智能仪器复习资料
- 格式:docx
- 大小:33.72 KB
- 文档页数:3
智能仪器复习题及答案一、选择题1. 智能仪器通常具备以下哪种功能?A. 基本测量B. 自动校准C. 数据记录D. 所有上述功能2. 智能仪器与传统仪器相比,其优势主要体现在:A. 成本更低B. 操作更复杂C. 功能更全面D. 体积更小3. 以下哪个不是智能仪器的常见传感器类型?A. 温度传感器B. 压力传感器C. 声音传感器D. 光传感器4. 智能仪器在数据处理上通常采用哪种技术?A. 模拟信号处理B. 数字信号处理C. 人工神经网络D. 以上都不是5. 智能仪器在故障诊断中,通常采用哪种方法?A. 人工检查B. 经验判断C. 模式识别D. 随机猜测二、填空题6. 智能仪器的核心技术包括__________、__________和__________。
7. 智能仪器的自适应能力主要体现在__________、__________和__________。
8. 智能仪器的通信接口通常包括__________、__________和__________。
三、简答题9. 简述智能仪器在工业自动化中的应用及其重要性。
10. 描述智能仪器在环境监测中的作用及其优势。
四、计算题11. 假设智能仪器测量得到的温度数据为:25°C、27°C、29°C、30°C、28°C,请计算平均温度。
五、论述题12. 论述智能仪器在现代医疗诊断中的作用及其对未来医疗技术发展的影响。
六、答案1. D2. C3. C4. B5. C6. 传感器技术、微电子技术、计算机技术7. 自我诊断、自我校准、自我适应8. RS-232、RS-485、以太网9. 智能仪器在工业自动化中通过其高精度、高稳定性和强大的数据处理能力,提高了生产效率和产品质量。
它们能够实时监控生产过程,自动调整参数,确保生产过程的连续性和稳定性,从而降低人工成本和提高生产安全性。
10. 智能仪器在环境监测中能够实时收集和分析环境数据,如温度、湿度、污染物浓度等,为环境保护提供科学依据。
1. 智能仪器主要特点智能仪器汇集各种高新技术;测量过程的软件控制;强大的数据处理功能;多功能化;操作自动化;对外开放性。
2、智能仪器的发展趋势技术指标不断提高;小型化,微型化;智能化;系统化;网络化。
3、促进智能仪器发展的新技术现代传感技术;以A/D转换器为代表的新型元器件;计算机及智能芯片;可编程逻辑器件和可编程模拟器件;微电子技术;计算机软件技术;网络与通信技术;智能理论和技术。
4、根据系统对单片机的硬件资源要求进行选择,考虑的因素主要包括:数据总线字长、运算能力和速度(位数、取指令和执行指令的方式、时钟频率、有无乘法指令等。
);存储器结构(ROM、OTP、EPROM、FLASH、外置存储器和片内存储器等。
);I/O结构功能(驱动能力和I/O口数量、A/D转换器、D/A转换器及其位数、通信端口的数量、有无日历时钟等。
)。
5.数据采集系统中选用放大器总的要求是什么?高输入阻抗,反应时间快;频率响应范围宽;高抗共模干扰能力;低漂移、低噪声及低输入阻抗。
6、逐次逼近型A/D转换器的基本原理和主要特点。
原理:逐次把设定的SAR寄存器中的数字量经D/A转换后得到电压V,玉带转换模拟电压V。
进行比较。
比较时,先从SAR的最高位开始,逐次确定个位的数码应是1还是0特点:转化速度较快,在1~100us以内,分辨率可以达到18为,特别是用工业控制系统;转换时间固定,不随输入信号的变化而变化;抗干扰能力相对积分型的差7 双积分式A/D转换器特点双积分式ADC转换过程中进行两次积分,这一特点具有如下优点:抗干扰能力强;具有较高的转换精度;电路结构简单;编码方便。
它的缺点是转换速度低,常用于速度要求不高、精度要求较高的测量仪器仪表、工业测控系统中。
8采样保持器原理当控制信号使模拟开关S闭合时,输入信号V,经输入放大器与保持电容C相连,输出电压V可随输入信号V1变化,电容上电压与输入电压相同,值就是采样期的情况。
当控制信号是模拟开关断开时,电容只与放大器A高阻输入端相连,这可以保持模拟开关断开瞬间的输入信号V1的值不变,输出放大器因此也可在相当时间保持一定的输出值,直至模拟开关再次闭合,这是保持期的工作情况9常见的采样-保持电路,并说明其工作方式LF198/LF298/LF398是比较常用的单片SHA,该芯片为8端双列直插封装形式;AD582是单片SHA,有结型场效应管结构的输入放大器、低泄漏电阻的模拟开关及高性能输出运算放大器组成,芯片为14端双列直插封装形式;AD583是与AD582类似的采样保持芯片,区别在于AD583位单逻辑输入。
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。
2)3、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。
-1.分辨率和转换精度这两个技术指标有什么区别和联系。
答;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、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.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。
如此一位一位地比较下去,直至最后一位Do比较完毕为止,最后,发出EOC信号表示转换结束。
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。
智能仪器考试试题一、选择题(每题 3 分,共 30 分)1、智能仪器的核心部件是()A 传感器B 微处理器C 显示器D 执行机构2、以下哪种通信方式常用于智能仪器的数据传输()A 并行通信B 串行通信C 蓝牙通信D 以上都是3、智能仪器中的模拟信号转换成数字信号通常使用()A ADC 转换器B DAC 转换器 C 计数器D 定时器4、以下哪项不是智能仪器的特点()A 高精度B 高可靠性C 高成本D 多功能5、智能仪器的软件通常包括()A 系统软件B 应用软件C 驱动软件D 以上都是6、在智能仪器的误差处理中,常用的方法不包括()A 软件滤波B 硬件滤波C 校准D 忽略误差7、智能仪器的人机交互界面不包括()A 键盘B 触摸屏C 指示灯D 电源开关8、以下哪种编程语言常用于智能仪器的软件开发()A C 语言B Java 语言C Python 语言D 以上都是9、智能仪器的自诊断功能主要是为了检测()A 硬件故障B 软件故障C 人为操作错误D 以上都是10、以下关于智能仪器的发展趋势,说法错误的是()A 小型化B 单一功能化C 智能化D 网络化二、填空题(每题 3 分,共 30 分)1、智能仪器通常由_____、_____和_____三大部分组成。
2、传感器的作用是将_____转换成_____。
3、微处理器在智能仪器中的主要作用是进行_____和_____。
4、智能仪器的显示方式有_____、_____和_____等。
5、数据采集系统中,采样保持器的作用是_____。
6、智能仪器的抗干扰技术包括_____、_____和_____等。
7、智能仪器的通信接口常见的有_____、_____和_____。
8、智能仪器的软件设计原则包括_____、_____和_____。
9、智能仪器的可靠性指标通常用_____和_____来衡量。
10、智能仪器的校准方法有_____和_____。
三、简答题(每题 10 分,共 20 分)1、简述智能仪器的工作原理。
第一章1、什么是智能仪器?智能仪器的主要特点是什么?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。
也可以理解为传统仪器仪表的智能化、数字化发展。
特点:(1)测量过程的软件控制:灵活性强、可靠性强(2)数据处理:改善测量的精确度,提供更多高质量的信息量(3)多功能化:一机多用2、简述推动智能仪器发展的主要技术。
传感器技术,,单片机,,,,软件,网络与通信技术,嵌入式系统与片上系统。
3、智能仪器有哪几种结构形式?各有什么特点?微机内置式:将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。
微机扩展式:以个人计算机()为核心的应用扩展型测量仪器。
第二章1、转换器内部主要由哪几部分组成?各有什么作用?的组成:电阻网络,模拟开关,求和运算放大器,基准电源2、试设计4位的倒T型网络,设10k,参考电压为5伏,举例说明输入数字量为0100B,1100B时,反馈电阻上的电流值。
试用转换器设计一个简易信号发生器,要求画出原理框图,说明工作原理。
当输入数字量为1001B时:当输入数字量为0101B时:3、有一8位的逐次逼近式转换器,满量程为5V,现若输入4.1V模拟电压,试分析其逐次逼近的转换过程。
若时钟频率是100,计算完成一次转换所需的时间。
量化单位:5/28=0.0195v转换时间:4、一般采用哪几种方式和转换器进行联络实现对转换数据的读取。
(1)固定延时等待法(2)程序查询等待法(3)中断法5、什么是程控放大器?主要由哪几部分组成?程控放大器:由程序控制增益的放大器组成:放大器、可变电阻网络、控制接口6、请设计放大倍数为2、3、5、6的多档程控同相放大器并写出程控增益表。
7、集成仪表放大器612如何实现增益控制?612的增益控制可使用外部或内部电阻两种方法:使用外部电阻时,只需在引脚1和2之间外接电阻,此时增益为使用内部电阻时,从引脚3到10,分别满足闭环增益为21-28时的要求,其阻值为增益为8、利用仪表放大器612和模拟开关4051设计4档程控仪表放大器,要求画出原理图给出程控增益表。
第一章问:什么是智能仪器?其主要特点是什么?答:智能仪器由硬件和软件两大部分组成。
特点:1.操作自动化2。
具有自测功能3。
具有数据分析和处理功能4.具有良好的人机对话功能5。
具有可程控操作能力第二章问:单片机控制ADC的常用方法有哪些?答:1。
程序查询方式[首先微处理器向转换器发出信号,然后读入转换信号,查询转换是否结束,若结束则读取数据,否则继续查询,知道转换结束]2.延时等待方式[首先由微处理器想A/D转换器发出启动信号之后,根据AD转换器的转换时间延时,一般延时时间大于转换时间,演示结束,读入数据。
]3.中断方式[微处理器启动转化器年后去处理其他事情,A/D转换结束后主动向CPU发出中断请求信号,CPU响应中断后再读取转换结果]问:模拟量输入通道有几种基本结构?说明特点和使用场合答:两种,单通道结构和多通道结构。
单通道:常用于频率较高的模拟信号的A/D 转换.传感器输出的信号进入信号调理电路进行滤波、放大等处理后,通过采样/保持器送入A/D转换器,转换为数字信号进入CPU。
单通道数据采集系统:结构简单,成本低,只能采集一路信号.[多通道结构]多通道结构分为并行结构和共享结构。
[多通道并行结构]:各通道可同时进行转,常用于模拟洗脑频率很高且各路必须同步采样的高转换速率系统[多通道共享结构]各路模拟输入信号不需要同时获取时,可选用此结构。
这种形式的通道速度慢,单硬件开销少,适合对转换速度要求不高的系统。
问:在设计智能仪器时,选择模拟多路开关要考虑的主要因素有哪些?答:通道数量;开关断开时流过模拟开关的电流;导通电阻,开关闭合时的电阻;指开关接通或断开时的速度第三章1问:D/A转换器的主要技术指标答:1。
转换精度:指在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间偏差.通常用分辨率和转换误差描述。
(分辨率)当输入数字发生单位数码变化时所对应的输出模拟量的变化量(转换误差)实际输出的模拟量与理想值之间的最大误差,一般是增益误差、漂移误差、非线性误差 2。
第一章绪论什么是智能仪器:智能仪器是计算机与测试技术相结合的产物,是含有微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、逻辑判断和自动化操作等功能,具有一定的智能作用,因而被称为智能仪器。
智能仪器已开始从数据处理向知识处理发展。
1.1 智能仪器发展概况各个时期的发展:50年代:模拟式(指针式)仪器;60年代:数字式仪器;70年代:独立式智能仪器(简称称智能仪器);80年代初:个人仪器(PC仪器);80年代后期:虚拟仪器。
1.2智能仪器发展趋势1、微型化2、多功能化3、人工智能化4、网络化1.3 智能仪器的分类、组成和特点从发展应用的角度看,智能仪器分为微机内嵌式和微机扩展式两大类。
微机内嵌式: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。
智能仪器由硬件和软件两大部分组成。
硬件包括微处理器、存储器、输入通道、输出通道、人机接口电路、通信接口电路等部分。
微处理器是仪器的核心;存储器包括程序存储器和数据存储器用来存储程序和数据;输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等,完成信号的滤波、放大、模数转换等;输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等,将处理器处理后的数字信号转换为模拟信号;人机接口电路主要包括键盘和显示器,是操作者和仪器的通信桥梁,操作者可通过键盘仪器发出控制指令,仪器可通过显示器将处理结果显示出来;通信接口电路实现仪器与计算机或其它仪器的通信。
智能仪器的特点:1、操作自动化2、自测功能3、数据分析和处理功能4、友好的人机对话功能5、可程控操作能力1.4智能仪器设计要求、原则及步骤智能仪器设计的基本要求:功能及技术指标要求、可靠性要求、便于操作和维护、仪器工艺结构与造型设计要求智能仪器的设计原则:1、从整体到局部(自顶向下)的原则2、较高的性能价格比原则3、开放式设计原则智能仪器的设计步骤:1、确定设计任务2、拟定总体设计方案3、方案实施:(1)根据仪器总体方案,确定仪器的核心部件:单片机、信号处理器(DSP)、可编程控制器(PLC)或微计算机(MPC)等(2)设计和调试仪器。
第一章1.智能仪器主要特点2、智能仪器的发展趋势3、促进智能仪器发展的新技术第二章智能仪器中的微处理器一、根据系统对单片机的硬件资源要求进行选择,考虑的因素主要包括:第三章数据采集技术1.数据采集系统中选用放大器总的要求是什么?2.逐次逼近型A/D转换器的基本原理和主要特点。
3. 双积分式A/D转换器特点4.采样保持器原理5.常见的采样-保持电路,并说明其工作方式6.A/D转换器与微处理器相连应考虑的问题7.SSR应用中应注意的问题第四章1.画出数字量输出通道结构图,说明输出通道的特点。
2.画出DAC的总体结构图,说明DAC的主要技术特性第五章1.解释什么是串键以及处理串键的两种技术。
2无论键盘系统采用何种组织形式和工作方式,键盘的处理都应包含以下内容:3键盘的组织和工作方式4.led静态显示方式5.led动态显示方式6.在进行LED动态显示控制时,要遵循的规则有第六章1.解释usb数据流的四种基本数据传送类型。
2. 画出单向数字通信系统的结构图,并解释各模块的主要功能。
3解释数字调制技术及调制方法的分类4解释奇偶校验码第七章1.软件陷阱一般安排在什么地方。
2.接地设计应注意的方面?3.解释电源干扰的三种类型。
4.RAM的自检5.显示装置的检查6.干扰的来源与特点7.静电耦合:8.磁场耦合9.双绞线的抗干扰原理及其使用10.金属屏蔽线的抗干扰原理及使用11.抑制扁平电缆的窜扰的措施12.影响智能仪器可靠性的外因是指智能仪器所处工作环境中的外部设备或空间条件导致系统运行的不可靠因素13.时间冗余技术14.指令冗余技术15.看门狗”技术第八章1.列出智能仪器中常用的四种线性结构并作简要说明。
2.解释链表的链式结构编程计算分析P29 通用放大器计算P51程序P80 程序P97 程序P109程序锯齿波发生器阶梯波发生器正弦波发生器P191程序P193程序P196程序P197程序P198程序。
1.什么是智能仪器?其主要特点是什么?智能仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物,是含有微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,因而被称为智能仪器。
特点:1操作自动化2具有自测功能3具有数据分析和处理能力4具有友好的人机对话功能5具有可程控操作能力。
1.2简述内嵌式智能仪器的基本组成和各部分功能由硬件和软件组成。
硬件包括微处理器,存储器,输入/出通道,人机接口电路,通信接口电路等。
功能:微处理器仪器核心,存储器包括数据存储器和程序存储器,用来存储程序和数据。
输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等,完成信号的滤波,放大,模数转换。
输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等,将处理后的数字信号转换为模拟信号。
人机接口电路主要包括键盘和显示器,是操作者和仪器的通信桥梁。
操作者可通过键盘向仪器发出控制命令,仪器可通过显示器将处理结果显示出来。
通信接口可实现仪器与计算机和其它仪器的通信。
2.1智能仪器常用放大器的种类和特点?程控放大器:为适应不同的工作条件,在整个测量范围内获得合适的分辨率,提高测量精度。
仪用放大器:输入阻抗和共模抑制比高、误差小、稳定性好。
隔离放大器:输入端和输出端各有不同的参考点。
可保护电子仪器设备和人生安全,提高共模抑制比,获得较精确的测量结果。
2.2常见的A/D转换器有哪几种类型?其特点是什么?工作原理⑴并联比较型A/D转换器:转换速度快,但是随着输出位数的增加所需器件数增加速度很快⑵逐次逼近型A/D转换器:抗干扰能力差,所以在A/D转换器之前一般要加采样/保持器锁定电压。
⑶双积分型A/D转换器:能起到滤波作用提高了抗干扰能力。
由于转换速度依赖于积分时间,所以转换速度慢。
⑷Σ-△调制型A/D转换器:制作成本低,提高有效分辨率.采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成,基本原理是从高位到低位逐位试探比较,好像用天平称物体,从重到轻逐级增减砝码进行试探。
智能仪器复习资料选择、改错题1 字符型1602有14或16条引脚,多出的15引脚是背光电源线Vcc,16引脚地线GND。
1602可以显示两行,每行16个字符。
LCD1602地址范围:第一行:00H—0FH 第二行:40H—4FHLCD1602控制引脚:RS(寄存器选择)、RW(读写控制)、EN(使能)2 基于单总线结构的DS18B20通讯过程都是以初始化开始,初始化过程:主机发出复位脉冲和从机响应的应答脉冲。
应答脉冲使主机知道总线上有从机设备且准备就绪。
DS18B20数据引脚的上拉电阻作用:确保控制器释放总线后数据引脚为高电平。
出厂分辨率为12位,可编程分辨率为9-12位。
温度值保存在内部寄存器中最低2个字节中,前5位为符号位,为1温度为负,为0时温度为正。
表1分辨率位数9位10位11位12位可分辨的温度0.5℃0.25℃0.125℃0.0625℃多个DS18B20信号传输:可多个信号传输引脚接在一起后与主机I/O相连。
单个DS18B20可以不用序列号识别,不需要读取ROM和匹配ROM过程。
3 DS1302控制字最高位有效位(第7位)必须是逻辑1,如果为0,则不能写数据进1302。
最低有效位(第0位)为0表示写操作,为1表示读操作。
有12个寄存器,与日历、时钟相关的寄存器有几个?DS1302的12个寄存器有7个寄存器与日历、时钟相关,存放形式为BCD码形式。
DS1302采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
4 LCD12864四行的显示地址及分布情况,若显示内容含有半个字节符号应如何操作避免乱码?一个汉字对应两个字符,一个字母对应半个字宽。
半个字宽型字符应偶次出现才能避免乱码。
LCD12864地址:第一行:80H—87H 第二行:90—97H第三行:88H—8FH 第四行:98H—9FH5 IIC通讯中,主机非应答信号产生说明传输结束,若为从机非应答,通讯出错。
1-1什么是智能仪器?智能仪器的主要特点是什么?参考资料:在仪器科学与技术领域,人们将微型计算机技术与测量技术相结合出现了完全突破传统概念的新一代仪器-----智能仪器,它是电子仪器发展史上的第三代产品。
智能仪器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),因而被称为智能仪器。
1-2画出智能仪器通用结构图,简述每一部分的作用。
参考资料:硬件部分的通用结构框图如上图所示,主要包括主机电路、信号输入输出通道、人-机接口电路和通信接口电路四部分。
其中主机电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理,它通常由微处理器(MPU )、程序存储器、数据存储器及输出(I/O )接口电路组成。
主机电路可以选择单片机,也可以选择通用计算机。
信号输入输出电路包括模拟量输入输出电路及开关量输入输出电路两部分。
模拟量输入输出电路由模拟量输入电路、A/D 转换器、D/A 转换器及模拟执行器等组成,用于实现对输入模拟量的调理、数字化转换以及将输出数字量转化为模拟量进而驱动模拟执行器等功能;开关量输入输出电路用于实现开关量的输入及输出功能。
需要指出的是信号输入输出电路可以根据处理的信号性质(如为模拟信号)选择其中一种电路(如模拟量输入输出电路)。
人-机接口电路主机实现操作者和仪器之间的信息交流功能,包括参数的设置、测量信号显示和打印等功能。
它由键盘、显示器、打印机等及其接口电路组成。
通信接口用于实现仪器与计算机的联系,使仪器接受计算机的程控命令,将仪器测量的数据上传给计算机,以便进行数据分析和处理。
目前常用的仪器通信接口有GP-IB微处理器(MPU ) 程序存储器 I/O 接口 开关量 输出 外部仪用 标准总线 标准仪用通信接口 开关量 输入 A/D 键盘 模拟量 输入 D/A 数据存储器显示器 键盘显示接口 模拟执 行器 I/O 接口 主机电信号输入输出 人-机接口 通信接口通信接口、RS-232C接口以及应用于集散控制系统中的CAN总路线接口和以太网接口等。
1、智能化测量控制仪表的基本组成框图,以及各部分功能。
1)组成框图:2)各部分作用:单片机:是仪表的主体,主要进行数据处理。
程序存储器:对于小型仪表来说,单片机内部的存贮器已经足够,大型的仪表要进行复杂的数据处理,或者要完成复杂的控制功能,其监控程序较大。
测量数据较多,这时就需要在单片机外部扩展片外存储器。
A/D转换接口:把被测量的模拟信号转换成数字信号,通过输入通道进入单片机内部。
键盘:向单片机置入的各种命令。
D/A转换:把单片机发出的数字信号转换后成为能够完成某种控制功能的模拟电压。
显示器接口:可接显示器、数码管等,实现人机交换功能。
打印机:一般采取微型打印机,打印输出处理结果。
通讯接口:通过GPIB或者RS-232接口总线与其它的仪器仪表甚至计算机作远距离通讯,以达到资源共享的目的。
2、自检的定义及分类。
所谓自检,就是仪表对其自身各主要部件进行的一种自我检测过程,目的是检查各部件的状态是否正常,以保证测量结果的正确性。
自检一般可分为开机自检、周期性自检和键控自检三类。
开机自检是每当接通电源或复位时,仪表即进行一次自检过程。
周期性自检是在仪表的工作过程中,周期性地插入自检操作;它是完全自动的,通常在仪表工作的间歇期间插入,不干扰正常测量过程(除非是检查到故障),它是不为仪表操作者所察觉的。
键控自检是在仪表的面板上设置一个专门的自检按键,需要时可由操作人员启动仪表进行自检。
3、智能仪器硬件设计对单片机的选择应考虑的因素有哪些?应考虑的因素:字长、寻址能力、指令功能、执行速度、中断能力以及市场对这种单片机的软硬件支持状况等。
1、单片机的两种节电方式:空闲和掉电方式。
2、试画出单片机与外部存储器,I/O端口的连接图,并说明为什么外扩存储器时P0口要加接地锁存器,而P2口却不用加接?(图见书24页)P0口在进行外部扩展时分时复用,在读写片外存储器时,P0口先送出低8位地址信号,该信号只能维持很短的时间,然后P0口又送出8位数据信号。
智能仪器期末复习第一章一、智能仪器:是计算机技术与测试技术相结合的产物,含有微计算机或微处理器的测量仪器。
二、虚拟仪器:通常由计算机、仪器模块、软件模块3部分组成。
三、智能仪器发展趋势:1、微型化2、多功能化3、人工智能化4、网络化四、智能仪器的分类:1、微机内嵌(内藏)式2、微机扩展式五、智能仪器由两大部分组成:硬件部分、软件部分。
六、智能仪器的特点:1)操作自动化2)自测功能3)数据分析和处理功能4)友好的人机对话功能5)可程控操作能力第二章一、单通道结构: 当被测信号只有一路时采用。
传感器—信号调理电路—S/H—A/D—CPU 多通道结构:P10二、传感器的分类:按转换原理分类:物理传感器和化学传感器按输出信号分类:模拟传感器、数字传感器和开关传感器三、传感器性能指标:线性范围、精度、灵敏度、稳定性、频率响应特性四、放大器:1、程控放大器(PGA):程控反相放大器、程控同相放大器、集成程控放大器2、隔离放大器:1)光电耦合隔离放大器2)变压器耦合隔离放大器3)电容耦合隔离放大器五、模拟多路开关:机械触点式开关和集成模拟电子开关六、A/D转换器过程:采样→量化→编码七、并联A/D由分压电阻链、电压比较器、寄存器、优先编码器组合成八、A/D技术指标有转换精度(采用分辨率和转换误差来描述)和转换速度九、A/D转换器与微处理器相连应考虑的问题:(1)数据输出线的连接,按数据线的输出方式主要分为并行和串行两种。
(2)A/D转换的启动信号的连接;(3)转换结束信号的处理方式;(4)时钟的提供;(5)参考电压的接法;开关量输入通道结构P48第三章一、模拟量输出通道是将微机输出的数字量转换成适合与执行机构所要求的模拟量的环节二、单路模拟量输出通道的结构:微型计算机—寄存器—D/A—放大/变换电路—执行机构三、(重)D/A转换原理(分类):权电阻网络D/A转换器、倒T型电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器等。
1.什么是智能仪器?其主要特点是什么?智能仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物,是含有微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,因而被称为智能仪器。
特点:1操作自动化2具有自测功能3具有数据分析和处理能力4具有友好的人机对话功能5具有可程控操作能力。
简述内嵌式智能仪器的基本组成和各部分功能由硬件和软件组成。
硬件包括微处理器,存储器,输入/出通道,人机接口电路,通信接口电路等。
功能:微处理器仪器核心,存储器包括数据存储器和程序存储器,用来存储程序和数据。
输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等,完成信号的滤波,放大,模数转换。
输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等,将处理后的数字信号转换为模拟信号。
人机接口电路主要包括键盘和显示器,是操作者和仪器的通信桥梁。
操作者可通过键盘向仪器发出控制命令,仪器可通过显示器将处理结果显示出来。
通信接口可实现仪器与计算机和其它仪器的通信。
智能仪器常用放大器的种类和特点?程控放大器:为适应不同的工作条件,在整个测量范围内获得合适的分辨率,提高测量精度。
仪用放大器:输入阻抗和共模抑制比高、误差小、稳定性好。
隔离放大器:输入端和输出端各有不同的参考点。
可保护电子仪器设备和人生安全,提高共模抑制比,获得较精确的测量结果。
常见的A/D转换器有哪几种类型?其特点是什么?工作原理⑴并联比较型A/D转换器:转换速度快,但是随着输出位数的增加所需器件数增加速度很快⑵逐次逼近型A/D转换器:抗干扰能力差,所以在A/D转换器之前一般要加采样/保持器锁定电压。
⑶双积分型A/D转换器:能起到滤波作用提高了抗干扰能力。
由于转换速度依赖于积分时间,所以转换速度慢。
⑷Σ-△调制型A/D转换器:制作成本低,提高有效分辨率.采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成,基本原理是从高位到低位逐位试探比较,好像用天平称物体,从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法转换过程是:初始化时将逐次逼近寄存器各位清零;转换开始时,先将逐次逼近寄存器最高位置1,送入D/A转换器,经D/A转换后生成的模拟量送入比较器,称为 Vo,与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较,若Vo<Vi,该位1被保留,否则被清除。
然后再置逐次逼近寄存器次高位为1,将寄存器中新的数字量送D/A转换器,输出的 Vo再与Vi比较,若Vo<Vi,该位1被保留,否则被清除。
重复此过程,直至逼近寄存器最低位。
转换结束后,将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器,得到数字量的输出。
逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
双积分法采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔,再把此时间间隔转换成数字量,属于间接转换。
双积分法A/D转换的过程是:先将开关接通待转换的模拟量Vi,Vi采样输入到积分器,积分器从零开始进行向积分,时间T到后,开关再接通与Vi极性相反的基准电压VREF 积分器,进行反向积分,直到输出为0V时停止积分。
Vi越大,积大,反向积分时间也越长。
计数器在反向积分时间内所计的数值电压Vi所对应的数字量,实现了A/D转换。
A/D转换器的主要技术指标和选用原则。
1)分辨率 2)转换速率偏移误差5)满刻度误差6)线性度常用单片机控制ADC的方法有哪些?⑴程序查询方式⑵延时等待方式⑶中断方式在设计智能仪器时选择模拟多路开关要考虑的主要因素?⑴通道数量⑵泄漏电流⑶导通电阻⑷开关速度D/A转换器有哪几类?有什么特点?技术指标⑴倒T型电阻网络D/A转换器:阻值只有R和2R两种,精度容易电阻电阻的电流直接流入运算放大器的输入端,提高了转换速度;转换器:结构简单,所用电阻元件少,但各电阻相差较大,在集成芯⑶权电流型D/A转换器:采用恒流源后,由于恒流源内阻极大,相各支路权电流的大小不受开关导通电阻和电压的影响,降低了对提高了转换精度。
技术指标:转换精度:分辨率,转换误差;转换速度微处理器的输出信号驱动执行机构时应考虑哪些问题?种类和特点不能直接驱动执行机构,需要经过锁存器,并经过隔离和驱动电路相连。
小功率驱动接口电路:具有10~40mA的驱动能力采用小功率路作为驱动电路;中功率驱动电路:具有50~500mA驱动能力,采用率三极管驱动;固态继电器输出接口电路:由固态电子元件组成的型电子开关。
对电压测量的基本要求⑴频率范围宽⑵电压测量范围广⑶输入阻抗高⑷测量准确度高⑸抗独立式键盘、矩阵式键盘和交互式键盘各有特点?分别适合于什么式键盘:一键一线,即每一按键单独占用一根检测线与主机相连。
简单,各测试线相互独立,按键识别容易。
缺点是占用较多的检测大型键盘。
矩阵式键盘:把检测线分别分成两组,一组为行线,按键放大行线和列线的交叉点上。
当需要的按键数大于 8 时,一盘。
交互式键盘:任意两检测线之间均可以放置一个按键。
其所矩阵式还要少,但是这种键盘所使用的检测线必须具有位控功能线。
非编码矩阵式键盘的识键方法及原理扫描法:为由4×8矩阵组成的32键键盘与单片机的接口电路。
8作于输出方式,用于行扫描。
端口PA工作于输入方式,用来读入扫描工作方式,扫描法步骤如下。
①判断键盘上有无键闭合。
使00H,读PA口状态。
若PA0—PA7都为1.则无键闭合;若不都为2.消除键抖动影响。
在检测到有键闭合后,软件延时l0一20 ms 闭合。
如有键闭合则予以确认。
③若有键闭合,则确定闭合键的键次使键盘的一根行线为0,输出不同的扫描字。
例如,先令RC0为即扫描字为FEH,然后读取PA0—PA7的值。
若其中某位为0,则这合;若PA0—PA7都为1,则无键闭合,再从PC口输出扫描字FDH下—行进行扫描……对应x0~x3行的扫描字分别为FEH,FDH,FBH和F7H。
闭合键的键号=行号×8十列号,例如,当PC口输出扫描字FBH时(PC2为0,PC口其余口线为1),若检测到PA0为0,则闭合键的键值为2×8十0=10H;若检测到PA7为0.则闭合键的键值为2×8十7=17H。
④为了保证键每闭合一次,CPU仅做一次处理,在程序中需要等待闭合键释放以后再转去执行相应的键处理程序。
线反转法:妇描法要远行扫描查询,当按下的键是在最后一行时,则要经过多次扫描才能获得键值,而如果采用线反转法,则只需经过两个步骤即可。
线反转法的原理如图4.11所示,反转法两个步骤如下。
①将~作为输出线,将~作为输入线,并使Pt口输出为0FH(即~为0000)。
若无键按下,则输入口线—为1111;若有键按下,则输入口线~上的数据不为全l(若图中1键按下,则~。
为1110),将该数据存入内存某一单元N中。
②将第一步中I/()口线的传送方向反转过来,即原来作为输出的~Pl .4口线作为输入线,原来作为输入的~口线作为输出线。
使输出口线输出0000,然后读入输入口线的数据(若图中1键按下,则Pl .7~为1101),将该数据存人内存某一单元N十1中,最后将N十l单元中的数和N单元中的数拼接起来,就是按下键的特征码。
显示器的显示方式及特点静态显示方式:静态显示方式是指显示器显示某一字符时,相应段的发光二报管恒定导通或截止,使显示字符的字段连续发光。
动态显示方式:当显示位数较多时,宜采用动态显示方式。
所有位的段选线并联起来,由一个8位I/O端口控制,而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O端口控制,形成各位的轮流选通,即LED显示器分时轮流工作,每次只能使一个器件显示1—5M。
由于入的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应,人眼仍感觉所有的器件都在同时显示,获得稳定的视觉效果。
此种显示方式的优点是占用I/O端口少,随着高亮度LED数码管的出现,动态显示同样可以达到很好的显示效果。
触摸屏的技术要求及种类各有什么特点?技术要求:①工作稳定性②手写文字和图形识别③价格低④功耗少分类:①电阻式触摸屏:经济性很好,供电要求简单,非常容易产业化,适用的应用领域广,耐磨性较差;②红外线触摸屏:价格便宜,安装容易,能较好地感应轻微触摸与快速触摸,任何细小的外来物都会引起误差。
③电容式触摸屏:透光率和清晰度优于四线电阻式,反光严重,存在失真④表面声波触摸屏:对原显示器的清晰度影响小,对触摸的感知分辨率很高,显示器的结构及工作原理与微处理器接口电路编程结构:包括上下偏振片、反光板、正背面电极、基板、液晶材料等工作原理:借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件它利用液晶分子排列结构的可极化性和旋光性进行工作。
经久耐用,对表面粗糙度要求高。
智能仪器数据处理的优点?①可用程序代替硬件电路完成多种运算②能自动修正误差③能对杂的计算和处理④能进行逻辑判断⑤精度高,稳定可靠,抗干扰能常用的数字滤波算法有哪些?各有什么特点?适应于什么场合?常用的数字滤波算法有程序判断滤波、中值滤波、算术平均值滤波波、递推平均值滤波、加权递推平均值滤波、一阶惯性滤波、高通数字滤波等。
与硬件滤波器相比,采用数字滤波器有何优点?1、用程序滤波,降低成本2、可靠性高,稳定性好。
3、可以对很波4、可以改变滤波器的参数,使用方便、灵活。
以电压表为例,简述其自动零点调整功能的原理。
答:自动零点先微处理器通过粗陋控制继电器吸合使仪器输入端接地,启动一次存入RAM的某一确定单元中,接着微处理器通过输出口又控制继电输入端接被测信号,最后微处理器再做一次减法运算,并将此差值果加以显示。
自检方式有几种?常见的自检内容有什么?自检方式:开机自检、周期自检、按键自检内容:ROM自检、RAM自检、键盘与显示器自检、输入自检、输出简述ROM、RAM的自检过程智能仪器硬件抗干扰的方法。
?①仪器安装空间的电磁干扰:采用低通滤波,屏蔽和良好的接地通道的干扰:采取切断干扰窜入的渠道?③采用抑制交流电源干扰的方法可靠性的措施元件:A严格管理元器件的购置和储运B老化、筛选、测试C降额度高的元器件。
系统:A硬件冗余技术B电磁兼容设计C信息冗余检测与诊断技术E失效保险。
软件:1时间冗余技术2指令冗余技术看门狗技术干扰的耦合方式?抑制干扰的主要技术及措施?A、直接耦合方式;B、公共阻抗耦合方式;C、电容耦合方式;D、感应耦合方式;E、辐射耦合方式;F、漏电耦合方式。
技术:1、滤波技术(无源滤波器与有源滤波器)2、屏蔽技术与双绞线传输 3、隔离技术4、接地技术 5、抑制静电放电干扰和漏电干扰及其抑制什么是虚拟仪器?由什么组成?定义:是在以通用计算机为核心的硬件基础上,由用户设计定义,具有虚拟面板,测试功能,由测试软件实现的一种计算机仪器系统。