，USB设备不需要任何外接电源设备。（） 6. LCD显示器有静态驱动和叠加驱动两种驱动方式，这两种驱动方式可在使用时随时改变。（） 7. 智能仪器中的噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果。( ) 8. 软件开发过程的三个典型阶段是定义、开发和测试。（） 9. RAM 测试方法中，谷值检测法无法检测“粘连”及“连桥”故障。（）
10.曲线拟合要求y=f（x ）的曲线通过所有离散点（x i ，y i ）。（） 二、选择题（每题2 分，共20 分） 1. 多通道数据采集系统的框图如下图所示。其中（1 ）~（4 ）各部分的组成为:( ) A. 放大器、A/D 转换器、D/A 转换器、计算机 B. 多路开关、放大器、A/D 转换器、计算机 C. 多路开关、放大器、D/A 转换器、计算机 D. 放大器、多路开关、A/D 转换器、D/A 转换器 2. 仪器采集数据中存在随机误差和系统误差，基本数据处理顺序是:( ) A. 系统误差消除→数字滤波→标度变换 B. 数字滤波→系统误差消除→标度变换 C. 标度变换→系统误差消除→数字滤波 D. 数字滤波→标度变换→系统误差消除
智能仪表课程大作业题目：PID控制算法在变频调速中的应用 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 开课时间: 2015 至2016 学年第 1 学期
摘要 P ID控制是工业工程中应用最为广泛,最有效率的控制理论,从它的出现到现在已经经历了很长的时间, 今天它依然在工业控制中占有不可替代的地位, 相信在以后的很长一段时间 P I D控制还会有很强的生命力。现代工业的高速发展使原始,单一的控制技术已经很难适应现代控制的要求,将新型的控制理论,与传统的 P I D 控制技术相结合在未来的控制领域内会有广阔的前景。 针对目前自动称重配料系统中采用传统 PID控制的不足、系统误差不稳定、动态特性不理想，提出了一种基于模糊 PID控制的算法。将模糊控制与传统的 PID控制技术结合起来，共同应用于实际系统的调节当中。系统采用可编程逻辑控制器（PLC）实现模糊 PID双模控制，大大加快了系统的响应速度， PLC模拟输出控制变频器调节皮带电机转速，从而达到控制物料流量的目的。经过实际系统的仿真试验，系统控制性能良好，有效解决了系统运行中误差不稳定和动态特性不理想的问题。 关键词：模糊 PID；控制算法；变频调速；自动配料系统
Abstract PID control is the most widely applied in industrial engineering, the most efficient control theory, from its emergence to now has experienced a very long time, today it still occupies an irreplaceable position in the industry control, believe in the future for a long time of PID control will also have the very strong vitality. With the rapid development of modern industry makes original, single control technology has been difficult to adapt to the requirement of modern control, the new type of control theory, combined with the traditional PID control technology in the future will have broad prospect of control field. In view of the present automatic weighing ingredients for the system’s lack of traditional PID control，instability often system error， the dynamic characteristics were not ideal． A fuzzy PID control algorithm was pro- posed． Fuzzy control and conventional PID control combined together were used in the regulation of the actual system． System used PLC to achieve dual-mode fuzzy PID control， greatly speeding up the system response speed， PLC analog output adjustment belt drive motor speed control to achieve control of material flow purposes． After a system simula- tion test， the system had good dynamic and static performance， to meet the requirements of actual control． Effectively solved the problem of the system operation error instability and dynamic characteristics was not ideal．Key words： fuzzy PID； control algorithm； variable frequency speed regulation； automatic batching system
期末复习资料 学院:电气信息学院 专业：测控技术与仪器课程名称：智能仪器 考试日期：205年6月27日
《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
1、智能仪器有何特点？ 答：智能仪器有以下特点：（1）自动校正零点、满度和切换量程（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。 2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。 答：智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。 3、在MCS-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个I/O端口？ 答：在MCS-51系列单片机中扩展外部存储器用P0和P2口。 4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？ 答：因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的PSEN为片外程序存储器的读选通信号，而RD和WR为片外数据存储器的读和写选通信号。 5、MCS-51有哪些中断源？它们各自的中断服务程序入口地址是什么？ 答：MCS-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。它们各自的中断服务程序入口地址见下表。 6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？ 答：首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。 7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。 答：模拟量输入通道有单通道和多通道之分。多通道的结构通常又可以分为两种：（1）每个通道有独自的放大器、S/H和A/D，这种形式通常用于高速数据采集系统。（2）多路通道共享放大器、S/H和A/D，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。 8、说明模拟多路开关MUX在数据采集系统中的作用。 答：在多路共享A/D的输入通道中，需用多路模拟开关轮流切换各通道模拟信号进行A/D 转换，以达到分时测量和控制的目的。 9、说明采样/保持电路在数据采集系统中的作用及其使用方法。 答：采样保持电路用来保持A/D转换器的输入信号不变。该电路有采样和保持两种运行模式，由逻辑控制输入端来选择。在采样模式中，输出随输入变化；在保持模式中，电路的输出保持在保持命令发出时的输入值，直到逻辑控制输入端送入采样命令为止。此时，输出立即跳变到输入值，并开始随输入变化直到下一个保持命令给出为止。 10、A/D转换器有哪些类型？请比较它们各自的特点，并各举一例。 答：A/D转换器有（1）比较型，其特点是速度较快、抗干扰差、价格较高。如ADC0809。（2）积分型（包括双积分式和电压频率转换式），其特点是速度慢、抗干扰强、价格较低。如双积分式的MC14433，电压频率转换式的VFC-32。
1-1你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5 （1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。（3）仪器是信息的源头技术 总之，科学仪器作为认识世界的工具，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“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。 1-4简述推动智能仪器发展的主要技术。P8 （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 1-5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。 1-6智能仪器有哪几种结构形式？对其做简要描述。P6 从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。 微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。（微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。）微机扩展式智能仪器是以个人计算机（PC）为核心的应用扩展型测量仪器。（PCI的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用PC已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。PC数据处理功能强、内存容量大，因而PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理。）1-7智能仪器设计是采用FPGA/CPLD有哪些优点？ P12 FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：（1）随着VLSI工艺的不断提高，FPGA/CPLD的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；（2）FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；（3）FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能；（4）FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短；（5）FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计，对知识产权保护有利。 1-8为什么说嵌入式系统与片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段？ P11 （1）嵌入式系统的深入发展将是智能仪器的设计提升到一个新的阶段，尤其是能运行操作系统的嵌入式系统平台，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，并具有大量的应用程序接口（API），将会使研制复杂智能仪器变得容易； （2）在片上系统设计中，设计者面对的不再是电路芯片而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应得单片机CPU内核和成熟化的IP内核模块，消除了器件信息故障，加快了设计速度，片上系统将使系统设计发生革命性的变化。
人工智能大作业实验-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
湖南中医药大学本科课程实验教学大纲 《人工智能》 计算机科学与技术专业 执笔人：丁长松 审定人：*** 学院负责人：*** 湖南中医药大学教务处 二○一四年三月
一、课程性质和教学目的 《人工智能》是计算机专业本科生的一门专业必修课，适应于计算机科学与技术专业、医药信息工程专业。本课程是关于人工智能领域的引导性课程，通过本课程的学习，是使学生了解和掌握人工智能的基本概念、原理和方法，培养学生在计算机领域中应用人工智能技术提高分析和解决较复杂问题的能力，启发学生对人工智能的兴趣，培养知识创新和技术创新能力。 《人工智能》主要研究智能信息处理技术、开发具有智能特性的各类应用系统的核心技术。本课程主要介绍人工智能的基本理论、方法和技术，主要包括常用的知识表示、逻辑推理和问题求解方法、人工智能发展学派以及主要理论。 先修课程：高等数学、数据结构、数据库原理、算法设计与分析、数理逻辑 二、课程目标 人工智能实验应在一种为高效率开发专家系统而设计的高级程序系统或高级程序设计语言环境中进行。在目前开来，专家系统开发工具和环境可分为5种主要类型：程序设计语言、知识工程语言、辅助型工具、支持工具及开发环境。在这里主要是要求学生能用相关术语描述、表示一些问题；用程序设计语言如：C、C++、JAVA编程来实现一些基本的算法、推理、搜索等过程。 三、实验内容与要求 实验一：谓词表示 【实验内容】 设农夫、狼、山羊、白菜都在河的左岸，现在要把它们运送到河的右岸去，农夫有条船，过河时，除农夫外船上至多能载狼、山羊、白菜中的一种。狼要吃山羊，山羊要吃白菜，除非农夫在那里。试设计出一个确保全部都能过河的方案。
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
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