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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△y n =| y n - y n-1 | 当≤3时，y n = y n 否则，y n = y n-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（x i ，y i ），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（x i ，y i ），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。
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。
《智能仪器》复习参考题及答案一、填空题1.在电子设备的抗干扰设计中，接地技术是一个重要环节，高频电路应选择（多）点接地，低频电路应选择（单）点接地。
2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘和（矩阵）式键盘，若系统需要4个按键，应采用（独立式）键盘结构。
大于8个时采用矩阵式键盘3.智能仪器的显示器件常用（LED ）数码管或液晶显示器，其中（LED数码管）更适合用于电池供电的便携式智能仪器。
4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、（放大器）、滤波器、（采样保持器）和A/D转换器等几个主要部分所组成。
5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源)、（传输或耦合的通道）和对干扰敏感的接收电路。
6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为：（传导）耦合、公共阻抗耦合、静电耦合和（电磁）耦合。
7.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（+5 ～+15 ）V, 逻辑“1”为（-5 ～-15 ）V。
8.智能仪器的随机误差越小，表明测量的（精确）度越高；系统误差越小，表明测量的（准确）度越高。
9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、（周期性）自检和键控自检三种方式。
10.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度（较慢），抗干扰能力（强）。
11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种：即利用（误差模型）、（校正数据表）或通过曲线拟合来修正系统误差。
12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、（隔离变压器）、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。
13.为减小随机误差对测量结果的影响，软件上常采用（算数平均）滤波法，当系统要求测量速度较高时，可采用（递推平均）滤波法。
14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成的（个人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。
15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、（显示器和键盘）、（模拟量I/O通道）、总线和接插件等的检查。
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、1．2.4mv2. 53. 1.6mv，9，0.36mv；4. 245．3.888KHz，20.4KHz；6. 207. 0.98四、1．传感器技术：信号检测是通过传感器实现的，为适应智能仪器发展的需要，各种新型传感器不断涌现。
A/D 等新器件的发展显著增强了仪器的功能与测量范围。
DSP 的广泛应用：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的智能仪器的结构并提高其相应的性能，极大地增强了智能仪器的信号处理能力。
ASIC 、FPGA ／CPLD 技术在智能仪器中的广泛使用：使仪器的可靠性、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，将分散的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的测试任务。
2．从整体到局部（自顶向下）的设计原则：这种设计原则的含义是，把复杂的、难处理的问题分为若干个较简单、容易处理的问题，然后在一个个地加以解决。
较高的性能价格比原则：在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，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的 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的余地；向系统的不同配套档次开放，为发挥各方面厂商的积极性创造条件；向用户不断变化的特殊要求开放，在服务上兼顾通用的基本设计和用户的专用要求等等。
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。
热插拔的关键技术在于电路接插件插、拔期间强电流的处理。
USB 在电缆以及接插件的设计上充分考虑了这一点，使得这个瞬时的强电流被安全地吸收，从而使 USB 设备实现了热插拔。
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。
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。
《智能仪器设计基础》试题及答案一、判断题（每题 2 分，共20 分）1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。
（2 ）2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。
（1）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。
（2）4. RS232 通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485 短。
（2）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。
（2）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。
（2）7. 智能仪器中的噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果。
( 1)8. 软件开发过程的三个典型阶段是定义、开发和测试。
（2）9. RAM 测试方法中，谷值检测法无法检测“ 粘连” 及“ 连桥” 故障。
（2 ）10.曲线拟合要求y=f（x ）的曲线通过所有离散点（x i ，y i ）。
（2）二、选择题（每题 2 分，共20 分）1. 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:(b )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:(b )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( b )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. 采样保持器的作用是( c )A. 提高系统的采样速率B. 保持系统的数据稳定C. 保证在A/D转换期间ADC前的模拟信号保持不变D. 使A/D 转换器前信号能跟上模拟信号的变化5. 采集数据中含有脉冲性干扰，信号为直流，则应选择( d )滤波算法。
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）智能仪器的特点错误!操作自动化错误!具有自测功能错误!具有数据分析和处理功能错误!具有友好的人机对话功能错误!具有可程控操作能力2。
1常见的A/D转换器有哪几种类型？其特点是什么?答: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：错误!转换速度快，随着转换位数的增加,所需的硬件个数多错误!精度、速度、和价格均适中,抗干扰能力差错误!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2。
4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。
答:（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:错误!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、体积功耗大错误!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2。
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4.1为什么要消除键盘抖动？消除键盘抖动的方法？实现的原理是什么?答：因为抖动可能导致计算机将一次按键操作误判多次操作。
方法一:硬件去抖动，利用RS触发器的互锁功能去抖动,可以得到理想的按键输出波形．方法二:软件延时去抖动，通过CPU首次检测到按键按下或松开信息时,延时一段时间，从而躲过抖动期，等待按键稳定后，ＣPＵ再次检测,确定按键的状态。
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）多种输岀形式（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？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PSEN为片外程序存储器的读选通信号，而RD和WR■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。
它们各自的中断服务程序入口地址见下表。
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：首先用定时器定时一个时间，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岀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）每个通道有独自的放大器、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要求不高的数据采集系统。
