智能仪器简答题

智能仪器简答题1、为什么目前智能仪器主机电路大多数采用单片机？选择单片机时应主要考虑哪些因素？单片机性能增强、体现在指令执行速度有很大提升；单片机集成了大容量片上flash 存储器，并实现了ISP和IAP，单片机在低电压、低功耗、低价位、LPC方面有很大进步；单片机采用了数字模拟混合集成技术，将A/D、D/A、锁相环以及USB、CAN总线接口等都集成到单片机中，大大地减少片外附加器件的数目，进一步提高了系统可靠性能。

单片机的选择要从价格、字长、输入/输出的执行速度、编程的灵活性、寻址能力、中断功能、直接存储器访问（DMA）能力、配套的外围电路芯片是否丰富以及相应的并发系统是否具备等多方面进行综合考虑。

2、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？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）和隔离其内部故障的设计特性。

智能仪器设计中引入可测试性设计的优点1．提高故障检测的覆盖率；2．缩短仪器的测试时间；3．可以对仪器进行层次化的逐级测试：芯片级、板级、系统级；4．降低仪器的维护费用；缺点：1．额外的软/硬件成本；2．系统设计时间增加。

3、简述USB既插既用机制实现的原理。

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。

系统设备的自动识别是通过在 USB 主机或 Hub 的下行端口信号线上接有下拉电阻和在设备端的信号线上连接上拉电阻来实现的。

既当 USB 主机或 Hub 的下行端口处于断开状态时，信号线电平将恒为 0 。

当 USB 设备连接上的瞬间，会造成 USB 主机或 Hub 端信号线的上冲，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、A/D转换器与D/A转换器分别有哪些主要技术指标？分辨率和转换精度这两个技术指标有什么区别和联系。

A/D转换器技术指标：1.分辨率与量化误差；2.转换精度；3.转换速度；4.满刻度范围。

D/A转换器技术指标：1.分辨；2.转换精度；3.转换时间；4尖峰误差。

分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标;转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。

5、在为一个数据采集系统选择微机时，主要考虑哪些因素？（1）系统的通过速率，即系统速率、传输速率、采样速率或吞吐速率（单位时间内系统对模拟信号的采集次数）。

（2）、系统的分辨率，即数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量。

（3）、系统的精度，当系统工作在额定速率下，系统采集的数值和实际值的差尽量要小。

6、智能仪器和传统仪器相比有何特点？与传统仪器仪表相比，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、电磁流量计量程选择、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。

智能仪表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，电磁流量计现在可以用软件非常灵活地加以解决。

例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。

④具有友好的人机对话能力。

智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，电磁流量计操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。

与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。

⑤具有可程控操作能力。

一般智能仪器都配有GPIB、RS232C、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。

7、键盘有哪几种组成方式？各自有何特点？按键去抖有哪几种方法？键盘的组成方式及特点(1)非编码键盘包括独立连接式非编码健盘(结构简单，但当健数较多时,就要占用多个接口)和矩阵式非编码键盘(可以减少键盘接口)。

非编码键盘处理软件复杂,硬件简单。

(2)编码键盘由硬件来识别键闭合、释放状态，由硬件消除键抖动影响以及实现-些保护措施的方法,可以节省CPU相当多的时间。

这种键盘处理软件简单,但硬件较复杂。

(3)按键去抖动的方法：硬件方法和软件方法。

通常在键的个数较少时可采取硬件措施,即用R-S触发器或单稳态电路来消除按键抖动。

键数较多时，常用软件反弹跳，及采用软件延时法。

8、什么是系统误差？有哪几种类型？简要说明系统误差与随机误差的区别？（1）、系统误差是只在相同条件下,多次测量同一星时其大小和符号保持不变或按定规律变化的误差。

（2）、类型：分为恒定系统误差和变化系统误差。

（3）、系统误差与随机误差的根本区别:系统误差不能依靠概率统计方法消除,可掌握、控制、消除,具有规律性,产生在测量开始之前,与测量次数无关。

随机误差不能掌握、控制、消除,具有随机性,产生在测量过程中,与测量次数有关。

9、什么是VISA？VISA有什么特点？VISA是虚拟仪器软件结构 ( Virtual Instrument Software Architectuere )的简称,是由VXI plug&play系统联盟所统一制定的I/O接口软件标准及其相关规范的总称。

一般称这个I/O函数库为VISA库(用于仪器编程的标准1O函数库)。

VISA函数库驻留于计算机系统中, 是计算机与仪器之间的标准软件通信接口,用以实现对仪器的控制10、智能仪器的分辨率和转换精度有何区别？分辨率和转换精度是两个根本不同的概念。

转换精度取决于构成转换器的各个部件的误差和稳定性，而分辨率取决于转换器的位数。

11、可靠率、失效率是如何定义的？仪器失效率符合什么样的规律？（1）、可靠率：是指在规定条件下和规定时间内仪器完成所规定的任务的成功率。

（2）、失效率：优势也称瞬时失效率或故障率，是指仪器运行到时刻后单位时间内发生故障的仪器台数与时刻完好仪器台数之比。

仪器系统失效率曲线（新浴盆曲线）12、为什么要在数据采集系统中使用测量放大和采样保持？（1）、测量放大：在数据采集系统中，来自传感器的模拟信号通常很微弱，远小于一般运算放大器的输入失调电压和温漂电压。

因此这些信号不能用一般运放进行放大，而必须用低温漂、低失调电压高稳定增益且抗共模干扰能力强的测量放大器进行放大。

（2）、采样保持：防止在A/D转换之前信号就发生变化，致使A/D转换的结果出错。

13、简述系统非线性误差校正的思路与方法。

（1）、思路:采用各种非线性校正算法(校正函数法、线性插值法、曲线拟合法等)从仪器数据采集系统输出的与被测量呈非线性关系的数字量中提取与之相对应的被测量。

（2）、方法:校正函数法、代数插值法(线性插值、抛物线插值、分段插值)、曲线拟合(连续函数拟合、分段拟合)14、MCS-51单片机内部包括哪些主要逻辑功能部件？(1)、1个8位的微处理器CPU。

(2)、8KB的片内程序存储器Flash ROM（51子系列的Flash ROM为4KB），用于烧录运行的程序、常数数据。

(3)、256B的片内数据存储器RAM(51子系列的RAM为128B)，在程序运行时可以随时写入数据和读出，用于存放函数相互传递的数据、接收的外部数据、中间结果、最后结果以及显示的数据等。

(4)、3个16位的定时器/计数器(51子系列仅有2个定时器)，每个定时器/计数器可以设置为计数方式，用于对外部事件信号进行计数，也可以设置为定时方式，满足各种定时要求。

(5)、有一个管理6个中断源(51子系列1是5个中断源)、两个优先级的中断控制器。

(6)、4个8位并行I/O端，每个端口既可以用作输入，也可以用于输出。

(7)、一个全双工的UART(通用异步接收发送器)串行I/O口，用于单片机之间的串行通信，或者单片机与PC机、其它设备、其它芯片之间的串行通信。

(8)、片内振荡电路和时钟发生器，只需外面接上一晶振或输入振荡信号就可产生单片机所需要的各种时钟信号。

(9)、有一个可寻址64KB外部数据存储器、还可以寻址64KB外部程序存储器的三总线的控制电路。

15、简述无线数据传输的原理及特点。

（无线数据传输可分为公网数据传输和专网数据传输。

）16、For循环和While循环的区别是什么？使用中他们各自适用于什么场合？(1)、For循环规定s循环次数,其条件选择是根据计数器计数次数是否达到循环次数而决定结束循环的条件。

(2)、While循环不规定循环次数,其条件选择是根据选择器端子的条件是否得以满足而决定结束循环的条件。

(3)、For循环适合于有限次数的循环操作,而While循环适合于根据程序运行过程中逻辑关系或在程序执行中人为地决定循环次数。

17、什么是仪器的干扰和抑制？抑制的任务和手段是什么？（1）、干扰：相对有用信号而言,只有噪声达到定数值、它和有用信号一起进入智能仪器并影响其正常工作,才能形成干扰。

（2）、抑制：消除或减少干扰。

（3）、抑制的任务:从根本上消除或减少干扰、抑制电磁干扰源、切断电磁干扰耦合途径、降低电磁敏感装置的敏感性。

（4）、抑制的手段:屏蔽、接地、浮置、对称电路、隔离技术、滤波、脉冲电路的噪声抑制。

18、什么叫虚拟仪器？虚拟仪器相对于传统仪器的优势有哪些？(1)、虚拟仪器：是一种以计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的。

并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义的计算机仪器。

(2)优势：a、提出“软件就是仪器”的概念,由软件替代硬件;b、仪器的功能由用户限据需要用软件来决定，具有由软件实现的多功能;c、利用计算机的功能，实现信号的分析处理、显示存储和打印等 ;d、灵活、开放，可通过网络与其他设备互联;e、技术更新周期短。

19、画出仅用51单片机一个I/O实现4*4矩阵式键盘的线反转识键的硬件原理图，并说明其工作原理。