高三物理第一轮复习教案

11. 阐述微机在智能测控系统中的核心作用。 .12. 在设计智能检测/控制单元时，你会根据那些因素去选择一款微型计算机芯片？ .13. 解释传感器的灵敏度、重复性、稳定性。 .14. 涡流传感器什么原理，检测什么物理量？ .15. 传感器的技术指标用哪些参数表示？ .16. 对于线性传感器，通过零位和满刻度标定可以确定输入输出之间的关系，其数学关系如何? .17. 电阻应变片是一种常用的力学量敏感元件，举例说明其信号调理电路。 .18. 简述磁致伸缩式位移传感器的原理和特点。 .29. 多普勒效应可用于速度、流速等变量的检测，简述其原理。 .210. 说明半导体霍尔效应，霍尔元件有哪些用途？ .211. 半导体集成电路温度传感器的测温范围和测温精度一般为多少？输出形式有哪几种？ .212. 可编程增益放大器（PGA）是如何实现增益控制的？ .213. 模拟隔离放大器原理？其作用是什么？ .214. 集成有源低通滤波器通过调节什么参数改变截止频率？ .215. 平衡传输（对称传输）有什么好处?如何用变压器耦合实现平衡传输? .216. 非接触式测温采用什么传感器，其原理怎样？ .317. 说明质量流量计的原理。 .318. 光纤布拉格光栅传感器有哪些优点？ .319. 集成运算放大器的精度由哪些技术参数反映？速度由哪些技术参数反映？ .320. 根据传递函数，低通滤波器有哪些种类？各有何特点？请图示。 .421. 集成开关电容滤波器如何调节截止频率？ .522. 采用 420mA 电流信号来传输传感器输出信号的优点是什么？ .523. 何为电磁兼容性（EMC）？何为电磁干扰（ EMI）及电磁耐受性（EMS）？ .524. 什么场合需要 V/F 转换？可用什么器件？其工作原理。 .525. 电容性耦合干扰怎么产生的？如何抑制？ .626. 互感耦合干扰怎么产生的？如何抑制？ .627. 共阻耦合有哪几种形式？如何抑制？ .628. 在印刷电路板排版时，哪些地方需要加去耦电容？ .629. 为了滤除电源中来自电网的干扰，可以采用哪些办法？ .630. AD 转换器的主要性能指标？ .631. A/D 转换器有何特点？ .732. 说明分级式 AD 转换器的原理。 .733. 高速 AD 转换器芯片有什么特点？ .734. 分析归纳高速 AD 转换器的特点及使用方法。 .735. 说明什么是瞬时浮电放大器？ .736. 怎样将数据采集系统与计算机系统隔离？ .837. 在接口电路设计中有时会使用 PLD 器件，请问该类器件有何优点？(网上习题找到的) .938. 与早期 8 位单片机相比，现在的 8 位单片机在哪些方面有所发展？ .939. 单片机点对点之间采用 RS232 进行通信，画出连接示意图。 .940. I2C 是一种什么总线？用 I2C 总线进行单片机的外设扩展，请画出结构示意图。 .941. C8051F12X 系列单片机是一种混合式片上系统，它有哪些数字外设和模拟外设？ .942. 与 MCS-51 单片机相比，PIC 单片机在技术性能上有何特点？ .1043. 与传统 8031 单片机相比，现代单片机在内部外设资源上有哪些扩展？有哪些特点？（模拟、数字） .1044. 计算机的数字输入输出通道中为何经常采样光电隔离技术？ .1045. 用单片机的端口控制一个继电器动作，试画出一个示例。 .1046. 单片机与单片机之间的串行通信一般采样哪几种电气接口？ .1047. 单片机系统为何有时需要总线驱动？ .1148. 用一个示例说明单片机与 PC 机之间串行通信的接口。 .1149. TI 公司的 DSP 有哪三大平台？各有何特点？ .11250. TMS320F2812 有哪些片内外设？ .1151. TMS320F2812 中的 AD 转换器性能如何？有何主要特点？ .1152. TMS320F2812 的寻址方式，如何进行外部存储器扩展？ .1253. TMS320F2812 中 SCI 有哪几种多机通信模式？各有何特点？ .1254. 利用 TMS3202SX 系列的片内资源构建 DSP 的多机通信，有哪几种实现方式？各有何特点？ .1355. 常用的工控机 I/O 接口模板有哪些种类？ .1356. 在 PC 总线上扩展多路 DA 输出，请画出一种接口框图。 .1357. 常用的 PC 局部总线有哪几种？ .1458. 工控机系统的基本通信方法有哪几种？ .1459. 工控机软件有哪些类型？ .1460. 建立工控机测控系统的基本步骤。 .1461. DCS 系统有哪几种类型？ .1462. 什么是组态软件？它有哪些功能？ .1463. 采用工控机设计测控系统有何优点？ .1564. 嵌入式系统的特点？ .1565. ARM 微处理器有哪些产品系列？各系列又包括哪些种类？ .1566. 有哪几种常用的嵌入式实时操作系统？各自特点 .1567. 与工控机相比，嵌入式控制器具有哪些优点？ .1568. 画出一种基于 ARM7 构架的嵌入式系统体系结构。 .1569. 设计智能测控系统时，单片机、DSP、嵌入式微处理器、工控机各应用在何种场合？ .1670. 什么是现场总线？有何特点？ .1671. 现场总线控制系统（FCS）的作用和影响？ .1672. 列举一些常用的现场总线标准。 .1673. FF 总线采用曼彻斯特编码技术，它是如何编码的？ .1774. CAN 有哪些主要特性？ .1775. CAN 通信协议中有哪几种帧类型？各自的作用是什么？ .1776. CAN 总线系统设计时可采用什么类型的芯片？ .1777. TMS320F2812CAN 模块的主要特点 .1778. 简述 PLC 的特点和发展趋势。 .1879. PLC 由哪些组成部分？ .1880. PLC 的工作分为哪几个过程？ .1981. 简述 PLC 控制系统的设计步骤。 .1982. USB 接口的开发流程 .1983. USB 传输有哪四种类型？分别作何应用？ .2084. USB 控制器芯片有哪三种？ .2085. 何为固件？它完成什么任务？ .203简述题：1. 阐述微机在智能测控系统中的核心作用。智能测控系统定义：以计算机为核心，将信号检测、数据处理与计算机控制融为一体的新型综合性检测和(或)控制系统。它可以在不改变系统硬件的情况下，主要依靠软件就能根据客观需要完成多种功能及任务。微机通过软件整合系统硬件资源，完成感知信息的储存和处理、知识的接受和推理、控制的决策和规划等。所以，智能测控系统是以计算机为核心的检测和(或) 控制系统。2. 在设计智能检测/控制单元时，你会根据那些因素去选择一款微型计算机芯片？答：(1)芯片的性能指标；（2）芯片的使用环境；（3）使用方便性；（ 4）维护方便性；（5）成本及其它。3. 解释传感器的灵敏度、重复性、稳定性。答：灵敏度：输出量增量与输入量增量之比；稳定性：相当长时间内保持其性能的能力；重复性：在同一测试条件下，所测得的特性曲线的一致程度。4. 涡流传感器什么原理，检测什么物理量？答：若将金属导体放置在磁场中，当通过金属导体的磁通发生变化，导体内就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，就像水中漩涡那样在导体内转圈，故称之为涡流或电涡流。电涡流的产生必然会消耗一部分的能量，从而使产生磁场的电圈阻抗发生变化，这种现象称之为涡流效应。电涡流式传感器就是利用涡流效应，将非电量转化为阻抗的变化来进行测量的。电涡流传感器可以实现非接触地测量表面为金属导体的多种物理量，如位移，振动，厚度，转速，表面温度，电解质浓度，应力，硬度等参数，还可以用于无损探伤。5. 传感器的技术指标用哪些参数表示？传感器的静态特性1 线性度：输入输出曲线与拟合直线之间的偏差。 2 回差（滞后）：输入量增大与减小过程中，输入输出曲线的不重合。 3 重复性：在同一测试条件下，所测得的特性曲线的一致程度。 4 灵敏度：输出量增量与输入量增量之比。 5 分辨率：能检测出的最小输入变化量。 6 阈值（死区）：能产生输出的最小输入量。 7 稳定性：相当长时间内保持其性能的能力。 8 漂移：零点和灵敏度随时间和温度的缓慢变化。 9 静态综合精度：在测量范围内任一点的输出值相对其理论值的偏离程度。 传感器的动态阶跃响应特性1 时间常数：输出值上升至稳态值 63.2%所需时间。 2 上升时间：输出值由稳态值 10%上升至 90%所需时间。 3 响应时间：输出值达到允许范围以内所需时间。 4 超调量：响应曲线第一次超出稳态值之峰值。 5 衰减率：相邻两个波峰高度下降的百分比。 6 稳态误差：稳态输出值与目标值之偏差。传感器的频率响应特性1 频响范围：-3dB 所对应的频带。 2 固有频率：二阶系统的特征参数。 3 阻尼比：二阶系统的特征参数。6. 对于线性传感器，通过零位和满刻度标定可以确定输入输出之间的关系，其数学关系如何?输出=满刻度标定/最大输入* 输入7. 电阻应变片是一种常用的力学量敏感元件，举例说明其信号调理电路。4直流电桥欲使输出电压为零， 即电桥平衡， 应满足 R1324当各桥臂电阻均发生不同程度的微小变化 R1、R2、R3 和 R4 时，电桥就失去平衡，此时输出电压 由于 RR，忽略分母中的 R 项和分子中 R 的高次项，对于最常用的全等臂电桥， 上式可写为8. 简述磁致伸缩式位移传感器的原理和特点。原理：磁致伸缩线性位移传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环组成。工作时，由电子仓内的电子电路产生一起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁环中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两脉冲之间的时间差，即可精确测出被测的位移。特点：非接触式测量、高精度、高重复性测量、绝对量输出，重启无须重归零位、可同时测量多位置量、性能稳定可靠、承压性能好、高分辨率，响应时间快，坚固防震，持久耐用，价格比同类型位移传感器稍高。9. 多普勒效应可用于速度、流速等变量的检测，简述其原理。测速度原理：多普勒效应（多普勒频移）：某一个声源（超声波）发出声波被另一个接收体接收并反射该声源相接收体是移动，接收体接收到声波频率将会与声源发射频率有差异两个物体之间相对距离是减少，接收频率会增加，两个物体之间相对距离是增加，接收频率就减小，这样多普勒效应日常生活中经常会发生 当你听到迎面开来一列火车气笛声一辆警车警报声（一个声源） ，声音会显频率较高；而当火车警车离你远去时，则听到声音会变成较低声音，根据音频率与两物体之间的距离变化的关系，可以测出物体的速度。同样在水中，频移与物体间距离即流速有关，根据频移的变化情况则可测得流速，超声波的传播还会受到水温的影响。10. 说明半导体霍尔效应，霍尔元件有哪些用途？答：将一载流导体放在磁场中，若磁场方向与电流方向正交，则在于磁场和电流两者垂直的方向上将会出现横向电动势，这一现象称为霍尔电动势。用途：将霍尔敏感元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等集成于一个芯片上构成霍尔传感器，可以用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量。11. 半导体集成电路温度传感器的测温范围和测温精度一般为多少？输出形式有哪几种？-55-125 电压型：10mV 电流型: 1 A 数字型:10 位 电压型，电流型，数字型12. 可编程增益放大器（PGA）是如何实现增益控制的？答：PGA 由通用运放和电阻开关网络组成，多路开关控制电阻网络，是接入电路的阻值不同，因此通过编程逻辑控制中的多路模拟开关来改变 PGA 的反馈电阻进而改变放大倍数。13. 模拟隔离放大器原理？其作用是什么？答：隔离放大器是一种输入电路和输出电路之间电气隔离的放大器。作用：对模拟信号进行隔离，并按照一定比例放大。在这个隔离和放大的过程中，要保证输出信号失真小，线性度、精度、带宽、隔离耐压等参数达到使用要求。对被测对象和数据采集系统予以隔离，从而提高共模抑制比，同时保护电子仪器设备和人身安全。14. 集成有源低通滤波器通过调节什么参数改变截止频率？答：其截至频率和采样周期成反比 15. 平衡传输（对称传输）有什么好处?如何用变压器耦合实现平衡传输?答：平衡传输是一种应用非常广泛的音频信号传输方式。它是利用相位抵消的原理将音频信号传输过程中所受的其他干扰降至最低。它需要并列的三根导线来实现，即 接地、热端、冷端。所以平衡输入、044332211 23 )( )()( eRey )(443210ey5输出插件必须具有 3 个脚位。传输线当然也得是 2 芯 1 屏蔽层的线，由于热端信号线和冷端信号线在同一屏蔽层内相对距离很近，所以在传输过程中受到的其他干扰信号也几乎相同。然而被传输的热端信号和冷端信号的相位却相反，所以在下一级设备的输入端把热端信号和冷端信号相减，相同的干扰信号被抵消，被传输信号由于相位相反而不会损失。所以在专业的场合和传输距离比较远的时候通常使用平衡传输方法。平 衡 电 路 具 有 较 好 的 抗 干 扰 能 力 ， 传输距离较远。16. 非接触式测温采用什么传感器，其原理怎样？红外温度传感器：利用红外探测器来检测被测物体的红外辐射能，转换成电信号后测量温度。17. 说明质量流量计的原理。18. 光纤布拉格光栅传感器有哪些优点？FBG：光纤布喇格光栅（fiber bragg grating） ，是利用光纤中的光敏性（光致折射率变化效应）制成。基本制作方法为位相掩模复制法，由 Hill 等人在 1993 提出。正入射的紫外光经过掩模板衍射后零级受抑制，1 级分别达最大，相互作用的干涉条纹对紧贴其后的掺杂光纤纤芯进行曝光，形成周期为相位模板周期 1/2 的光纤 FBG。19. 集成运算放大器的精度由哪些技术参数反映？速度由哪些技术参数反映？输入阻抗：输入阻抗越大越好，高频时输入电容变得重要。输出阻抗：输出阻抗越小越好。输入偏流：两个输入端电流的平均值。偏流会引起运放不平衡而产生输出。偏流越小越好。场效应输入6级偏流最小。输入失调电流：为使输出为零，一个输入端比另一个输入端需要更大的电流，这个电流为输入失调电流。输入失调电压：为使输出为零，在一个输入端上加上一个小的电压（另一个输入端接零伏） ，这个电压为输入失调电压。温度效应：温度引起的输入失调电流和输入失调电压的漂移。转换速率：单位时间内电压变化的最大值。增益带宽积：增益带宽积增益带宽单位增益频率。共模抑制比：差动增益/共模增益，以分贝表示。噪声：运放内部噪声的大小，用输入噪声电压密度和输入噪声电流密度来表示。速度决定参数：转换速率，输入阻抗20. 根据传递函数，低通滤波器有哪些种类？各有何特点？请图示。根据传递函数，低通滤波器可分为二阶压控电压源低通滤波器、无限增益多路反馈低通滤波器、双二次型低通滤波器等。二阶压控电压源低通滤波器调节 C1只影响 b0而不影响 1和 Kp的值；调节 R3或 4只影响增益 Kp的值；调节 R1， 2或则同时影响 和 。 无限增益多路反馈低通滤波器调节 C1只影响 b0，调节 R1只影响 b1。双二次型低通滤波器调节 4只影响 b0;调节 2只影响 1;调节 1只影响增益 Kp。721. 集成开关电容滤波器如何调节截止频率？RC 参数难于在集成电路中实现，用开关电容网络代替。由上式可见，开关电容滤波器的截止频率（其中-3dB 截止频率即为特征角频率 wn）与采样周期 T 成反比。在集成电路中，电容参数固定，而采样频率就可以由用户控制。因此，开关电容滤波器的截止频率容易调整。22. 采用 420mA 电流信号来传输传感器输出信号的优点是什么？ 在工作环境中,常常会出现各种电磁干扰,如果把无信号设置成零,那么由于有干扰的加入,可能是无信号的，但是有干扰电流而可能出现非零信号，这给信号的传送带来麻烦,所以标准中规定把 4mA 作为零信号，那么低于 4mA 以下的干扰信号都可以别忽略了，从而能提高信号传输的抗干扰能力。电流信号适用于远传，不会因电阻变化而变化，到终端用标准电阻采集电压信号就可以了，可进行断线检查上限 20ma 是因为防爆的要求：20mA 电流通断引起的火花容量不足以引燃瓦斯；下限是为了检测断线，正常工作时不会低于 4mA，当传输线因为故障断路，环路电流降为 0，常取 2mA 作为断线报警值。23. 何为电磁兼容性（EMC）？何为电磁干扰（ EMI）及电磁耐受性（EMS）？电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC 包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。国际电工委员会标准 IEC 对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。EMC 包括 EMI(电磁干扰)及 EMS(电磁耐受性)两部分， EMI 电磁干扰，是为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而 EMS 是指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。24. 什么场合需要 V/F 转换？可用什么器件？其工作原理。（1）：主要应用在计算机，精密测量，智能仪器，通讯雷达及航空等领域。V/F 转换器适用于非快速的而需要进行远距离的信号传输的 A/D 转换过程。（2）：V/F 转换器能把输入的信号电影的转换成相应的频率信号。频率信号抗干扰性好，便于远距离传输；可以调制在射频信号上进行无线传输，也可调制成光脉冲用光纤传输，不受电磁场影响，由于这些优点，V/F 转换器已广泛应用于调频，调相，模/数转换器，数字电压表，数据测量仪器及远距离遥控设备中。（3）工作原理：基本原理：电荷平衡转换法8复位状态：开关在 S 端，对应单稳态正脉冲(暂态)，电容积累电荷。 TiICuqRintcc-= 积分状态：开关在 B 点，对应单稳态触发器的稳态。 IIc)-(1i/i/TIRII )()-( i/U1f RIIII 复位和积分过程电压变化相等，所以电容上电荷变化量是平衡的。25. 电容性耦合干扰怎么产生的？如何抑制？又称静电耦合，由二个电路之间的寄生电容引起；抑制方法：（1） 、屏蔽体接测量电路,构成等电位,屏蔽体内部无电力线；（2） 、屏蔽体与大地相连，同时与电路地线相连，这样可以消除寄生电容引起的反馈；26. 互感耦合干扰怎么产生的？如何抑制？又称电磁耦合，由二个电路之间存在互感引起。抑制方法：对于低频磁场干扰，用高导磁率材料；对于高频磁场干扰，用高导电率材料，利用涡流效应阻碍干扰磁场穿透。27. 共阻耦合有哪几种形式？如何抑制？电源内阻耦合，共地线耦合，输出阻抗耦合。对电源内阻耦合添加退耦滤波电路; 对共地线耦合将电路等效化, -点接地; 对输出阻抗耦合添加运放进行末节隔离再接地。28. 在印刷电路板排版时，哪些地方需要加去耦电容？1. 电源输入端跨接 10 100uf 的电解电容器。如有可能，接 100uF 以上的更好；2. 原则上每个集成电路芯片都应布置一个 0.01pF 的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每48 个芯片布置一个 1 10pF 的但电容；3. 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如 RAM、ROM 存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接入退藕电容；4. 在电源与地之间加去耦电容。29. 为了滤除电源中来自电网的干扰，可以采用哪些办法？（1）滤波法：采样电源滤波器，体积小，价格便宜，效果一般（2）隔离法：抗干扰的原理是原边对高频干扰呈现很高的阻抗，而位于原边、副边绕组之间的金属屏蔽层又阻隔了原、副边所产生的分布电容。效果较好。（3）吸收法：利用瞬变电压抑制器 TVP(又称 TVS)，当两端经受瞬间高能量冲击时 ,能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上,保护了后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。 （4）回避法：采用非动力供电线路。直接从非动力低压变压器“根部”拉专线供电的办法，避开大负荷动力线。控制电源采用与动力电源不同的相线。（5）其他方法：采用电源净化器、铁磁谐振交流稳压器、UPS 等。30. AD 转换器的主要性能指标？分辨率，一般以位数表示，如 12 位 AD；量化误差，一般为1/2LSB；偏移误差，又称零值误差，即输入零时输出不为零，可用电位器调至最小；满刻度误差，即增益误差；线性度，实际转移特性与理想直线的最大偏差；转换速率，每秒转换的次数，1MSPS=1 兆次/秒。931. A/D 转换器有何特点？1.转换精度高