测控仪器结构设计第一章(15版)讲义

测控仪器设计教案测控03《测控仪器设计》教案第一章绪论1.1、仪器发展过程仪器：是对物质世界信息进行测量与控制的设备。

1、按所采用的电子器件：真空管-→晶体管-→集成电路(三个时代)2、按组成结构、工作原理和功能特点：模拟式-→数字式-→智能化(三个发展阶段)第一代：模拟式仪器。

如指针式的电压表、电流表、功率表。

机械式特点：功能简单、精度低、响应速度慢。

第二代：数字式仪器。

如数字万用表、数字频率计。

数电基本特点：是将待测的模拟信号转换成数字信号进行测量，测量结果以数字形式输出显示并向外传送。

精度高，响应速度快，读数清晰、直观。

第三代：智能仪器。

概念：是计算机技术与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)，因而被称之为智能仪器。

(1)是在数字化的基础上发展起来的，是计算机技术与测量仪器相结合的产物。

微处理器在智能仪器中的作用主要体现在以下两方面：①对测试过程的控制：接受键盘或通信接口的命令，解释并执行这些命令，控制各部分的工作过程，同时对工作状态进行监测。

②对测试数据的处理：表现为硬件电路只需具备最基本的测试能力，能向微型计算机提供原始数据即可。

对数据的进一步处理如滤波、运算等可由软件完成。

(2)智能仪器基本技术指标测量的准确度和可靠性是智能仪器的两项基本技术指标。

对仪器的误差进行校准可以保证仪器具有规定睥准确度。

而对仪器的故障进行检测和诊断则可及进发现错误、排除故障，使仪器可靠的工作。

保证仪器准确度(精度)措施：温度补偿、非线性校正、滤波；保证仪器可靠性措施：冗余设计、故障诊断。

故障诊断方法：给被测对象施加一定的检测信号，根据其输出响应信号来判断是否存在故障。

由于具有数字存储、运算、逻辑判断能力，可根据被测参数的变化自动选择量程，具有自动校正、自动补偿、自寻故障等功能，可以完成需要人类的智慧才能胜任的工作，即具备了一定的"智能"，故称之为智能仪器。

测控仪器知识点总结第⼀章测控仪器设计概论1. 从计量测试⾓度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。

2. 计算仪器是以信息数据处理和运算为主的仪器。

3. 测控仪器是利⽤测量与控制的原理，采⽤机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机结合的⼀种范围⼴泛的测量仪器。

4. 仪器中与被测量相⽐较的标准量以及与其对应的装置⼀起，称为仪器的基准部件。

5. 测控仪器中的传感器是仪器的感受转换部件，它的作⽤是感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放⼤或处理的信号。

6. 测量范围：测量仪器误差允许范围内的被测量值。

7. 灵敏度：测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输⼊)的变化。

8. 测控的分辨⼒是指显⽰装置的能有效辨别的最⼩⽰值。

9. 测量仪器的准确度是指测量仪器输出接近真值的响应能⼒。

10. 测量仪器的⽰值误差是指测量仪器的⽰值与对应输⼊量的真值之差。

⽰值误差越⼩，仪器的准确度越⾼。

11. 测量仪器的重复性：在相同测量条件下，重复测量同⼀个被测量，仪器提供相近⽰值的能⼒。

重复性误差越⼩，则仪器的随机误差越⼩。

第⼆章仪器精度理论12. 估读误差：观测者估读指⽰器位于两相邻标尺标记间的相对位置⽽引起的误差，有时也称为内插误差。

13. 读数误差：由于观测者对计量器具⽰值读数不准确所引起的误差，它包括视差和估读误差。

14. 绝对误差：被测量测得值与其真值(或相对真值)之差。

15. 相对误差：绝对误差与被测量真值的⽐值。

16. 正确度：它是系统误差⼤⼩的反映，表征测量结果稳定地接近真值的程度。

17. 精密度：它是随机误差⼤⼩的反映，表征测量结果的⼀致性或误差的分散性。

18. 准确度：它是系统误差和随机误差两者的综合的反映。

表征测量结果与真值之间的⼀致程度。

19. 螺旋测微机构的误差分析。

如图所⽰，由于制造或装配的不完善，使得螺旋测微机构的轴线与滑块运动⽅向成⼀夹⾓θ，求由此引起的滑块位置误差 L 。

电气工程学院课程设计说明书设计题目：自动温奶器电路设计系别：电气工程系年级专业： 13级检测1班学号： 131203021002学生姓名：吴幸天指导教师：崔建新教师职称：讲师电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：测控仪器电路设计基层教学单位：仪器科学与工程系指导教师：崔建新学号131203021002 学生姓名吴幸天（专业）班级13检测1班设计题目自动温奶器电路设计设计技术参数保持恒温40度设计要求1传感器的选择2测量电路3放大电路4电源电路设计参考资料1、传感器原理2、测控电路3、新编传感器设计手册，赵宝贵主编。

中国计量出版社2002年周次第前半周第后半周应完成内容周一～周二收集资料及方案论证周三参数、仪器选择周四系统布局设计周五绘图撰写设计说明书指导教师签字崔建新基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科摘要随着我们的生活越来越好，人们的生活方式和节奏的改变以及加快，人们对婴幼儿的养育时间将大大减少，但我们同时又希望对婴幼儿有更好的照顾，需求也就越来越大，所以研究一种婴儿全自动热奶器成为当务之急。

全自动热奶器，只要将奶瓶放入热奶器内，热奶器就会自动加热，并且使奶瓶保持在恒温状态，从而省去了要热奶的麻烦，给父母亲提供了很大的便利。

该简易自动温奶器还能同时用于对饮料、饭菜等的保温，对日常生活也有很大的帮助。

通过利用NE555振荡器对电路进行延时，控制使之保持温度；热敏电阻器对温度进行监测，保证装置维持恒温；电源电路对电源稳定有作用。

目录摘要 (1)第一章绪论 (3)1.1 设计背景 (3)第二章设计方案 (4)2.1 自动温奶器功能 (4)2.2 产品装置的意义 (4)2.3 自动温奶器工作原理 (4)2.4 元器件选择和制作 (6)2.5 温奶器装置框图 (7)2.6 单元电路图 (7)2.7 整体电路图 (12)第三章结论 (13)第四章参考文献 (14)第五章心得体会 (15)第一章引言随着时代的进步，生活节奏的加快与对待婴幼儿的养育问题同时更加重视的问题之间的矛盾，促使我来研究婴幼儿牛奶加热问题。

绪论掌握要点:课程地位和内容掌握电子类知识 测控(智能)仪器基础 推动仪器发展新技术微计算机与单片机计算机发展 MCS51系列单片机及增强功能常用软件类电路设计与制版 PROTEL99 PROTEUS电路仿真与程序仿真 OrCAD PSpice 电路编辑及程序设计 单片机程序设计及仿真2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 1课程的地位,任务本课程地位: 随着计算机及微电子技术等在机电及自动化方面的广泛应用,在 此基础上发展的智能仪器仪表是现代化仪器仪表发展的主流方向. 了解及熟悉这类仪器的工作原理及相关接口设计,以及软件设计 方法无疑是十分重要. 本课程主要内容为: 典型仪器(发展,特点,结构); 仪器输入及接口(信号转换,处理等电路及软件设计); 仪器外设及控制技术(键输入,显示,打印等电路及软件设); 仪器输出及通信(信号转换,接口,通信等电路及软件设计); 典型仪器仪表分析.返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 2电路设计与制版 PROTEL99电路设计与制版 PROTEL99 ,包括: 原理图设计 原理图元件图库设计 印制板图设计 印制板图元件封装库设计 原理图仿真SIM返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 3PROTEUS电路仿真与程序仿真1.PROTEUS电路仿真与程序仿真,包括: 电路原理图设计 电路原理图仿真 单片机程序设计 单片机程序仿真 2.OrCAD PSpice 电路编辑及程序设计,包括: 电路元件绘制及编辑 电路模拟及仿真返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 4单片机程序设计及仿真单片机程序设计及仿真 程序编辑 程序仿真 常用软件 IDE8051 MEDWIN (万利) E6000 (伟福) Keil C51 IAR返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 5微型计算机 8088/8086 - 80286 - 80386(32 位) - 80486(32 位) - 80586(64 位) 80系列 (16 位) 8098/8096( 16 位单片机,内有 A/D 等) 48系列 (单板机如 Z80等) 8031 8032 等 基本型: 8751 EPROM 型: 等 51/48系列 (8位) EEROM 型: 89C51 89C52/54/5 5 P89C52/54/ 58 89S52/53 51系列 增强型: 87LPC762/7 64/768 87C552 89C2051 LPC915/916 /917 , LPC931/932 /935 计算机 高性能 : ADuC812/81 4,uPSD3251/ 54等 68系列 ( Motorola 公司,在 PLC 控制器中应用较多 ) TMS 系列 (德州仪器公司 (TI),作为数字信号处理器 (DSP), 其特别适合高速,实时 处理 ) 其它单片机 AR系列 () PIC 系列 () ARM 系列 专用(4位 / 1位):应用于电视机,洗衣 机 , 录像机 , 微波炉 , 电磁炉等 返回 2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 6电子技术类1.电子器件工作原理,包括: 电阻 电容 二极管 三极管 可控硅 场效应管 电感,继电器 集成运算放大器 常用集成电路 数字电路基础(CPLD) 2.常用电子元件参数,包括: 常用电子元件手册 二,三极管设计手册 国内,外线性集成电路手册 TTL电路设计手册 CMOS电路设计手册 传感器电路设计2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中返回7智能仪器基础智能仪器:由计算机技术与测量仪器相接合,含有微计算机或微处理器,具有对 数据的存储,运算,逻辑判断及自动化操作等功能,有一定智能作用. 1.智能仪器的发展概况 智能仪器从单一功能到高准确度,高性能,多功能方向发展 微计算机从基本型到增强型发展 2.智能仪器的特点 测量过程软件控制 数据处理 多功能化 3.智能仪器基本结构 微机内置式 微机外置式 4.虚拟仪器 定义:以计算机作为平台,各有源数据量通过数据采集器(DAS),各无源 数据由软件产生激励源进入进入计算机内核,由计算机软件形成操作面板, 用户可以根据需要设计或组合产生专用仪器的方式.返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 8推动仪器发展的主要技术 传感器技术 A/D等新器件的发展将显著增强仪器的 功能与测量范围 单片机 DSP的广泛应用 ASIC,FPGA/CPLD技术 LabVlEW等图形化软件技术 网络与通信技术返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 9智能传感器技术微电子技术,光电子技术获得了迅猛的发展, 加工工艺逐步成熟,新型敏感材料不断被开发 出来.在高新技术的渗透下,尤其是计算机硬 件和软件技术的渗入,使微处理器和传感器得 以结合,产生了具有一定数据处理能力,并能 自检,自校,自补偿的新一代传感器——智能 传感器.智能传感器的出现是传感技术的一次 革命,对传感器的发展产生了深远的影响.返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 10网络传感器技术网络通信技术逐步走向成熟并渗透到各行各业,各种高可靠, 低功耗,低成本,微体积的网络接口芯片被开发出来,微电子 机械加工技术,将网络接口芯片与智能传感器集成起来并使通信 协议固化到智能传感器的ROM中时,就产生子网络传感器; 为解决现场总线的多样性问题,IEEEl451.2工作组建立了智能 传感器接口模块(STIM)标准,该标准描述了传感器网络适配器 或微处理器之间的硬件和软件接口,是IEEEl451网络传感器标 准的重要组成部分,为使传感器能与各种网络连接提供了条件 和方便.智能传感器和网络化传感器的飞速发展可大大 提高信号检测能力,进而推动智能仪器总体性 返回 能的提高.2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 11A/D等新器件增强仪器的功能与测量范围 A/D芯片是现代科学仪器不可缺少的核心部件之 一,它的速度的提高是实现高速数据采集的关键. 在向高速,向低功耗,高分辨率,高性能的方向 发展. A/D等电路与微处理器集成在一块(称为混合电 路) 传感器与控制电路都集成在一块芯片上,这将缩 小体积,增强可靠性,从而实现智能仪器的多功 能化返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 12单片机,DSP处理器广泛应用单片机:8031,8051,89C51,MSP430TMS—320系列等高速单片数字信号处理器 (DSP'Digital Signal Processor)是通过硬 件来完成乘法和加法运算的,极大地增强了智 能仪器的数字滤波,FFF,相关,卷积等信号 处理能力. 新型DSP芯片接口功能大大加强,甚至集成了 DSP与ARM双核.2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中返回13ASIC,FPGA/CPLD技术(一)ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits,专用集成电路)无论在价格,集成 度,还是在产量,产值方面均取得了飞速发 展.因此,对仪器设计者来说,很有意义的 一项工作是把一些性能要求很高的线路单元 设计成专用集成电路而使智能仪器的结构更 紧凑,性能更优良,保密性更强.返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 14ASIC,FPGA/CPLD技术(二)FPGA(Field Programmable Gates Array,现场可编程 门阵列) CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编 程逻辑器件) FPGA/CPLD的规模比较大,适合于时序,组合等逻辑电 路应用场合,它可以替代几十甚至上百块通用IC芯片. 这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点.电 路保持不动的情况下,改变内部硬件连接关系的描述, 就能实现一种新的功能.比较典型的有Xilinx公司的FPGA器件系列 Altera公司的CPLD器件系列.2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 15应用FPGA/CPLD的优点(一)(1)FPGA/CPLD芯片的规模也越来越大,其单片逻 辑门数已达到数十万门,它所能实现的功能也越来越 强,同时也可以实现系统集成. (2)FPGA/CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的 测试,不需要设计人员承担投片风险和费用,设计人员 只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来 完成芯片的最终功能指定.研制开发费用相对较低. (3)F FPGA/CPLD芯片和EPROM配合使用时,用户 可以反复地编程,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.返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 16应用FPGA/CPLD的优点(二)(4)FPGA/CPLD芯片的电路设计周期很短.软件 包中不但有各种输入工具和仿真工具,而且还有版图 设计工具和编程器等全线产品,电路设计人员在很短 的时间内就可完成电路的输入,编译,优化,仿真, 直至最后芯片的制作(物理版图映射).当电路有少量 改动时,更能显示出FPGA/CPLD的优势.它大大加快 了新产品的试制速度,减少了库存风险与设计错误所 带来的危险,从而提高了企业在市场上的竞争能力和 应变能力. (5)电路设计人员使用FPGA/CPLD进行电路设计时, 不需要具备专门的IC(集成电路)深层次的知识,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(从电路原理图 到芯片级的设计),对知识产权的保护也非常有利.2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 17LabVlEW等图形化软件技术→虚拟仪器在计算机和必要的仪器硬件确定之后,软件就是PCI 仪器发展的关键.软件就是仪器成为流行的说法. NI ( National Instruments ) 公 司 1986 年 设 计 的 LabVlEWl.0,2003年发展到Labview7.0,推动虚 拟仪器技术的发展. 图形化编程语言建立的虚拟仪器面板,完成对仪器 的控制,数据采集,数据分析和数据显示功能. 虚拟仪器系统由用户定义;仪器硬件模块化;可重 用和重新配置;系统功能,规模可通过修改软件, 更换仪器硬件而增减;技术更新速度快(1—2年), 开发维护费用低.2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中返回18网络与通信技术随着网络技术,通信技术的高速发展与广泛 应用,网络化测试技术受到广泛关注,这必将 对网络时代的测试仪器和测试技术产生革命性 变化.表现在两个方面:★ 智能仪器要上网,完成数据传输,远程控制与故障诊断等;★ 构建网络化测试系统,将分散的各种不同测试设备挂接在网络上,通过网络实现资源, 信息共享,协调工作,共同完成大型复杂系统 的测试任务. 返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 19微机内置式结构输出通道 D/A传感器A/D 电 输入通道 量非 电 量单片机或 DSP RAM, EPROM I/O接口外部通信RS232 USB 打印机面板键盘,开关,显示器内嵌微处理器仪器的基本结构返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 20微机外置式应用工控机PCI普通台式PCI个人仪器结构图2009年6月25日星期四返回笔记本PCI邓成中 21测控仪器设计微机外置式结构个人计算机 总线扩展槽软件仪 器 插 件 2 仪 器 通 用 接 口PC总线 电 源仪 器 插 件 1…插 件 n扩展底板或外部插件箱GPIB总线微机外置式仪器结构图返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 22MCS-51系列89C51/52功能返回2009年6月25日星期四测控仪器设计邓成中23MCS-51系列87LPC700系列功能(一)返回2009年6月25日星期四测控仪器设计邓成中24MCS-51系列87LPC700系列功能(二)返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 25MCS-51系列89LPC910系列功能(一)返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 26MCS-51系列89LPC910系列功能(二)返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 27MCS-51系列89LPC93系列功能(一)返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 28MCS-51系列89LPC93系列功能(二)返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 29MSC-51单片机基础知识了解MCS-51系列单片机型号及基本硬件结构和 特点等. MCS-51引脚,ROM及RAM结构 MCS-51内部通用RAM(00H-7FH)结构结构 MCS-51内部SFR(80H-FFH)结构结构 MCS-51 RST引脚典型连接 MCS-51周期及晶振 MCS-51内部21个特殊功能寄存器使用返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 30基础知识1-单片机发展概况1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列 1978高档8位单片机 Intel MCS-51系列: -51子系列:8031/8051/8751 -52子系列:8032/8052/8752 低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/10511983- 16位单片机 Intel MCS-96 系列 8098/8096,80C198/80C196 32位单片机 80960返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 31基础知识2-单片机应用概况单片机即单片机微型计算机,是将计算机主机(CPU, 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机. 单片机为工业测控而设计,又称微控制器.具有三高优势(集成 度高,可靠性高,性价比高). 主要应用于工业检测与控制,计算机外设,智能仪器仪表,通 讯设备,家用电器等. 特别适合于嵌入式微型机应用系统. 单片机开发系统有单片单板 机和仿真器.实现单片机 应用系 统的硬,软件开发.返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 32基础知识3-MCS-51基本结构MCS-51系列基本产品型号: 8051,8031,8751称为 51子系列. 不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完 全兼容,只是存储器和I/O接口的配置有所不同.硬件配置基本配置: 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPROM,RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中返回33基础知识4- MCS-51引脚1.I/O口线功能 4个8位并行 I/O 接口引脚 P0.0～P0.7 ,P1.0～P1.7 , P2.0～P2.7和 P3.0～P3.7 2.控制线 ALE:地址锁存允许信号端 PSEN:外部程序存储器读选通 信号端 EA/VPP:程序存储器选择信号 端和编程电源输入端返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 34基础知识5- MCS-512存贮器配置哈佛结构:程序与数据分 为两个独立存储器逻辑空 间,分开编址. 物理上4个存储器地址空间: 片内/片外程序存储器空间 片内/片外数据存储器空间 逻辑上3个存储器地址空间: 64KB 程序存储器 256B 片内数据存储器 64KB 片外数据存储器返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 35基础知识6-单片机内部通用数据存贮器片内RAM 工作寄存器区: 字节地址:00H～1FH 位寻址区: 字节地址:20H～2FH 位地址为:00H～7FH 数据缓冲区/堆栈区: 字节地址:00H～7FH 一般使用30H～7FH返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 36基础知识7-单片机内部特殊功能存贮器特殊功能寄存器SFR 占用字节地址:80H～FFH 位寻址寄存器: 其字节地址可被8整除. 专用寄存器: A,B,PSW,DPTR,SP I/O接口寄存器: P0,P1,P2,P3,SBUF, TMOD,TCON,SCON …返回2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中 37基础知识8- RST引脚RST/VPD:复位信号端和后备电源输入端. 输入10ms以上高电平脉冲,单片机复位. VPD使用后备电源,可实现掉电保护. 复位电路: 1)上电复位 2)外部信号复位 3. 电源及时钟引线 工作电源:VCC,VSS, 时钟输入:XTAL1, XTAL2 .2009年6月25日星期四+5V单片机30μFK200Ω 1KRST返回测控仪器设计 邓成中 38基础知识9-周期及晶振时钟频率范围要求在1.2MHz～12MHz之间. 1.内部时钟方式:内部一个高增益反相放大器与片外 石英晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器. 晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率.XTAL1机器周期:完成一个基本操作所需 要的时间. 一个机器周期由12个时钟周期组成. 指令周期:一条指令的执行时间. 以机器周期为单位:单周期,双周 期和四周期指令.2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中单片机XTAL2返回39基础知识10-常用特殊功能寄存器1(1)工作寄存器R0～R7 (8位)暂存运算数据和中间结果. 4个工作寄存器区,工作寄存器0区～3区.每个区均含8个寄存器 R0～R7 . 用PSW中的两位PSW.4和PSW.3来切换工作寄存器区,选用一个 工作寄存器区进行读写操作.(2)累加器Acc(8位) 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器.(3)寄存器B(8位) 与A累加器配合执行乘,除运算.也可用作通用寄存器. (4)程序状态字PSW(8位) 存放ALU运算过程的标志状态 Cy AC F0 RS1 RS0 OV — P2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中返回40基础知识11-常用特殊功能寄存器2(5)数据指针DPTR(16位) 存放片外存储器地址,作为片外存储器的指针.可分成两个8位 寄存器DPH,DPL使用. (6)堆栈指针SP(8位) 堆栈是按"先进后出"原则存取数据的存储区. MCS-51堆栈设在片内RAM区.数据入栈/出栈时,SP自动加1/减 1,其内容始终为栈顶地址.复位时 SP=07H. (7)程序计数器PC(16位) CPU总是按PC的指示读取程序.PC可自动加1.因此CPU执行 程序一般是顺序方式.当发生转移,子程序调用,中断和复位等操 作,PC被强制改写,程序执行顺序也发生改变. 复位时,PC=0000H.2009年6月25日星期四 测控仪器设计 邓成中返回41。

测控仪器设计教案第一章：测控仪器概述1.1 教学目标了解测控仪器的基本概念、分类和特点掌握测控仪器的基本组成和原理了解测控仪器在工程应用中的重要性1.2 教学内容测控仪器的定义和分类测控仪器的基本组成和原理测控仪器的主要性能指标测控仪器在工程应用中的案例分析1.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器在工程中的应用1.4 教学资源教材：测控仪器设计基础课件：测控仪器概述案例分析材料1.5 教学评估课堂讨论和提问案例分析报告第二章：测控仪器的设计原则与方法2.1 教学目标掌握测控仪器设计的基本原则和方法熟悉测控仪器的系统设计与模块划分了解测控仪器的设计流程和注意事项2.2 教学内容测控仪器设计的基本原则测控仪器的系统设计与模块划分测控仪器的设计流程和注意事项测控仪器设计实例分析2.3 教学方法采用讲授、案例分析和讨论相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的设计方法和流程2.4 教学资源教材：测控仪器设计方法课件：测控仪器的设计原则与方法案例分析材料2.5 教学评估课堂讨论和提问设计原则和方法的实践练习第三章：测控仪器的传感器技术3.1 教学目标了解传感器的基本概念和分类掌握传感器的选择和应用方法熟悉常见传感器的原理和特性3.2 教学内容传感器的基本概念和分类传感器的选择和应用方法常见传感器的原理和特性传感器技术在测控仪器中的应用案例3.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解传感器在测控仪器中的应用3.4 教学资源教材：传感器技术与应用课件：测控仪器的传感器技术案例分析材料3.5 教学评估课堂讨论和提问传感器选择和应用的实践练习第四章：测控仪器的信号处理技术4.1 教学目标掌握测控仪器信号处理的基本原理和方法熟悉信号处理技术在测控仪器中的应用了解现代信号处理技术的发展趋势4.2 教学内容测控仪器信号处理的基本原理和方法信号处理技术在测控仪器中的应用现代信号处理技术的发展趋势信号处理技术在测控仪器设计中的案例分析4.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解信号处理技术在测控仪器中的应用4.4 教学资源教材：信号处理技术及其应用课件：测控仪器的信号处理技术案例分析材料4.5 教学评估课堂讨论和提问信号处理技术的实践练习第五章：测控仪器的数据采集与通信技术5.1 教学目标掌握测控仪器数据采集和通信的基本原理和方法熟悉数据采集与通信技术在测控仪器中的应用了解现代数据采集与通信技术的发展趋势5.2 教学内容测控仪器数据采集和通信的基本原理和方法数据采集与通信技术在测控仪器中的应用现代数据采集与通信技术的发展趋势数据采集与通信技术在测控仪器设计中的案例分析5.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解数据采集与通信技术在测控仪器中的应用5.4 教学资源教材：数据采集与通信技术及其应用课件：测控仪器的数据采集与通信技术案例分析材料5.5 教学评估课堂讨论和提问数据采集与通信技术的实践练习第六章：测控仪器的误差分析与补偿6.1 教学目标理解测控仪器误差的来源和分类掌握误差分析的基本方法和补偿技术学习如何提高测控仪器的测量精度6.2 教学内容测控仪器误差的来源和分类误差分析的基本方法常见误差的补偿技术提高测控仪器测量精度的措施6.3 教学方法采用讲授、分析和实验相结合的方式进行教学引导学生通过实验理解误差分析与补偿的方法6.4 教学资源教材：误差分析与补偿技术课件：测控仪器的误差分析与补偿实验设备与数据6.5 教学评估课堂讨论和提问误差分析与补偿的实验报告第七章：测控仪器的抗干扰技术7.1 教学目标了解测控仪器干扰的来源和分类掌握抗干扰技术的基本方法和措施学习如何提高测控仪器的抗干扰能力7.2 教学内容测控仪器干扰的来源和分类抗干扰技术的基本方法提高测控仪器抗干扰能力的措施抗干扰技术在测控仪器设计中的应用案例7.3 教学方法采用讲授、分析和案例相结合的方式进行教学引导学生通过案例理解抗干扰技术在测控仪器中的应用7.4 教学资源教材：抗干扰技术及其应用课件：测控仪器的抗干扰技术案例分析材料7.5 教学评估课堂讨论和提问抗干扰技术应用的实践练习第八章：测控仪器的可靠性与维护8.1 教学目标理解测控仪器可靠性的重要性掌握提高测控仪器可靠性的方法学习测控仪器的维护和故障处理8.2 教学内容测控仪器可靠性的概念和重要性提高测控仪器可靠性的方法测控仪器的维护和故障处理测控仪器可靠性在工程应用中的案例分析8.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的可靠性与维护8.4 教学资源教材：测控仪器可靠性工程课件：测控仪器的可靠性与维护案例分析材料8.5 教学评估课堂讨论和提问可靠性与维护的实践练习第九章：测控仪器的智能化技术9.1 教学目标理解测控仪器智能化的重要性掌握测控仪器智能化技术的基本原理学习智能测控仪器的应用和发展趋势9.2 教学内容测控仪器智能化的重要性测控仪器智能化技术的基本原理智能测控仪器的应用和发展趋势测控仪器智能化技术在工程应用中的案例分析9.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的智能化技术9.4 教学资源教材：测控仪器智能化技术课件：测控仪器的智能化技术案例分析材料9.5 教学评估课堂讨论和提问智能化技术应用的实践练习第十章：测控仪器的设计实践与案例分析10.1 教学目标掌握测控仪器设计的全过程熟悉测控仪器设计实践中的问题和解决方法学习测控仪器设计案例的分析方法10.2 教学内容测控仪器设计的全过程测控仪器设计实践中的问题和解决方法测控仪器设计案例的分析方法测控仪器设计实践与案例分析的讨论10.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的设计实践与案例分析10.4 教学资源教材：测控仪器设计实践与案例分析课件：测控仪器的design practice and case analysis案例分析材料10.5 教学评估课堂讨论和提问设计实践与案例分析的实践练习第十一章：现代测控技术与系统11.1 教学目标理解现代测控技术的发展趋势掌握现代测控系统的组成与特点学习现代测控技术在工程中的应用11.2 教学内容现代测控技术的发展趋势现代测控系统的组成与特点现代测控技术在工程中的应用案例现代测控技术的未来发展11.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解现代测控技术及其应用11.4 教学资源教材：现代测控技术与系统课件：现代测控技术与系统案例分析材料11.5 教学评估课堂讨论和提问现代测控技术应用的实践练习第十二章：网络化测控系统12.1 教学目标理解网络化测控系统的概念与特点掌握网络化测控系统的设计与实现方法学习网络化测控系统在工程中的应用12.2 教学内容网络化测控系统的概念与特点网络化测控系统的设计与实现方法网络化测控系统在工程中的应用案例网络化测控技术的发展趋势12.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解网络化测控系统及其应用12.4 教学资源教材：网络化测控系统课件：网络化测控系统案例分析材料12.5 教学评估课堂讨论和提问网络化测控技术应用的实践练习第十三章：虚拟仪器技术与应用13.1 教学目标理解虚拟仪器技术的概念与特点掌握虚拟仪器的设计与实现方法学习虚拟仪器技术在工程中的应用13.2 教学内容虚拟仪器技术的概念与特点虚拟仪器的设计与实现方法虚拟仪器技术在工程中的应用案例虚拟仪器技术的发展趋势13.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解虚拟仪器技术及其应用13.4 教学资源教材：虚拟仪器技术与应用课件：虚拟仪器技术与应用案例分析材料13.5 教学评估课堂讨论和提问虚拟仪器技术应用的实践练习第十四章：测控仪器的发展趋势14.1 教学目标理解测控仪器的发展趋势掌握测控仪器技术的发展方向学习测控仪器在未来的应用前景14.2 教学内容测控仪器的发展趋势测控仪器技术的发展方向测控仪器在未来的应用前景测控仪器技术发展的挑战与机遇14.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的发展趋势及其影响14.4 教学资源教材：测控仪器的发展趋势课件：测控仪器的发展趋势案例分析材料14.5 教学评估课堂讨论和提问对测控仪器发展趋势的理解和分析报告第十五章：测控仪器的创新与实践15.1 教学目标培养学生的创新思维提高学生解决实际问题的能力学习测控仪器创新的实践方法15.2 教学内容测控仪器创新的意义与挑战培养创新思维的方法与技巧测控仪器创新实践的方法与步骤测控仪器创新案例分析15.3 教学方法采用讲授、讨论、创新实践和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的创新过程和实践方法15.4 教学资源教材：测控仪器的创新与实践课件：测控仪器的创新与实践案例分析材料15.5 教学评估课堂讨论和提问创新实践项目的报告和展示学生创新思维和问题解决能力的评估重点和难点解析本文主要介绍了测控仪器设计教案的内容，包括测控仪器的基本概念、分类和特点，测控仪器的设计原则与方法，传感器的选择和应用，信号处理技术，数据采集与通信技术，误差分析与补偿，抗干扰技术，可靠性与维护，智能化技术，网络化测控系统，虚拟仪器技术与应用，以及测控仪器的发展趋势和创新与实践。

总复习提纲第一章测控仪器设计概论从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。

（计-计-控-控）计量测试仪器的主要测量对象是各种物理量，即8大物理量，它分为(1)几何量计量仪器包括各种尺寸检测仪器，如长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等．(2)热工量计量仪器包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、真空计、多波长测温仪表、流量计等。

(3)机械量计量仪器如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力矩测量仪、振动测量仪等。

(4)时间频率计量仪器如各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等。

(5)电磁计量仪器用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交直流电流表、电压表、功率表、电阻测量仪、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。

(6)无线电参数测量仪器如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动态信号分析仪等。

(7)光学与声学参数测量仪器如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。

(8)电离辐射计量仪器如各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。

测控仪器：是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。

4．测控仪器由哪几部分组成?各部分功能是什么?（8大组成部分）5．写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：分度值与分辨力；示值范围与测量范围；灵敏度与鉴别力(灵敏阀)；仪器的准确度、示值误差、重复性误差；视差、估读误差、读数误差。

通用计量术语及定义．(1)测量仪器(measuring instrument)测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。

而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。

测量仪器和测量器具是有区别的，测量仪器是将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量器具，即具有转换和指示功能。

测量器具是以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。

测控仪器设计第一章：12分1.测控仪器的组成，个部分的作用。

（1）基准部件：提供测量的标准量。

（2）传感器与感受转换部件：感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。

（3）放大部件：提供进一步加工处理和显示的信号。

（4）瞄准部件：用来确定被测量位置。

（5）信息处理与运算装置：数据加工，处理，运算和校正。

（6）显示部件：将测量结果显示。

（7)驱动控制部件：驱动测试系统中的运动部件。

（8）机械结构部件：用于对被测件，标准器，传感器的定位，支撑和运动。

2.什么是可靠性：在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。

3.测控仪器通用术语及其定义：（名词解释，判断题。

如：鉴别力（阀））（1）鉴别力（阀）：使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化是缓慢而单调的进行。

它表示仪器感受微小量的灵敏程度。

仪器的鉴别力可能与仪器的内部或外部噪声有关，也可能与摩擦有关或与激励值有关。

（2）分度值与分辨力：分度值——一个标尺间隔所代表的被测量值。

分辨力——显示装置能有效辨别的最小示值。

（3）示值范围与测量范围：示值范围——极限示值界限内的一组数。

测量范围——测量仪器误差允许范围内的被测量值。

（4）灵敏度与分辨力：灵敏度——测量仪器响应（输出）的变化除以对应的激励（输入）的变化。

分辨力——显示装置能有效分辨的最小示值。

（5）仪器的准确度、示值误差、重复性：仪器的准确度——测量仪器输出接近于真值的响应的能力。

示值误差——测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。

重复性——在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，仪器提供相近示值的能力。

（6）回程误差：在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的绝对值。

第二章：26分1.测量误差的分类和表示方法：尤其掌握相对误差的表示方法及其相互关系（选择题）（1）按误差的数学特征分类：随机误差、系统误差、粗大误差。

（2）按被测参数的时间特性：静态参数误差，动态参数误差。

《仪器设计建模和仿真》习题集1、 按功能将测控仪器分成哪几个组成部分？各部分功能是什么？基准部件、信息处理与运算装置、传感器与感受转换部件、显示部件、放大 部件、驱动控制器部件、瞄准部件、机械结构部件。

2、 什么是原理误差、制造误差、运行误差？原理误差：仪器设计中采用了近似的理论、 近似的数学模型、近似的机构和 近似的测量控制电路所引起的误差。

它只与仪器的设计有关，与制造和使用无关。

制造误差：产生于制造、支配以及调整中的不完善所引起的误差。

主要由仪 器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、相互位置以及其他参量等 方面的制造及装调的不完善所引起的误差。

运行误差：仪器在使用过程中所产生的误差。

如力变形误差，磨损和间隙造 成的误差，温度变形引起的误差，材料的内摩擦所引起的弹性滞后和弹性后效， 以及振动和干扰等。

3、 试分析下图所示正弦机构的原理误差。

正弦机构测杆位移与摆杆转角的关系是非线性的，但将其视为线性关系时就引起了原 理误差： 二s =a :：「-asin 「、丄 a 「3。

64、试分析下图所示机构中可能存在的制造误差影响a①摆杆s(b)差动电感测微仪(a) 测杆与导套的配合间隙使测杆倾斜，引起测杆顶部的位置误差。

(b) 差动电感测微仪中差动线圈绕制松紧程度不同，引起零位漂移和正、反 向特性不一致。

5、说明分析仪器误差的微分法、几何法、作用线与瞬时臂法、数学逼近法各适 用于什么情况？微分法：若能列出仪器全部或局部的作用方程，那么，当源误差为各特性或 结构参数误差时，可以用对作用原理方程求全微分的方法来求各源误差对仪器精 度的影响。

微分法的优点是具有简单、快速，但其局限性在于对于不能列入仪器 作用方程的源误差，不能用微分法求其对仪器精度产生的影响， 例如仪器中经常 遇到的测杆间隙、度盘的安装偏心等，因为此类源误差通常产生于装配调整环节， 与仪器作用方程无关。

几何法：能画出机构某一瞬时作用原理图，按比例放大地画出源误差与局部 误差之间的关系，依据其中的几何关系写出局部误差表达式。