智能仪器的组成及特点-精

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。

智能仪表的构成要素摘要：由于计算机、微电子和通信技术的发展，传统的仪器仪表已经被更加智能的仪表所慢慢取代。

单片机、dsp、嵌入式系统的广泛应用为智能仪表的设计提供了更多新的方案，智能仪表已经成为现代监测系统中重要的工具。

本文主要阐述了智能仪表的发展历史与现状，并对智能仪表的软硬件构成进行了简要分析。

关键词：智能仪表监测系统1、智能仪器仪表的发展和现状智能仪器是计算机技术和测控技术相结合的产物，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，因此被称为智能仪器。

近年来，智能仪器已经开始从较为成熟的数据处理向知识处理方向发展。

智能仪器仪表在模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器信息融合、数据挖掘、知识发现、人工智能、计算智能、机件寿命预测、灾害信息辨识等方面发挥着越来越重要的作用。

自从1971年第一种微处理器出现以来，仪器仪表大致经过了模拟化、数字化、智能化和虚拟化四个发展阶段。

模拟式仪器被称为第一代，大量指针式电压表、电流表、功率表以及一些通用的测试仪器均是典型的模拟式仪器，模拟式仪器功能简单、精度低、响应速度慢。

第二代是数字式仪器，它的基本特点是将待测的模拟信号转换成数字信号进行测量，测量结果以数字形式输出显示并向外发送。

数字式万用表、数字式频率计等均是典型的数字式仪器，数字式仪器精度高、响应速度快，读书清晰、直观，测量结果可打印输出，也容易与计算机技术相结合，并且使用于遥测和遥控等远距离传输。

20世纪70年代后，随着微处理器的广泛应用，出现了完全突破传统概念的新一代仪器，即目前比较流行的智能仪器。

智能仪器仪表不仅能完成某些测量任务，还能进行各种复杂的数据运算处理，且能适应被测参数的变化，进行自动补偿，自动选择量程、自动校准、自寻故障、自动进行指标判断与分选以及进行逻辑操作、定量控制与程序控制等工作。

随着新型单片机和大规模可编程集成器件的出现，新研制生产的智能仪器仪表不断产生，并且正在逐渐取代传统的仪器仪表。

智能仪器及其特点1、智能仪器概述随着微电子技术的不断发展，以及超大规模集成电路芯片(即单片机)的出现，智能仪器得到了迅速发展。

智能仪器以微处理器或单片机为核心，具有信息采集、显示、处理、传输以及优化检测与控制等多种功能：有些甚至还具有专家推断、逻辑分析与决策的能力。

智能仪器的出现，极大地扩充了常规仪器的应用范围。

由于智能仪器一开始就显示它强大的生命力，目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向。

并对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学试验等产生了极其深远的影响。

2、智能仪器的组成智能仪器主要由硬件和软件两部分组成。

(1)硬件硬件主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机接口和标准通信接口电路等，如图1所示。

主机电路通常由微处理器、程序存储器以及输入输出I/O接口电路等组成，有时，主机电路本身就是个单片机。

主机电路主要用于存储程序与数据，进行系列的运算和处理，并参与各种功能控制。

模拟量输入输出通道主要由A/D转换器，D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。

主要用于输入和输出模拟信号，实现模数与数模转换。

人机接口主要由仪器而板上的键盘和显示器等组成,用来建立操作者与仪器之间的联系。

标准通信接口使仪器可以接受计算机的程控命令，用来实现仪器与计算机的联系。

一般情况下，智能仪器都配有GPIB等标准通信接口。

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)软件软件即程序，主要包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三大部分。

监控程序而向仪器而板和显示器，负责完成如下工作:通过键盘操作，输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数：通过控制I/O接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置：对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理：以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。

接口管理程序主要而向通信接口，负责接收并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并根据通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果以及向应计算机远程控制命令。

智能仪器的工作原理及特点智能的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。

智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。

1.智能仪器的工作原理传感器拾取被测参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.智能仪器的功能特点随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片（即单片机）出现了。

以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。

与传统相比，智能仪器具有以下功能特点：①操作自动化。

仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。

②具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。

智能能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。

这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。

③具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。

智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。

1、智能仪器的优点①使用键盘代替传统仪器中旋转式获琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。

②微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。

③智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便的实现量程自动切换，自动调零，触发电平自动调整，自动校准，自诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。

④智能仪器具有友好的人机对话的能力，使用人员只通过键盘打入命令。

⑤智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。

2 三线挂钩原理：在GP-IB系统中，每传递一个数据字节信息，不管是仪器消息还是接口消息，源方与受方之间都要进行一次三线挂钩过程。

①听者使NRFD 呈高电平，表示做好接受准备。

②三条数据挂钩联络线（DAV数据有效线，NRFD数据未就绪线,NDAC数据未收到线），其作用是控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确、有节奏的传输信息。

③5条借口管理控制线，其作用是控制BP-IP总线接口3.电子计数器有通用计数器和专用计数器之分，组成原理：a 频率测量原理，b 周期测量原理， c 时间间隔TA-B测量原理4.典型智能DMM介绍是数据多用表5.RLC主要有电桥法、谐振法和伏安法6.键盘按其工作原理可分为编码式和非编码式键盘7.中值滤波FLT10: MOV A,R2CLR C,R3SUBB A,R3JC FLT11MOV A,R2XCH A,R3MOV R2，AFLT11: MOV A,R3CLR CSUBB A,R4JC FLT12MOV A,R4XCH A,R3XCH A,R4MOV R2，ACLR CSUBB A,R2JC FLT12MOV A,R2MOV R3，AFLT12： RET8.键盘常用工作方式：编码扫描工作方式、中断工作方式和定时扫描方式9.键抖动的处理：1）硬件电路消除法，可利用RS触发器来吸收按键的抖动，2）软件延时法，当判断按键按下时，用软件时10ms-20ms，等待按键稳定后重新再判一次，以躲过触点抖动。

1、智能仪器的发展趋势（1）微型化（2）多功能化（3）人工智能化（4）网络化2、智能仪器的分类、组成和特点（1）从发展应用的角度看，智能仪器系统分为微机内嵌和微机扩展两大类。

（2）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。

（3）智能仪器的特点○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具有友好的人机对话功能○5具有可程控操作能力3、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与测量技术相结合的产物，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储存、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。

特点：操作自动化、具有自测功能、具有数据分析和处理功能、具有友好的人机对话功能、具有可程控操作能力、除此之外，智能仪器还能通过自学学会处理更多、更复杂的程序。

4、智能仪器的作用数据采集、数据处理、数据传输。

5、常见的A/D转换器有哪几种类型？其特点是什么？类型（1）并联比较型A/D转换器（2）逐次逼近型A/D转换器（3）双积分型A/D转换器（4）￡-△调制型A/D转换器特点：○1转换速度快，随着转换位数的增加，所需的硬件个数多○2精度、速度、和价格均适中，抗干扰能力差○3精度高、抗干扰性好价格低廉，转换速度较慢○4具有积分式与逐次式的双重优点，以很低的采样分辨率和很高的采样频率将模拟信号数字化6、模拟量输出通道有哪几种基本机构？试说明其特点和使用场合。

（1）单通道结构：只有一路信号输入，常用于频率较高的模拟信号的A/D转换。

（2）多通道结构：○1多通道并行结构：常用于模拟信号频率很高且各路必须同步采样的高转换速率系统，速度快、成本高、体积功耗大○2多通道共享结构：适合对转换要求不高的系统。

通道速度慢，元件开销少7、在设计智能仪器时，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么？答：（1）通道数量（2）泄漏电流（3）导通电阻（4）开关速度8.传感器的性能指标（1）线性范围，（2）精度，（3）灵敏度，（4）稳定性，（5）频率响应特性9、隔离放大器种类光电耦合隔离放大器、变压器耦合隔离放大器、电容耦合隔离放大器10、A/D转换器的主要技术指标（1）A/D转换器的转换精度（分辨率和量化误差、转换误差）（2）A/D转换器的转换速度（3）满量程输入范围11、A/D转换器的控制方式根据A/D转换器与微处理器的连接方式及智能仪器要求的不同，常有程序查询方式、延时等待方式和中断方式。

1、什么是智能仪器？它有什么特点?以微处理器为核心，将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能,具有一定的智能作用。

测量范围宽、精度高、稳定性好.智能仪器一般均配有GP—IB（或RS—232C、RS—485）等通信接口，可跟另外的智能仪器组成智能仪器系统。

2、按智能仪器的结构可将智能仪器分为哪两类？微机内嵌（内藏）式微机扩展式3、什么叫做微机内嵌式智能仪器？什么叫做微机扩展式智能仪器？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。

利用微机强大的功能完成信号调理、A/D转换、数字处理、数据存储、显示、打印、通信等各项任务。

将原智能仪器中测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡，插入到PC机的总线插槽或扩展槽内，而原有智能仪器所需的键盘、显示器以及存储卡等均能借助于PC机资源（也就是利用微机的硬件、软件资源完成数据分析和显示)给使用者的感觉是一个微机系统。

4、什么叫做个人仪器？其组成方式怎样?个人仪器(Personal Computer Instrumen t，PCI)亦称PC仪器，是以个人计算机为基础的仪器，其组成方法是，将原独立式智能仪器中的测量部分制作成仪器卡，插入PC的总线插槽，而原独立式智能仪器所需的键盘、显示器及存储器等均借助于PC的资源。

5、什么是虚拟仪器？它能实现什么功能?虚拟仪器是指在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一种计算机仪器系统.虚拟仪器的三大功能为数据采集、数据分析处理、显示结果6、虚拟仪器的三大功能模块分别是什么？计算机、仪器模块和软件7、LabVIEW的基本程序单位是什么？它包括哪几部分？8、什么是网络化仪器?在智能仪器中将TCP/IP协议等作为一种嵌入式应用，使测量过程中的控制指令和测量数据以TCP/IP方式传送，使智能仪器可以接入Internet，构成分布式远程测控系统。

智能仪器仪表技术及其应用智能仪器仪表技术是指采用先进的电气、电子、计算机和通信技术，将传感器、调节元件、电控制器、信号处理器等组成一个完整的系统，能自动测量、控制、调节、调试和评价，具有高精度、高速度、高可靠度、多功能、网络化等优点的一系列系统。

随着现代科技的发展，智能仪器仪表已广泛应用于各个领域，如工业自动化、航空航天、汽车制造、电力电子、机器人技术以及环保科技等领域。

智能仪器仪表技术的主要特点：（1）高灵敏度：智能仪器仪表具有高精度、高分辨率、高灵敏度等特点，能够对微弱的现象进行检测和测量，在复杂的环境条件下也能够保持高度的稳定性。

（2）高速度：智能仪器仪表具有高速响应和处理能力，速度快、实时性强，能够满足高速运动控制、高频测量等有迫切需要的应用。

（3）多功能：智能仪器仪表的功能非常多样化，能够实现各种测量、控制、调节、检测等任务，为各种工业制造领域提供了很大的便利。

（4）高可靠性：智能仪器仪表具有高度的稳定性和可靠性，能够在恶劣的环境条件下，长时间稳定工作，具备了工业现场良好的适应性。

（5）网络化：智能仪器仪表可以通过计算机和互联网等各种网络方式进行数据交换和通讯，可以实现智能化的综合管理，从而提高了生产效率和精度。

智能仪器仪表技术的应用：（1）汽车行业：智能仪器仪表在汽车制造业中具有广泛应用，例如发动机控制系统、气缸压力监测系统等，可以提高汽车的性能、可靠性和安全性。

（2）电力电子：智能仪器仪表在电力电子领域中主要应用于变频器、电力电子控制器等方面，可以提高设备运行效率、可靠性和安全性。

（3）环保科技：智能仪器仪表在环保科技领域中主要应用于传感、监测、控制等方面，可以监测环境质量、控制污染源以及保护生态环境。

（4）工业自动化：智能仪器仪表在工业自动化中广泛应用，控制各种自动化设备，为各种工业制造环境提供智能化的测量、控制和评估手段，能够提高工业制造过程的效率和质量。

总之，随着科学技术的不断发展，智能仪器仪表技术得到不断的改进和优化，应用范围也不断拓展，具有广泛的应用前景和市场需求。

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。

1.什么是智能仪器？它的通用组成结构及框图（P4图1.1）智能仪器是计算机技术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。

2.什么是仪用放大器的组成形式及特点？应如何选用？放大倍数如何计算？ （P17，图2.13） 仪用放大器是指用来放大传感器输出的微弱电压或电流信号的放大器。

特点：1、电阻对称，增益可调2、共模电压，飘移，失调电压均在RP 两端自动消除，不产生影响，具有高共模抑制能力应选用输入阻抗和共模抑制比高，误差小，稳定性好的。

放大倍数：G= 35121R R R R G ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+- 3.什么是隔离放大电路？就一种隔离方式简述其工作原理。

隔离放大电路是指电源、输入放大器及输出放大器没有公共端，即不共地。

光耦合隔离放大电路的基本原理如图所示，它是通过中间的一个光电隔离器将输入与输出放大器隔开的，这样可提高抗干扰能力。

4．开关量信号的特点和作用。

开关量信号是指只有开关、通、断高和低两种状态的信号，可以用二进制0和1表示。

特点：①相对于模拟信号——信号的大小、方向在时间上是连续变化的②相对于模拟信号它具有较强的抗干扰能力。

作用：开关量输入输出部分是智能仪器与外设的联系部分，智能仪器通过接受外部设备的输入开关量和向外部设备发送开关量信号，实现对外部设备的检测、识别和对外部执行元器件的驱动和控制。

5.在设计智能仪器选择采样保持器时，主要考虑哪些因素？一个带有采样保持器的系统是否可以无限制提高其采样频率？为什么？1、捕捉时间2、孔径时间3、孔径不定时间：孔径变化范围。

4、孔径误差5、保持电压的下降速度 不可以，每个采样值转换成数字量都要一定的时间频率越高，速度也就相应要越快了。

6.请利用DAC0832 D/A 转换器、LM311高速电压比较（用法可看参考书）和89C51 构成一个8位逐次逼近式A/D 转换器。

首先由用单片机p0.0~p0.7给出数80H 输出到0832,的D0~D7.。