智能仪器与现代化仪器电路大纲

第一章键盘和显示控制接口电路单片机应用系统中为了控制系统的工作状态以及向系统中输入数据或者用户想知道当前的运行状态及某些过程值，常常设置键盘和显示器，以便实现简单的人——机对话，这就需要有键盘/显示器接口。

键盘/显示器接口电路可以由相应的控制电路实现，也可以由专用芯片来实现。

例如CH451就是一款基于串行总线的键盘显示控制芯片。

1.1 CH451芯片简介1.1.1 CH451的引脚说明CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及μＰ监控的多功能外围芯片，通过3线或者可以级联的4线串行接口与单片机、DSP、微处理器等控制器交换数据。

CH451提供有28引脚的和24引脚的封装形式如图1.1，28脚与24脚在功能上稍有差别，它们的引脚定义见表1所列。

图1.1 CH451管脚封装图1.1.2 CH451特点（1）显示驱动●内置大电流驱动级，段电流不小于30mA，字电流不小于160mA。

●动态显示扫描控制，直接驱动8 位数码管或者64 位发光管LED。

●可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD 译码方式。

●字数据左移、右移、左循环、右循环。

●各数字独立闪烁控制。

●通过占空比设定提供16 级亮度控制。

●支持段电流上限调整，可以省去所有限流电阻。

●扫描极限控制，支持1 到8 个数码管，只为有效数码管分配扫描时间。

（2）键盘控制●内置64 键键盘控制器，基于8×8 矩阵键盘扫描。

●内置去抖动电路。

●键盘中断，低电平有效输出。

●提供按键释放标志位。

（3）外部接口●可选高速的4 线串行接口，支持芯片级联，时钟速度从0 到10MHz。

●可选简洁的3 线串行接口。

●内置RC 阻容振荡电路，同时支持外接阻容振荡。

●内置上电复位，提供高电平有效复位输出和低电平有效复位输出。

●内置看门狗电路Watch-Dog。

表1.1 CH451的引脚说明1.2 CH451显示驱动和键盘控制工作原理CH451 是一个多功能外围芯片，通过3线或者可以级联的4线串行接口与单片机交换数据。

《智能仪器原理与设计》课程教学大纲课程编码：课程类型：专业课总学时：54 学分：3第一部分相关说明一、课程的性质和任务课程的性质：《智能仪器原理与设计》是电子工程本科专业必修的专业基础课程之一。

智能仪器在通信、家电、自动控制、仪器仪表中得到了广泛的应用。

通过本课程的学习，使学生掌握利用微处理器系统使电子仪器实现智能化的具体方法，包括硬件和软件两个方面。

课程的任务：使学生掌握智能仪器的基本工作原理，具备智能仪器的初步应用能力，为将来从事智能仪器的工作打下坚实的基础。

智能仪器课程侧重讨论智能仪器实际设计过程中所涉及的具体方法与技巧。

旨在使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。

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，软件与硬件必须同时兼顾。

二、课程的基本要求本课程主要研究智能仪器的基本原理与基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。

通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求：1、对智能仪器各组成单元的基本工作原理、性能指标以及它们在整机中的作用形成明确的认识。

2、掌握这些单元电路的分析、计算和设计方法，以及实验操作技能。

三、教学方法与重点、难点教学方法：针对本课程学时少，内容多，技术发展快，实践性强等的特点，应采取探讨式和启发式教学；教学过程以课堂为主。

重点：人机接口电路、通信接口电路和软件编程。

难点：智能仪器的应用。

四、本课程与相关课程的联系学习本课程主要涉及模拟电子技术、数字电子技术以及微机原理课程中有关接口和汇编程序、微机控制方法等方面的有关知识。

因此，应当尽可能地在先修《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理》和《微机接口技术》，《单片机原理与应用》等课程，为有关智能仪器系统设计方面的课题打下必要的基础，是该专业学生的毕业前的综合性设计课程。

五、学时分配总学时：54学时，其中理论教学时数为46学时，实验教学时数为8学时。

智能检测与仪器》课程教学大纲课程编号：17154 适用专业：本科电子工程专业学时数：64执学分数：4编写笔者：肖晓萍日期：2006年一、课程的性质和目的《智能检测与仪器》是是高等院校工科本科电子、信息类专业的一门专业选修课，是从事现代电子、信息科学技术研究不可缺少的重要工具。

本课程的任务在于智能检测与仪器的基本概念和基本分析方法。

主要内容包括测量误差和数据处理的基础知识，电参数测量方法，智能仪器技术，检测新技术，检测系统的设计与分析，以及由单片机组成的测量系统的设计方法等。

通过本课程的学习，培养学生具有误差理论、基本电参数测量，智能仪器技术，检测新技术方面的知识和应用能力；了解检测系统的设计与分析，以及由单片机组成的测量系统的设计方法。

通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力、实践能力和创新能力。

二、课程的教学内容和学时分配第1章检测技术的基础知识（6）1 •理解检测技术的基础知识和常用方法2. 了解仪表的基本结构、基本性能、构成原理和输入/输出特性3. 理解测量误差及处理方法4. 理解误差的合成与分配方法第2章电量的测量及相关仪表（12）1-电压与电流的测量方法2. 了解磁电系、电磁系、电动系、电压表和电流表，钳形电流表，万用表3•理解功率和电能，电路参数，频率和相位的测量方法4.电动系频率表、电动系相位表5. 了解磁参数的测量第4章智能仪器技术（10 ）1. 了解智能仪器的基本知识2 •理解智能仪器的数据采集技术3•理解智能仪器的各种常用算法（误差处理算法、抗干扰和数字滤波和仪器的自动校准）4. 了解智能仪器的接口技术5. 理解智能仪器的设计方法第5章检测测量领域的新技术（14）1. 了解虚拟仪器的基本概念、组成及特点、设计步骤和虚拟仪器系统的数据采集方法2 •掌握虚拟仪器的软件开发工具LabVIEW及虚拟仪器的设计3 •理解现场总线的本质含义，优点和几种类型4 •多传感器数据融合的分类及特点；基本原理、过程及关键技术；结构与功能模型；数据融合方法；多传感器数据融合的应用5•了解软测量技术的建模方法、实时演算的工程化实施技术、软测量模型的自校正及维护及软测量技术在工业中的应用第6章测试系统的设计与分析(10)智能温度测控系统1. 了解智能温度测控仪器的设计要求2. 了解智能温度测控系统的组成与工作原理3 •智能化数字多用表(DMM4 •理解数字化电能测量系统的组成原理，如DMM交/直流转换器和其他转换器三、课程教学的基本要求1、本课程以课堂讲授和实践相结合的方式，课堂讲授采用多媒体辅助教学，实验占12学时。

智能仪器原理及应用教学大纲智能仪器原理及应用教学大纲一、课程概述智能仪器原理及应用是一门涉及仪器仪表设计、制造、使用和维修的实用型课程，旨在帮助学生掌握智能仪器的基本原理、设计方法及其在各领域的应用。

本课程结合理论教学和实践操作，培养学生具备设计、制造和使用智能仪器的技能，提高他们在各领域的工作效率。

二、课程目标1、理解智能仪器的原理、设计方法及制造过程。

2、掌握智能仪器的基本组成、各部分作用及工作机制。

3、学习各类智能仪器的应用场景，了解其在工业、农业、医疗等领域的应用。

4、培养学生的实践操作能力，能够独立完成智能仪器的设计、制造和使用。

5、提高学生的创新能力，能够根据实际需求进行智能仪器的优化和改进。

三、教学内容1、智能仪器的基本原理及设计方法。

2、智能仪器的主要组成及工作机制。

3、智能仪器的制造过程，包括材料选择、制造工艺和检验标准。

4、智能仪器在工业、农业、医疗等领域的应用案例分析。

5、实践操作环节，包括智能仪器的设计、制造和使用。

6、创新设计环节，引导学生根据实际需求对智能仪器进行优化和改进。

四、教学方法1、采用多媒体教学，通过图片、视频和动画等多种形式展示智能仪器的结构和工作过程。

2、进行实例分析，结合实际案例讲解智能仪器的设计、制造和应用过程。

3、组织实践操作，让学生在动手实践中深入理解智能仪器的原理和操作方法。

4、鼓励创新设计，激发学生的创造性思维，提高他们的创新能力。

五、评估方式1、课堂表现，包括提问、回答问题和课堂讨论等。

2、作业和小组讨论，考察学生对智能仪器原理和应用的掌握情况。

3、期末考试，全面测试学生对智能仪器原理、设计和应用的理解和掌握程度。

六、教学资源1、教材及参考书：选用优秀的教材和参考书，提供充足的理论基础和实践指导。

2、软件和硬件：提供实验室和实验设备，包括各类智能仪器的原型和相关软件工具，供学生进行实践操作和创新设计。

3、网络资源：提供相关网站和在线资源，包括学术论文、研究报告和先进的技术资料，以拓宽学生的视野和深化学习内容。

《智能仪器》实验教学大纲实验类别：课内实验实验课程名称：智能仪器实验室名称：动态参数校准实验室实验课程编号：03050302总学时：8 学时学分：0.5适用专业：测控技术与仪器专业先修课程：数字电子技术基础模拟电子技术基础微机原理及接口技术 EDA技术一、实验在教学培养计划中地位、作用；智能仪器课程是一门实践性、应用性很强的课程，实验教学在整个教学过程中尤其重要。

在实践性教学环节中，我们始终坚持培养学生的知识的综合应用能力和开拓创新意识。

通过教学实践，不仅同学生传授知识，同时要教书育人，注意培养学生热爱社会主义祖国、热爱专业和遵纪守法的高尚品德，以及理论联系实际、刻苦学习的精神，培养严谨的科学态度。

二、实验内容、基本要求：实验一输入输出实验（ 2 学时）综合性实验内容1、从基本的数字电路设计开始，循序渐进，了解CPLD/FPGA设计的完整过程，同时也熟悉了实验箱的大部分功能，为后面的综合实验和有创意的开发作好准备。

2、通过简单的的2－4译码器、异或门等基本数字电路的设计，让学生掌握MAXPLUSⅡ软件的使用，掌握组合逻辑电路的设计方法；3、掌握组合逻辑电路的静态测试方法；4、掌握用VHDL语言设计组合逻辑电路的方法；基本要求：1、2输入异或门功能的仿真及功能验证。

在MAXPLUSⅡ软件在用原理图输入法或VHDL语言输入法对2输入异或门进行功能仿真，并烧写到实验箱内的主芯片Altera EPF10K10LC84-4，用按扭开关或拨码开关实现输入控制，用LED数码管实现结果的显示输出。

2、组合逻辑2-4译码器的设计、功能仿真及功能验证。

在MAXPLUSⅡ软件在用原理图输入法或VHDL语言输入法对2-4译码器进行功能仿真，并烧写到实验箱内的主芯片Altera EPF10K10LC84-4，用按扭开关或拨码开关实现输入控制，用LED数码管实现结果的显示输出。

此实验涵盖了可编程逻辑器件（如CPLD/FPGA）及应用、VHDL程序设计、可编程逻辑器件软件的使用三个知识点。

《智能仪器仪表》课程实验教学大纲课程名称：智能仪器仪表课程编码：060241003课程类别：专业课课程性质：必修适用专业：测控技术与仪器专业适用教学计划版本：2017课程总学时：48实验（上机）计划学时： 10开课单位：自动化与电气工程学院一、大纲编写依据1.测控技术与仪器专业2006版教学计划；2.测控技术与仪器专业《智能仪器仪表》理论教学大纲对实验环节的要求；3.近年来《智能仪器仪表》实验教学经验。

二、实验课程地位及相关课程的联系1.《智能仪器仪表》是测控技术与仪器专业重要的专业方向课程；2.本实验项目是《智能仪器仪表》课程综合知识的运用；3.本实验项目是理解智能仪表数据处理方法的基础；4.本实验以《微机原理及应用2》、《单片机原理与接口技术》为先修课。

5.本实验为毕业设计等有指导意义。

三、实验目的、任务和要求1.熟悉单片机开发系统的使用，了解仿真器的基本原理及功能；2.培养学生观察问题、分析问题和独立解决问题的能力；3.掌握采用查表法，线性插值法进行传感器非线性特性校正的软件设计，调试方法；4.熟悉S型热电偶查表法，插值法校正法表格的设计方法；5.熟悉S型热电偶查表法，插值法校正法程序的设计方法；6.培养正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果的能力以及正确书写实验报告的能力。

四、教学方法、教学形式、教学手段的特色重视学生的实际动手能力五、实验内容和学时分配实验一认识实验1、实验目的：（1）熟悉智能仪表的开发过程。

（2）掌握智能仪表试验台的硬件电路，工作原理和特性。

2、实验要求：（1）掌握编程器使用方法。

（2）读取MCU数据的方法。

（3）对实验操作过程中出现的进行分析和总结。

3、实验内容：（1）掌握键入、修改程序的操作（2）熟悉检查有关存储单元内容的方法；掌握程序运行及调试过程。

4、主要仪器设备及试剂：（据实选填）（1）名称·规格型号·数量·设备编号教学用传感器实验仪 10（2）名称·规格·数量·耗材性质实验开发板，电阻箱，并口电缆，14芯扁平电缆连接线万用表实验二A/D转换实验1、实验目的：（1）了解A/D转换的工作原理。

《智能仪器设计》课程教学大纲Design of intelligent Instrument一、课程教学目标1、任务和地位：没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进。

要测量就必须有正确的测量方法和先进的仪器仪表。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都不得发生了巨大变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测试仪器——智能仪器。

现在很多厂商、研究所以及高等院校都在研制开发各种智能化测量控制仪表，广大的仪表设计、生产和使用人员都不得迫切希望了解和掌握单片机在测量控制仪表中的应用技术。

为了跟上时代的步伐，本课程是测控专业学生必不可少的一门技术基础课。

2、知识要求：要求必须具备电路、电子仪器与测量技术、汇编原理及单片机原理的学习知识，通过本课程的学习为以后学生出去工作打下基础。

3、能力要求：系统地阐述基于单片机的智能化测量控制仪表的基本原理与设计方法，智能化测量控制仪表的人机接口、过程通道接口、串行和并行通讯接口、硬件和软件抗干扰技术、数据处理技术、仪表硬件及软件的设计方法。

通过课程设计加强学生综合知识的应用能力和设计动手能力。

二、教学内容的基本要求和学时分配2、具体要求：第一章绪论[目的要求]让学生了解智能化测量控制仪表的功能特点、智能化测量控制仪表的设计方法[教学内容]学习智能化测量控制仪表的基本与发展、智能化测量控制仪表的功能特点、智能化测量控制仪表的设计方法[重点难点]智能化测量控制仪表的功能特点[教学方法]板书，以教、学相结合来进行讲解。

[作业]课后复习思考题[课时]0.5学时第二章智能化测量控制仪表中专用微处理机[目的要求]让学生掌握MCS－51系列单片机的结构、MCS－51单片机的指令系统[教学内容]介绍了MCS－51系列单片机的特点、 MCS－51系列单片机的结构、CHMOS型单片机的节电工作方式、MCS－51单片机的指令系统[重点难点]MCS－51系列单片机的结构、CHMOS型单片机的节电工作方式、MCS －51单片机的指令系统[教学方法]板书，以教、学相结合来进行讲解。

智能仪器设计基础实验教学大纲一、制定本大纲的依据根据2006级测控技术与仪器专业培养计划和智能仪器设计基础课程教学大纲制定本实验教学大纲。

二、本实验课程的具体安排三、本实验课在该课程体系中的地位与作用智能仪器设计基础实验是智能仪器设计基础课程的重要组成部分, 属于学科基础实验范畴。

作为与相关教学内容配合的实践性教学环节, 应在智能仪器设计基础课教学过程中开设。

学生应具有微型计算机原理, 电子技术基础自动控制理论基础知识。

四、学生应达到的实验能力与标准智能仪器设计基础实验是本专业学生获得智能仪器知识及动手能力培养的开端, 要求学生通过本课程实验, 具备利用单片机技术解决实际控制问题的能力。

通过实验的训练, 使学生掌握智能仪器设计的基本方法和基本技能, 加深对智能仪器知识的理解, 掌握智能仪器设计方法。

五、讲授实验的基本理论与实验技术知识实验一基本运算程序设计1.实验的基本内容（1）顺序、分支、循环程序设计联系。

（2）比较程序设计。

（3）排序程序设计。

2.实验的基本要求（1）熟悉和掌握控制类程序的编写方法和设计技巧。

（2）初步进行程序调试和运行的练习。

3.实验的基本仪器设备计算机。

实验二定时器应用程序设计1.实验的基本内容编程使T0工作于定时方式, T1工作于计数方式, T1的外部计数脉冲由T0产生, 最后由T1产生方波通过P1.1输出（用发光二极管的闪烁来表示）。

P1.0接T1,P1.1接发光二极管。

2.实验的基本要求（1）理解MCS—51系列单片机定时器和计数器的概念和区别。

（2）掌握和熟悉单片机定时计数器的初始化编程。

（3）学会运用定时器的定时与计数设计方法。

3.实验的基本仪器设备和耗材计算机。

实验三A/D功能设计实验1.实验的基本内容利用0809做A/D转换实验, 通过电位器提供模拟量输入。

编制程序, 将模拟量转换成数字量, 通过发光二极管L1—L8显示。

2.实验的基本要求（1）掌握A/D转换与单片机的接口方法。

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。