智能仪器设计试卷(A)

2014-2015学年第 1 学期期末考试试题（A卷）（开卷）智能仪器与虚拟仪器使用班级：班级：学号：姓名：一、简答题（30分）1.什么是虚拟仪器？虚拟仪器与传统仪器的区别是什么？答：虚拟仪器是基于计算机的仪器。

将仪器装入计算机。

以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

区别：传统仪器：关键是硬件，开发与维护费用高，技术更新周期长，价格高，厂商定义仪器功能，系统封闭、固定，不宜与其它设备连接。

虚拟仪器：关键是软件，开发与维护费用低，技术更新周期短，价格低，并且可重用性与可配置型强，用户定义仪器功能，系统开放、灵活，易于其他设备连接。

2.什么是智能仪器?其主要特点是什么?答：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能力；⑤具有可程控操作能力。

3.一个最基本的虚拟仪器程序（VI）包括哪三个部分？答：前面板：交互式的用户界面。

程序框图：是程序源代码，用模块代替普通函数。

图标和连接器：用以识别VI的接口，以便在创以便在创建VI时调用另一个VI。

当一个VI应用在其它VI中，则称为子VI。

子VI相当于文本编程语言中的子程序。

二、设计题（70分）1、设计VI，用XY图显示半径分别为该生学号和相邻学号的同心圆。

2、设计一个温度检测报警器，温度传感器测量范围为0o C-60o C，在实时监测中，如果温度传感器测到的温度为该生学号，报警灯亮。

一、名词解释1.量子：所能分辨的输入模拟量的最小变化量，Q=Vr/2n。

2.S/H：“Sample / Hold”，采样保持。

3.中值滤波：对某一被测参数连续采样n次，然后将这些采样值进行排序，选取中间值为本次采样值中值。

4.孔径时间：从发出保持指令即控制信号从“采样”电平跳转到“保持”电平开始到模拟开关完全断开所经历的时间称为孔径时间tAP。

5．MTBF：平均故障间隔时间。

二、填空题1. 数据采集系统由三部分组成，即传感器、调理电路和采集电路。

2．多路模拟输入通道可分为两大类，即集中式采集和分散式采集。

3．在调理电路中，滤波器设置在放大器后面有利于减少电路的等效输入噪声。

4．段码式LCD的驱动方式有静态驱动和叠加（时分割）驱动两种。

5. 干扰形成的三要素是：噪声源、耦合通道和接收电路。

三、简答题1．一智能仪器的要求相对精度为1%，A/D的位数至少是多少位，为什么？n选12位；因为q=V r/2n< V r.1%./10，所以2n>1000，即n>10；2．已知在一段时间内采样的数据为：7，8，12，12，8求采用限幅滤波后的数据为多少？其中a=3。

7 8 8 8 8；因为△yn =| yn- yn-1| 当≤3时，yn= yn否则，yn= yn-1（4分）3．最小二乘法校正的是什么误差？其拟合原理是什么与插值法有何不同？系统误差；通过实验获得有限对测试数据（xi ，yi），利用这些数据来求取近似函数y=f(x)，并使得计算值与测量值之间的误差平方和最小。

与插值法不同的是，曲线拟合并不要求y=f(x)的曲线通过所有离散点（xi ，yi），只要求y=f(x)反映这些离散点的一般趋势，不出现局部波动。

4. 设检测信号是幅度较小的直流电压，经过适当放大和A/D 转换，由于50Hz 工频干扰使测量数据呈现周期性波动。

设采样周期 ms T s5.2 ，请问采用算术平均滤波算法是否能够消除工频干扰？平均点数N 应如何选择？ 能够消除工频干扰；因为Ts.N=1/50Hz=20ms ，所以N=8； 四、计算题1. 一个输入电压满量程为10V 的12位ADC ，理论上输入模拟电压为5V ±1.2mV 时产生半满量程，对应的输出码为100000000000。

一、通过你对本门课程的学习，说明一卞什么是智能仪器，并列举平时学生生活屮的智能仪器的例子。

（10 分）含有微计算机或微处理器的测量仪器,拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能,其有一定的智能作用。

（7分）例子:超市里面的电子称。

（3分）二、七段共阴极数码管结构如图，按照abcdef gDp的顺序，a是高位，Dp是低位，写出0'9的段码。

（10 分）三、在F1常的设计中，键盘要求时实扫描，需耍占用系统，显示也动态扫描，也占用系统，所以，冇了键盘和显示后，系统将无法进行其他的工作，所以，我们为了解放系统，让它能够去运行其他的程序，我们就想川一个其他的芯片來代替CPU來实现键盘和显示的功能，这时候就冇了8279 nf编程键盘/显示器。

结构如下图，其管脚很多，但是若加以区分就比较简单了，问：其外部筲脚功能大致可以分为哪四个部分？（5分）扫描输出冇哪几种形式？（5分）若OCTA OLTB分别使用，应该外加什么芯片？（5分）分为cpu接口、键盘返冋、显示输出、扫描输出4部分。

（5分）扫描输出有编码输出和译码输出两种形式。

（5分）译码输出要外接CD45U （BCD■段码译码器）（5分）四、我们的A/D转换在测量小是非常重要的，我们A/D转换的方法也有很多，双积分的转换是比较常用的，请简要的说明双枳分A/D转换器的工作原理。

（15分）第一次是被测量积分,得到电容上的一个电压,第二次是一个和被测电压相反的标准电压积分,等到电容上的电压为零的时候,看第二次积分的时间,用记数來表示时间,从而表示出被测电压的大小。

（15）分五、在众多的仪器屮，测疑杲程的区分是最常见的，一般的都是我们用手动去转换最程，但是在智能仪器屮，就不需要手动了，它可以口己完成，我们称Z为门动虽程转换，请说明门动量程转换的原理，最好用流程图来说明。

（10分）（債丹自动料換入亍）六、参看下图说明如何采用软件对仪器进行自校准。

（15分）七、现用单片机控制一个AD和一个DA•请将下列元件进行连线，使AD的地址为06H, DA的地址为04H。

智能仪器智能仪器试卷（练习题库）1、在电子通道使用光电耦合器，能有效抑制O干扰和各种O干扰。

18、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O上，另一种是19、智能仪器的软件通常由O程序、O程序和实现各种算法的功能模块等部分组成。

20、智能仪器的主要特征之一是，几乎都含有自动O转换、自动O调整等功能。

21、异步串行通信方式中，传送一帧字符信息由起始位、（）位、（）位和停止位等四部分组成。

22、根据测量误差的性质和特性，一般可将其分为三类，即随机误差、O误差和（）误差。

23、不同种类分为几种，分别为什么？58、模拟量输出通道的组成及结构形式？59、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？60、DA转换器的输入输出形式分为哪几种？61、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？62、DAC0832的工作方式有哪几种？每种方式如何实现?63、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？64、光电耦合器的工作原理是什么？65、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：（）66、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：（）67、加噪声构成，应根据（）确定滤波算法？68、采集数据中含有脉冲性干扰，信号为直流，则应选择O滤波算法。

69、在开发USB系统的时候，首要的任务是利用O实现、特点。

85、智能仪器设计时一般应遵循的基本原则。

怎样理解“组合化与开放式设计思想”？86、简述智能仪器设计的基本要求。

87、常规BIT技术有哪些缺陷？如何解决这些问题？88、常用的BIT技术有哪些？各有什么特点？89、结合书中所学知识谈谈你对BIT技术的理解。

90、什么是固有测试性？固有测试性设计的主要内容包括哪几个方面？91、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。

北京交通大学考试试题（A）课程名称：智能仪器仪表原理2006-2007学年第2学期出题教师：余祖俊学生姓名：___________ 班级： ______________ 学号：______________________一、简答题（20分）1.简述智能仪器仪表产品研制初期获取信息的渠道及产品功能的确定方法（5分2.简述传感器选用时应该注意的问题，以及“两线制电流型”和“单总线数字式”传感器的接口方式（10分）3.简述型式试验和电磁兼容试验的内容（5分）通过完成下面二~五题，为某工厂车间设计智能安全监控系统。

车间的中央控制PC机需要对分布于100米X 100米范围内的50个点进行监控。

每个检测点需要检测一路直流2000V模拟信号、一路直流10000A模拟信号、一路110V直流开关信号，以及一个光电开关的输出（OC门开路），并根据中央控制PC机指令控制一个交流380V电机的正反转。

二、请为此车间设计3种可行的采集系统结构方案，分析各自的优缺点，选取你认为最优的方案（20分）三、根据选取的系统结构方案，设计由被测信号到PC机的数据采集通道。

相关电路应尽可能给出具体参数，如电阻值、电容值、芯片型号等。

（20 分）四、根据选取的系统结构方案，设计由PC机到电机的控制通道。

相关电路应尽可能给出具体参数，如电阻值、电容值、芯片型号等。

（20分）五、根据选取的系统结构方案，设计系统软件流程图。

要求软件具有一定的抗干扰能力。

（20分《智能仪器仪表设计》2007年本科期末考试（A）参考答案（要点）一、简述1、图书馆图书、期刊、专利、报告、上网查询、专家咨询、调研、试验、同行合作交流等等。

2、（1）应该注意的问题包括：技术指标是否能够满足。

其中包括：测量精度，测量范围，工作温度，静态动态特性；传感器的测量原理是否适合应用现场的环境；传感器的测量接口和输出接口；传感器的尺寸和价格。

（2）两线制电流型接口方式：一线直接接地，一线串联一个合适的精密电阻连地。

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。

《智能仪器技术及应用》A卷答案一、简答题（每题4分，共20分）1、叙述智能仪器的基本组成、工作原理及发展趋势？答：智能仪器由硬件和软件两大部分组成。

硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。

软件分为监控程序和接口管理程序两部分。

如图为典型智能仪表结构，由三个层次构成…………1’智能仪器的工作原理：传感器获取被测量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经a／d转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内flashrom（闪速存储器）或e2prom（电可擦除存贮器）内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。

此外，智能仪器还可以与pc机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——pc机，由pc机进行全局管理。

…………2’智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合，逐步实现微型化，多功能化，人工智能化，随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器将会得到更加广泛的应用。

可以预料，各种功能的智能仪器在不远的将来会广泛地使用在社会的各个领域。

…………1’2、影响测试精度的因素有哪些？答：（1）算法的精度。

…………2’（2）程序本身的精度。

…………2’3、提高智能仪器可靠性的方法有哪些？答：提高硬件可靠性：设计可靠的系统方案；元器件的合理选择；筛选；降额使用；可靠电路的设计；冗余设计；环境设计；人为因素设计；仪器可靠性实验。

………2’提高软件可靠性：认真地进行规范设计；可靠的程序设计方法；程序验证技术；提高软件设计人员的素质；消除干扰；增加试运行时间。

1、智能仪器有何特点？答：智能仪器有以下特点：（1）白动校正零点、满度和切换最程（2）多点快速检测（3） H 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）口诊断（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，H顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪农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，然后把它们连接起來，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的馬丽为片外程序存储器的读选通信号，而丽和阪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。

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：首先用定吋器定时一个时间，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）每个通道冇独自的放大器、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姿求不高的数据釆集系统。

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？的PSEN10、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。

11、试述A/D转换器的主要参数、输入/输出方式和控制信号。

答：A/D转换器的主要参数为分辨率、转换时间、转换误差。

输入方式有单端、差动方式，极性有单、双极性。

输出方式对数据输出寄存器具备可控的三态门，A/D输出线与CPU数据总线直接相连；不具备可控的三态门，A/D输出线必须通过输入缓冲器与CPU数据总线相连。

控制信号有电平或脉冲形式的A/D启动转换信号，也有A/D转换结束信号。

12、试述模拟量输出通道的结构形式及其使用场合。

答：模拟量输出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D/A转换器，这种形式通常用于各个模拟量可分别刷新的快速输出通道。

智能仪器课程设计题一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握智能仪器的基本原理、结构和应用，培养学生具备分析和解决智能仪器相关问题的能力。

具体分为以下三个部分：1.知识目标：学生能够了解智能仪器的定义、分类和发展历程；掌握智能仪器的基本原理、结构和主要组成部分；熟悉智能仪器的应用领域和前景。

2.技能目标：学生能够运用所学知识对智能仪器进行分析和设计；具备操作和使用智能仪器的基本技能；能够阅读和理解智能仪器的技术文档。

3.情感态度价值观目标：培养学生对智能仪器的兴趣和好奇心，提高学生对科技创新的认同感；培养学生团队合作、勇于探索和创新的精神。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.智能仪器概述：介绍智能仪器的定义、分类和发展历程。

2.智能仪器的基本原理：讲解智能仪器的工作原理、核心部件及其功能。

3.智能仪器的结构与组成：详细介绍智能仪器的硬件结构和软件系统。

4.智能仪器的应用领域：阐述智能仪器在各个领域的应用案例和前景。

5.智能仪器的操作与维护：教授学生如何操作和使用智能仪器，以及如何进行日常维护。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式：1.讲授法：教师通过讲解、演示和案例分析，向学生传授智能仪器的相关知识。

2.讨论法：学生进行小组讨论，促进学生对智能仪器知识的理解和运用。

3.实验法：安排学生进行智能仪器实验，培养学生的动手能力和实际操作技能。

4.案例分析法：通过分析具体案例，使学生更好地了解智能仪器的应用和前景。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内权威、实用的智能仪器教材，为学生提供系统的学习资料。

2.参考书：推荐学生阅读相关领域的经典著作和最新研究成果，拓宽知识面。

3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以图文并茂的形式展示智能仪器的原理和应用。

4.实验设备：配备智能仪器实验设备，让学生能够亲自动手操作，提高实践能力。

东南大学考试卷（A卷）答案适用专业测控技术与仪器考试形式闭卷考试时间长度120分钟1、对于被测信号频率范围为10kHz～10MHz，计数器最高计数频率为10MHz，若要求仅考虑“±1误差”时（相对）测量精度为1/1000，则可采用何种方法？给出该方法的原理图和一般最短的测频时间；若测量结果用LED数码显示器显示频率数值（分辨到1 Hz），则LED数码显示器至少几位？当要求尽量减少系统硬件开销时，应采用什么显示方式？并说明设计LED数码显示器时需要多少条I/O口线。

2、对一数字化测频装置进行原理设计，要求被测信号频率范围为1Hz～10M Hz，最慢1秒钟能得到一个测量结果，同时希望测量精度尽可能高，设测频装置所用计数器的最高计数频率为10M Hz。

最后分析所设计装置的测量精度。

11．答案要点：测频法的原理图:被测脉冲信号被测电振动波形整形时基信号发生器计数器ttf︒测频法的原理图&测频法时的（相对）测量精度为1/tf，最大误差出现在f=10kHz“±1误差”引起的相对误差为1/10000t=1/1000，t＝100msLED数码显示器至少8位，宜采用动态显示方式，节省用于显示的I/O口线的数目需要8+8条2、答案要点：采用测频法与测周法相结合的测量方法，为保证最佳的测量精度，当使用测频法和测周法的±1误差的影响相等时，频率分界点—中界频率f0满足下述表达式1/（f0t）=f0/fΦ即f0=（fΦ/t）1/2 。

可以计算得到f0=（10）1/2 kHz使用测频法时，最大误差为∆N/N=±1/(tf0)= ±0.0316％，使用测周法时，最大误差为∆N/N=±1/(TfΦ)=±f/fΦ= ±0.0316％。

2。