智能仪表试题

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(de)滤波器.（）2. 基准电压Vr (de)精度和稳定性影响零位误差、增益误差(de)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(de)是TTL电平,因此它(de)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(de)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(de)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 ）(de)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(de)框图如下图所示.其中（ 1 ）~（ 4 ）各部分(de)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3. 设采集数据由信号加噪声构成,应根据( )确定滤波算法A. 噪声统计规律B. 信号特征和噪声统计规律C. 信号特征D. 只能用多种滤波算法试验,由处理效果确定.4. 采样保持器(de)作用是( )A. 提高系统(de)采样速率B. 保持系统(de)数据稳定C. 保证在A/D转换期间ADC前(de)模拟信号保持不变D. 使A/D 转换器前信号能跟上模拟信号(de)变化5. 采集数据中含有脉冲性干扰,信号为直流,则应选择( )滤波算法.A. 算数平均法B. 加权平均法C. 限幅滤波法D. 去极值平均法6. 在开发USB系统(de)时候,首要(de)任务是利用( )实现设备(de)枚举过程,提供各种设备信息.A. 中断传输B. 控制传输C. 同步传输D. 批量传输7．若非编码矩阵键盘(de)列线外接下拉电阻,该矩阵(de)扫描码应是( ).A．行线输出高电平B．列线输出高电平C．行线输出低电平D．列线输出低电平8．在智能仪智中,A/D 转换(de)抗干扰技术包括( ).A. 对差模干扰(de)抑制B. 对共模干扰(de)抑制C. 采用软件方法提高A/D抗干扰能力D. 以上三种都包括9．在进行数字电路(de)可测试性设计时,下面说法错误(de)是( ). A．设计上应避免“线或”逻辑B．所有不同相位和频率(de)时钟都应来自单一主时钟C．数字电路应设计成主要以异步逻辑电路为基础(de)电路D．电路应初始化到一明确(de)状态,以便确定测试(de)方法10．下面( )调试方式在目标机不存在(de)情况下也可以进行代码(de)调试.A．ROM 仿真器B．在线仿真器C．片上调试D．JTAG三、填空（每空2分,共20分）1．假设一 12 位(de) A/D 转换器,其满量程电压为 10V ,则它(de)分辨率是_____ .2．某仪器(de)非线性采用分段线性插值法进行校正,设段数为4,最少需要_____对（X i ,Y i ）已知实验数据.3．利用 8 片模拟多路开关 CD4051 设计 64 路(de)输入通道.已知CD4051 (de)漏电流为 20nA ,开关导通电阻300Ω ,设信号源内阻1000 Ω .则多路开关漏电流和导通电阻产生(de)误差大小为_____ .如果采用级连方式连接,则需要多路开关_____片.用级连方式连接电路产生(de)误差大小为_____ .4．某智能温度测量仪采用 8 位ADC ,测量范围为10 ～100 ℃,仪器采样数据经滤波和非线性校正后(de)数字量为0028H .A0=10 ℃,Am=100 ℃,Nm=FFH=255 ,Nx=28H=40 .则对应(de)实测温度是_____ .5. 设在某数据采集系统中,对正弦信号 U=（U msin ω t ）/2 采样.采/保(de)孔径时间 tAP=20ns , A/D 转换器(de)位数为 12 位,求采样精度达到 1LSB (de)最高信号频率是_____ .若 S/H (de)捕捉时间tAC=3 μs ,稳定时间ts=2 μs , A/D 转换时间tCONV=40 μs ,输出时间tOUT=4 μs 则通道(de)吞吐率是_____ .6．检测直流电压信号由于50Hz 工频干扰使测量数据呈现周期性波动.设采样周期Ts=1ms ,采用算数平均滤波算法,消除工频干扰.选择平均点数 _____.7．某种仪器 100 台,工作 1000h ,假设有 2 台发生故障,则这种仪器(de)千小时(de)可靠率为_____ .四、简要回答下列问题（ 25 分）1. 简述推动智能仪器发展(de)主要技术.2. 简述智能仪器设计(de)基本原则.3. 简述 USB 既插既用机制实现(de)原理.4. 可靠性是智能仪器中一个重要(de)技术指标.请写出智能仪器中常用(de)提高硬件和软件可靠性(de)方法.5. 什么是可测试性智能仪器设计中引入可测试性设计有什么优缺点五、设计题（15分）试设计一温度检测系统.要求系统能检测 8 路温度信号（假设温度传感器(de)输出信号幅度 0~25mV ）,测试(de)温度范围为0~500 ℃,温度分辨率为℃.测试(de)最终结果用 LCD 显示器或 LED 显示器显示出来.对多通道(de)测量信号要有自动巡回检测(de)功能和选择某一通道进行单一测量(de)功能.若采用自动巡回检测方式,要求每一通道每秒钟检测 100 次.仪器要具有与其它仪器或微机进行通讯(de)能力.画出仪器(de)硬件框图,并说明每部分(de)参数及其选择原则.（1）根据设计要求,放大器(de)放大倍数至少应为多少（2） A/D 转换器至少应选择多少位(de)（3） A/D 转换器(de)速率至少为多少（4）根据设计要求,如果选用 LED 显示器,至少应用几位 LED 显示（5）测试系统与外界(de)通讯如选用串行通信,你准备选择哪种总线它(de)最远传输距离是多少（6）如果系统用 89C51 单片机做控制器,用字符式 LCD 显示模块做显示器,请画出图 2 中单片机与显示模块(de)三根控制线 RS 、 R/W 和 E (de)接口电路.这三根控制信号(de)时序图如图 1 ,它们(de)功能为：RS ：寄存器选择输入线.当其为低电平时,选通指令寄存器；高电平时选通数据寄存器.R/W ：读/ 写信号输入线.低电平为写入,高电平为读出.E ：使能信号输入线.读状态下,高电平有效；写状态下,下降沿有效.图 1图 2答案：答案：一、否、是、否、否、否、否、是、否、否、否二、B 、 B 、 B 、 C 、 D 、 B 、 A 、 D 、 C、 B 三、1．2. 53. ,9,；4. 245．,；6. 207.四、1．传感器技术：信号检测是通过传感器实现(de),为适应智能仪器发展(de)需要,各种新型传感器不断涌现.A/D 等新器件(de)发展显着增强了仪器(de)功能与测量范围.DSP (de)广泛应用：由于 DSP 芯片是通过硬件来完成上述乘法和加法运算,因此,采用DSP 芯片可大大简化具有此类数字信号处理功能(de)智能仪器(de)结构并提高其相应(de)性能,极大地增强了智能仪器(de)信号处理能力.ASIC 、FPGA ／CPLD 技术在智能仪器中(de)广泛使用：使仪器(de)可靠性、成本、速度等方面有提高.LabVlEW 等图形化软件技术.网络与通信技术：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(de)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(de)测试任务.2．从整体到局部（自顶向下）(de)设计原则：这种设计原则(de)含义是,把复杂(de)、难处理(de)问题分为若干个较简单、容易处理(de)问题,然后在一个个地加以解决.较高(de)性能价格比原则：在满足性能指标(de)前提下,应尽可能采用简单(de)方案,因为方案简单意味着元器件少,开发、调试、方便,可靠性高.组合化与开放式设计原则：开放系统是指向未来(de) VLSI 开放,在技术上兼顾今天和明天,既从当前实际可能出发,又留下容纳未来新技术机会(de)余地；向系统(de)不同配套档次开放,为发挥各方面厂商(de)积极性创造条件；向用户不断变化(de)特殊要求开放,在服务上兼顾通用(de)基本设计和用户(de)专用要求等等. .3．即插即用技术包含 2 个技术层面,既热插拔和自动识别配置.热插拔(de)关键技术在于电路接插件插、拔期间强电流(de)处理.USB 在电缆以及接插件(de)设计上充分考虑了这一点,使得这个瞬时(de)强电流被安全地吸收,从而使 USB 设备实现了热插拔.系统设备(de)自动识别是通过在 USB 主机或 Hub (de)下行端口信号线上接有下拉电阻和在设备端(de)信号线上连接上拉电阻来实现(de).既当 USB 主机或 Hub (de)下行端口处于断开状态时,信号线电平将恒为 0 .当 USB 设备连接上(de)瞬间,会造成 USB 主机或 Hub 端信号线(de)上冲,这样当 USB 主机或 Hub 检测到这个上冲过程, USB 主机可认定有一设备接入.4．提高硬件可靠性：元器件(de)选择；筛选；降额使用；可靠电路(de)设计；冗余设计；环境设计；人为因素设计；仪器可靠性实验；提高软件可靠性：认真地进行规范设计；可靠(de)程序设计方法；程序验证技术；提高软件设计人员(de)素质；消除干扰；增加试运行时间.5．可测试性（ Testability ）是指产品能够及时准确地确定其自身状态（如可工作,不可工作,性能下降等）和隔离其内部故障(de)设计特性.智能仪器设计中引入可测试性设计(de)优点1．提高故障检测(de)覆盖率；2．缩短仪器(de)测试时间；3．可以对仪器进行层次化(de)逐级测试：芯片级、板级、系统级；4．降低仪器(de)维护费用；缺点：1．额外(de)软/硬件成本；2．系统设计时间增加.五、放大器(de)增益 200 ； ADC (de)分辨率 12 位；； 4 位。

智能仪器练习题练习一一、简答题1.简述智能仪器仪表型式试验和电磁兼容试验主要内容。

答：型式试验和电磁兼容性试验主要包括：外观检查、绝缘性能、电压波动、低温、高温、湿热、振动、浪涌、脉冲群、静电放电、射频电磁场、电源端骚扰、传导、电磁辐射等。

2.简述智能仪器仪表常用的总线接口和通讯接口方式。

答：分为并行接口方式和串行接口方式。

并行接口：PCI接口和ISA；串行接口：OneWire、I2C、SPI、RS232、RS485、现场总线（CAN总线、LonWorks总线）、USB总线、IEEE-488总线、以太网、Camerlink等。

二、智能仪器仪表设计题为铁路现场SS8型电力机车设计随车状态诊断记录仪。

诊断记录仪需要采集机车的一些状态参数，包括：一路交流0~25KV电压信号、一路交流0~1000A 电流信号、一路直流110V开关信号，一路压力传感器输出信号（0－600kPa），一路温度传感器输出信号（4－20mA），以及一个OC门开路输出的光电开关输出。

便携式诊断记录仪采用机车110V直流供电，要求采集精度不低于1％。

要求该设备能够连续采集记录50小时以上的机车状态参数，还可以将数据转储到PC机上，利用PC机上的专家系统进行更精确的分析诊断。

1.设计该智能仪器的总体结构，包括供电系统设计，微处理器的选择，系统复位电路设计等，并简单描述工作原理（10分）答：该仪器选用51或96单片机作为微处理器，选用MAX691进行复位与内存数据保护，选用110V/5V电源模块进行系统供电，单片机外接A/D变换器进行模拟信息采集，利用单片机自带的I/O口进行数字量的采集。

2.为上述每种信号设计前向采集通道电路（20分）答：（答案不唯一）(1) 0～25KV的电压：LEM模块，串行1带8路的A/D接口（控制信号和电源隔离），或多路切换后进模拟量隔离放大器。

(2) 0～1000A的电流：分流器或 LEM模块，同a。

(3) 0～600Kpa的压力：两线制的半导体式压力传感器，同a。

《智能化仪表》复习题一、简答题：1、 仪表的发展经历那几个阶段？其特点？2、 智能仪表的分类及特点？3、 智能仪表的主要特点？4、 按键识别中需要解决哪些问题？可采取哪些工作方式?5、 键盘的组成形式及特点？6、 行扫描法的原理及过程？7、说出不同种类触摸屏的原理及特点。

10、 仪用放大器、程控放大器原理。

11、 怎样确定数据采集的采样方式及频率?12、 简述几种常用的数字滤波算法。

13、 简述几种数字线性化方法及特点。

14、 零位误差和增益误差的校正方法。

15、软测量技术的基本思想?16、专机系统知识的获取方法?18、具体用光电隔离器时应注意什么?19、系统的屏蔽与接地应注意什么问题?20、 方案设计时可靠性的原则。

21、 自诊断方式及自诊断内容？自诊断软件流程? 17、 简述数字PID 算法，说说消除积分饱和的方法。

8、 说说LED 数码显示段译码的实现方法及特点。

22、智能仪表需求分析报告、设计任务书、总体设计方案内容?23、简述传统算法与智能算法的区别24、准矩阵式组合优化键盘的构成及原理。

26、红外触摸屏及电阻触摸屏的工作原理。

27、数据采集系统的构成、工作原理及技术指标。

28、分时釆集型和同步采集型的构成及特点。

29、信号调理包括哪些内容。

30、传感器有哪些类，如何选用？31、什么是程控放大器，使用它的作用?32、A/D的主要技术指标是什么？如何选用?33、标度变换的内容。

怎样实现分段测量?34、数字滤波如何克服大幅脉冲干扰和小幅高频噪声。

35、曲线拟合法和查表校正法的基本思想。

36、零点误差、增益误差如何校正？37、基本模糊控制器的构成及工作原理。

模糊PID、参数自整定模糊控制器、自适应模糊控制器的构成及工作原理。

38、硬件设计的内容及要求。

39、软件设计的要求及设计流程。

二、试用8279或8155组成8个健、8位LED显示的键盘显示电路, 说明工作方式、键值等，编写典型应用程序。

一．简答题1、仪表的发展经历那几个阶段？其特点？1、第一代--模拟式仪表---基本结构是磁电式和电子式。

磁电式基于电磁测量原理使用指针来显示测量结果。

如指针式万用表、伏特表、安培表、功率表等。

电子式基于模拟电子技术原理。

如记录仪、电子示波器、信号发生器等。

第二代--数字式仪表---基本结构中含有A／D转换环节，并以数字方式显示或打印测量结果。

如数字电压表、数字功率计、数字频率计等。

比第一代响应速度快，测量准确度高。

第三代--智能式仪器仪表---基本结构中含有CPU。

功能强大、功耗低、体积小、可靠性高等。

智能仪表是计算机技术与测量仪器仪表相结合的产物，具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用。

第四代--虚拟仪器及网络化仪器①虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)---基本结构中含有通用计算机。

80年代美国国家仪器公司(NI)提出的.虚拟仪器是以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设备和为实现特定功能而编制的软件组成硬件接口--数据采集卡(DAQ)、串／并口、通信接口卡、VXI控制器等---完成被测信号的采集、放大、模数转换及输出信号的数模转换等功能。

软件模块--数据分析、过程通讯及图形用户界面等软件。

通过不同测试功能的软件模块的组合来实现不同的功能。

②网络仪器---把信息系统与测量系统通过Internet连接起来，做到资源共享，高效完成复杂艰巨的测控任务.仪器组成：将位于不同地理位置的数据采集、数据分析和数据表示由网络连起来完成测试任务。

现场的数据采集设备将测得的数据通过网络传输给异地的微机化仪器去分析处理，分析后的结果被执行机构查询使用，使数据采集、传输、处理成为一体。

仪器特点：实现资源共享，一台仪器为更多的用户所使用。

环境恶劣的数据采集实行远程采集，将采集的数据放在服务器中供用户使用。

重要的数据多机备份提高系统的可靠性。

测试人员不受时间和空间的限制，随时随地获取所需的信息。

智能仪表技术试题一填空题（每空1分，共30分）1._______________________________________________ 智能仪表的键盘采用非编码键盘结构，有独立式和_____________________________________ 式键盘若系统需要4个按键，应采用________ 键盘结构。

2.____________________________ 智能仪表的显示器件常用_________ 数码管或液晶显示器，其中________________________ 更适合用于电池供电的便携式智能仪器。

3.智能仪表的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、_________ 、滤波器、 _______ 和A/D转换器等几个主要部分所组成.4.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______________ V,逻辑"I"为___________ Vo5.智能仪表的随机误差越小，表明测量的______ 度越高;系统误差越小，表明测量的________ 度越高。

6.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度—，抗干扰能力—o7.智能仪表修正系统误差最常用的方法有3种即利用______________ 、______________ 或通过曲线拟合來修正系统误差。

8.为减小随机误差对测量结果的影响软件上常采用___________ 滤波法，当系统要求测量速度较高时，可采用________ 滤波法。

9.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_________ 信息降低了对时钟精度的要求，但传输效率________ °10.智能仪表是指将________ 技术和________ 技术有机的结合在一起的新一代电子仪器.11.智能仪表中口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________ 上，另一种是自动改变电路的_________ 达到量程，切换的目的。

智能仪表期末复习题精品⽂档⼀、简答题1、串模⼲扰的来源有哪些？主要有哪些硬件防⼲扰措施？主要来⾃于⾼压输电线、与信号线平⾏敷设的输电线以及⼤电流控制线所产⽣的空间电磁场。

措施：①利⽤双端不对地输⼊的运算放⼤器作为输⼊通道的前置放⼤器②⽤变压器或光电耦合器把各种模拟负载与数字信号源隔离开来③采⽤浮地输⼊双层屏蔽放⼤器来抑制共模⼲扰2、常⽤的数字滤波⽅式是什么？（1）克服⼤脉冲⼲扰的数字滤波法㈠.限幅滤波法㈡.中值滤波法（2）抑制⼩幅度⾼频噪声的平均滤波法㈠．算数平均㈡．滑动平均㈢．加权滑动平均㈣⼀阶滞后滤波法（3）复合滤波法程序判断，中位值滤波，算术平均滤波，递推平均滤波，加权递推平均滤波，⼀阶惯性滤波和复合滤波等。

3、简述智能仪器设计的基本原则？1、从整体到局部（⾃顶向下）的设计原则2、经济性要求、3、可靠性要求4、操作和维护的要求5、实时性要求4、简述有哪⼏种现场总线？基⾦会现场总线FF、FF总线不附属任何⼀个企业或国家、提供了H和H两种21物理层标准、过程现场总线Profibus、LonWorks、CAN、HART5、简述程序跑飞的原因及其处理⽅法？原因：⼲扰信号已通过某种途径作⽤到了CPU上，CPU就不能按正常状态执⾏程序，从⽽引起混乱。

统受到某种⼲扰后,程序计数器PC的值偏离了给定的唯⼀变化历程,导致程序运⾏偏离正常的运⾏路径。

处理办法：1）最简单的是使CPU复位，让程序从头开始重新运⾏。

2）采⽤指令冗余、软件陷阱以及“技术。

6、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积分式：先⽤积分器把输⼊模拟电压转换成中间量，再把中间量转换成数字。

优缺点：逐次⽐较式A/D转换器的转换时间与转换精度⽐较适中，转换时间⼀般在us级，转换精度⼀般在0.1%左右，适⽤于⼀般场合。

一、简答题：1、智能仪表的特点是什么？2、智能仪表的发展趋势？3、什么是嵌入式系统（嵌入式系统的定义）？4、七段LED 显示中静态显示与动态显示接口方式有什么不同？5、常用的键盘类型有哪些？键盘接口的任务是什么？6、如何消除键抖动，常用哪几种方法？7、USB 规范中的规定的4种数据传输方式是什么？8、蓝牙系统的4个功能单元是什么？9、什么是串模干扰和共模干扰？10、什么是光电耦合器？为什么说它有很强的抗干扰能力？11、软件测试应遵循的基本原则是什么？12、监控程序包括哪两部分，各部分的作用是什么？13、智能仪表显示管理软件的任务主要有哪些，显示方式有哪些？14、仪表的随机误差和系统误差分别指的是什么？15、采用数字滤波算法克服随机误差有哪些优点？16、智能仪表的设计一般应遵循的设计准则是什么？17、智能仪表调试过程中常见的故障有几种？18、干扰对智能仪表造成的后果有哪些？19、电磁干扰和电磁兼容分别指的是什么？20、从干扰源和传播方式的角度讲，智能仪表受到的干扰大致可以分为哪几类？二、论述题1、智能仪表的硬件电路主要由哪些电路组成？各部分电路的作用是什么？2、智能仪表的软件部分包括几部分？各部分的作用是什么？3、简述智能仪表的设计思路和研制步骤？4、画出A/D 转换器ADC0809与单片机8031的接口电路，并说明ADC0809各引脚的功能。

5、智能仪表的中断过程通常包括哪些操作要求？画出中断管理流程图。

6、克服随机误差的数字滤波算法有哪些，它们分别有什么特点，分别适用于什么场合？7、什么是积分饱和，它有那些不良影响？克服积分饱和的方法有哪几种？8、常用的屏蔽技术有哪几种，各自的特点是什么？屏蔽接地时应注意哪些原则？三、程序设计题1、智能仪表具有自动量程切换功能，可以根据被测量的大小，自动切换到不同量程的传感器上运行。

假设有两个不同量程的传感器A 和B ，A 的最大测量范围为M a ，B 的最大测量范围为M b ，它们的满量程输出是相同的。