教学课件 《智能仪器(第3版)》程德福

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。

《智能仪器》教学大纲课程编号：030833课程性质：专业特色选修课学时/学分：48/3适用专业：测控技术与仪器一、课程简介智能仪器是计算机技术、检测技术、电子技术、通信技术等多种技术相结合的产物。

近年来，相关学科的理论和方法不断渗透到智能仪器中，使智能仪器在仪器构成的理念上正快速发展。

通过本课程的学习使学生对智能仪器的结构、工作原理及设计方法有较全面的了解，并能掌握智能仪器输入输出通道接口技术、外设控制技术、常用算法及数据处理技术、数据采集系统、自校准及自诊断技术、网络通信技术和智能仪器设计方法等基本理论和常用方法。

本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程；既有智能控制算法，又有算法的程序实现，是一门综合性较高的课程。

The Intelligent Instrument is the integration of computer technology,measurement technology,electronics,communication and other technologies.In recent years,the theory and methods of the related disciplines unceasingly infiltrate in the intelligent instruments,and promote a renovation of the basic concept of the intelligent instrument.Through learning of this course makes students to more comprehensively understand the structure,working principle and design method of intelligent instruments.They are required to master I/O channel technology,interface technology,control technology,commonly used algorithm and data processing technology,data acquisition system,self-calibration and self-diagnosis technology,network communication technology and intelligent instrument design method.The Intelligent Instrument is a comprehensive course including not only the principle and composition of the hardware,but also the software programming for the intelligent algorithm.二、教学目的与要求本课程主要研究智能仪器的基本原理与基本分析、设计方法，以输入、输出、人机接口、控制算法等模块的分析和设计为主，即兼顾每个模块的细节设计，也注重系统的整体协调配合。

《智能仪器仪表》理论课教学大纲一、课程基本信息二、课程目标与任务智能仪器仪表是电子信息工程专业本科生选修的专业课。

随着微型计算机及微电子技术在测试领域中的广泛应用，仪器仪表在测量原理、准确度、灵敏度、可靠性、多种功能及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，逐步形成了完全突破传统概念的新一代仪器——智能仪器。

仪器的智能化已是现代仪器仪表发展的主流方向。

在信息技术的高速发展和人工智能应用的推动下，智能仪器必将有更大的进展。

因此，学习智能仪器的工作原理、掌握新技术和设计方法无疑是十分重要的。

通过本课程的学习，使学生建立仪器整机系统的概念，掌握智能仪器仪表软硬件相结合的基本工作原理、主要技术和设计方法，培养学生综合运用所学知识与技术进行仪器设计的能力，提高学生灵活性和创新（创造）意识。

三、课程主要内容、要求及学时分配四、主要教学组织形式与方法手段智能仪器仪表是一门技术比较前沿、涉及到现代检测技术、自动化技术等领域的课程。

目的是让学生了解现代智能仪器仪表技术的发展方向、具有一定的智能仪器仪表的设计、开发能力，适应现代测控仪器发展的要求。

因此，在理论教学的组织形式、方式方法上，应特别注意与实际相结合，引进国际工程教育改革的最新成果——CDIO（Conceive, Design, Implement, Operate）工程教育模式，树立以学生为中心的教育理念，充分调动学生的积极性、主动性与创造性。

1.组织形式在课堂授课时，把握课程内容重点和关键，注重教学内容的实用性和工程性，强调外部特征，淡化内部工作原理，从传统的以教师为中心教给学生向以学生为中心学会学习转变，在讲授知识点时实施以具体项目为内容的教学模式。

多层次、立体化的实现理论教学与实践教学的有机结合，促进学生学习的积极能动性。

2.教学方法为有效调动学生的学习积极性，课程组教师课前进行研讨，总结经验，找出重点和难点，设计灵活多样的教学方法，如：➢对于课程内容有针对性的提出工程项目引导学生思考、研讨，多鼓励学生查找相关课题的前沿技术；➢采用小组合作方式，对问题展开积极的讨论与交流，分享成果，反思失败，鼓励创新思想；➢对于难点和重点内容，开展习题课，加深学生对理论的理解。

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解：（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。