智能仪器复习题.doc

第一章1、什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？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。也可以理解为传统仪器仪表的智能化、数字化发展。特点：（1）测量过程的软件控制：灵活性强、可靠性强（2）数据处理：改善测量的精确度，提供更多高质量的信息量（3）多功能化：一机多用2、简述推动智能仪器发展的主要技术。传感器技术，A/D，单片机，DSP，ASIC，FPGA/CPLD，Labview软件，网络与通信技术，嵌入式系统与片上系统。3、智能仪器有哪几种结构形式？各有什么特点？微机内置式：将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。微机扩展式：以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。第二章1、D/A转换器内部主要由哪几部分组成？各有什么作用？DAC的组成：电阻网络，模拟开关，求和运算放大器，基准电源2、试设计4位的倒T型网络DAC，设R=10k，参考电压为5伏，举例说明输入数字量为0100B，1100B时，反馈电阻上的电流值。试用D/A转换器设计一个简易信号发生器，要求画出原理框图，说明工作原理。当输入数字量为1001B时： 当输入数字量为0101B时：3、有一8位的逐次逼近式A/D转换器，满量程为5V，现若输入4.1V模拟电压，试分析其逐次逼近的转换过程。若时钟频率是100kHz，计算完成一次转换所需的时间。量化单位：q=5/28=0.0195v1286432168421Us=4.1v比较100000002.5v保留110000003.75v保留111000004.375v去除110100004.0625保留110110004.21875v去除110101004.140625v去除110100104.1015625v去除110100014.08203125v保留 结果： 11010001 误差: 4.1-4.08203125=0.01797v转换时间：4、CPU一般采用哪几种方式和A/D转换器进行联络实现对转换数据的读取。（1）固定延时等待法 （2）程序查询等待法 （3）中断法5、什么是程控放大器？主要由哪几部分组成？程控放大器：由程序控制增益的放大器组成：放大器、可变电阻网络、控制接口6、请设计放大倍数为2、3、5、6的多档程控同相放大器并写出程控增益表。7、集成仪表放大器AD612如何实现增益控制？AD612的增益控制可使用外部或内部电阻两种方法：使用外部电阻时，只需在引脚1和2之间外接电阻RG ，此时增益为使用内部电阻时，从引脚3到10，分别满足闭环增益为21-28时的要求，其阻值为 增益为 8、利用仪表放大器AD612和模拟开关CD4051设计4档程控仪表放大器，要求画出原理图给出程控增益表。4档放大增益为2、3、4、9。故 RG4=80K RG3=40K RG2=26.7K RG1=10K9、画出仪表放大器的原理图，推导仪表放大器的增益闭环增益为：10、什么是模拟开关？在数字信号控制下将模拟信号接通或断开的元件或电路。11、用2个8选1的模拟开关CD4051设计16转1的电子开关电路，说明工作过程。（注意：CD4051使能端高电平有效）工作过程：16选1需要4位二进制地址输入，即A0、A1、A2、A3。现将高位地址A3作为芯片片选信号，控制CD4051的使能端INH。当A3=0时，芯片U2被选中，芯片U1被禁止，控制器74HC193发出8个地址为0000、0001、0010、0111，低3位地址码依次选择芯片U2的8个通道。当A3=1时，芯片U1被选中，芯片U2被禁止，控制器74HC193发出8个地址为0000、0001、0010、0111，低3位地址码依次选择芯片U1的8个通道，这样就实现了16选1。12、什么是字型码？7段LED显示器的字型码如何表示？7段LED显示器可以显示哪些字母和数字？字形码：利用七段数码显示器显示数字或字母时，需设计字形码。首先要把数字或字符转换成相应的段码。字形码是单字节结构，由于电路的接法不同，七段显示器形成的段码也不相同。7段LED显示器可以显示09和AF共16个字母数字，从而实现十六进制数的显示。13、写出共阳极和共阴极接法的7段LED显示器显示10个数字和6个字母的字形码。（小数点不显示） 共阴极接法 共阳极接法 共阴极接法 共阳极接法 数字0 C0H 3FH 数字8 80H 7FH 数字1 F9H 06H 数字9 98H 6FH 数字2 A4H 5BH A 88H 77H 数字3 B0H 4FH B 83H 7CH 数字4 99H 66H C C6H 39H 数字5 92H 6DH D A1H 5EH 数字6 82H 7DH E 86H 79H 数字7 F8H 07H F 8EH 71H14、画出LCD交流驱动原理图和时序图，说明工作原理。为什么采用交流驱动？15、光电耦合器件有哪些特点？画出光电耦合器件的电路原理图并说明工作原理。 特点：（1）输入和输出端之间绝缘 （2）由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端 （3）共模抑制比很大，很好地抑制干扰并消除噪音 （4）响应速度快，易与TTL电路配合使用 （5）无触点、寿命长、体积小、耐冲击 原理图： 工作原理：当Vi为低电平时，流过发光二极管的电流为零，光敏三极管截止，Vo输出高电平+V。当Vi为高电平时，电流I1经R1流经发光二极管使其发光，光信号作用于光敏三极管使其饱和导通，Vo输出为低电平。16、光电耦合电路在工业中的应用：光电传感器，比如光电计数开关、光电位置检测开关第三章 1、什么是数据通信？什么是通信接口？数据通信是指不同设备之间进行的数字量传输和交换通信接口是各台仪表之间或者是仪表与计算机之间进行信息交换和传输的联络装置，是进行信息交换的中转站，提供信息交换的环境和条件。2、写出异步串行通信方式的信息格式。以125000的波特率异步串行传送8位数据5AH，奇校验，2位停止位，画出信号线上的波形图，计算传送该8位数据需要的时间。5AH=01011010B 格式为：起始位、数据位、奇/偶校验位、停止位信号线上波形图为： 001011010111传送该8位数据需要时间为：12/125000=96ms3、异步串行通信和同步串行通信对时钟有什么要求？异步通信：发送方利用发送时钟来决定发送每个位的时刻 接收方检测起始位的下降沿，并用它来同步接收时钟，然后利用接收时钟从每一位的中间接收该位同步通信：发送方在时钟信号的下降沿发送字节 接收方在时钟信号的上升沿接收字节4、为什么要在RS-232C与TTL之间加电平转换器件。一般采用哪些转换器件？由于RS-232C在TTL电平之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，即逻辑“0”：+3V+15V；逻辑“1”：-3V-15V。所以RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换TTL电路将烧坏。可以采用的转换器件有：MC1488、SN75150 TTLRS-232C 总线发送器 MC1489、SN75154 RS-232CTTL 总线接口器 MAX232 TTLRS-232C 双向5、RS-232C采用哪种通信方式？RS-232C采用异步串行通信方式6、异步串行传输7位ASCII码，如果需要数据传输速率为240字符/秒，使用1位奇偶校验位和2位停止位，则：波特率应该是多少？有效数据位传输率是多少？传输效率是多少？ （1）波特率：（7位数据位+1位起始位+1位奇偶校验位+2位停止位）240=2640 b/s （2）有效数据传输率：7240=1680 b/s （3）传输效率：1680/2640100%=63.6%第四章1、什么是数据采集系统？数据采集系统主要实现哪些功能？数据采集是指将温度、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、显示或打印的过程。相应的系统即为数据采集系统，简称DAS。功能：（1）时钟功能 （2）数据采集 （3）信号处理 （4）数据存储 （5）显示和打印输出2、什么是采样保持器？在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住，而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化。能完成这种功能的器件叫采样保持器。3、采样保持电路有哪两种结构形式？画出原理图并说明工作原理。串联型采样保持器电路原理图反馈型采样保持器电路原理图工作原理：在采样方式下，采样/保持器的输出必须跟踪模拟输入电压；在保持方式下，采样/保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直到保持命令撤销为止。4、如果一个数据采集系统，要求有1%级精度性能指标，在设计该数据采集系统时，应按照（ 0.1% ）级精度选择系统的各个器件。 每一个元器件的精度指标应该优于系统规定的某一最严格的性能指标的10倍。所以每个元器件的精度应不大于0.1%5、什么是触发？数据采集系统如何实现内触发？触发是一种状态，用触发器来表征未触发状态或已触发状态数据采集系统实现内触发是用比较器实现的，有时也用计数时间到来实现6、ADC有哪几种方式读取数据？（1）并行模数转换原理 高速（2）逐次逼近原理 快速（3）双斜积分式原理 低速第五章1、设计智能仪器时有哪些基本要求？（1）功能及技术指标应满足要求 （2）可靠性要求（3）便于操作和维护 （4）仪器工艺结构与造型设计要求2、智能仪器的设计、研制大致可以分为哪三个阶段？简述各阶段的工作内容和设计原则。 三个阶段：（1）确定任务、拟定设计方案 （2）硬件和软件设计研制 （3）仪器总调、性能测试 各阶段工作内容：（1） 项目调研了解现状和动向，明确任务、确定指标功能写出设计任务书拟定设计方案（2） 硬件研制：采用功能强的芯片以简化电路 修改和扩展，硬件资源需留有足够的 余地 自诊断功能，需附加设计有关的监测报警电路 硬件抗干扰措施 线路板注意与机箱、面板的配合，接插件安排 等问题，必须考虑到安装、调试和维修的方便软件研制：软件设计作一个总体规划 程序功能块划分 确定算法 分配系统资源和设计流程图 编写程序 程序调试和纠错以及各部分程序连接及系统总调（3） 系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错误，并解决硬件和软件之间的协调问题 硬件测试静态测试动态测试 软件调试初级子程序调试模块程序调试监控程序调试3、看门狗电路在微处理器系统监控中有非常重要的作用。简要说明什么是看门狗电路及工作原理。看门狗电路：代替人自动复位，能使CPU从死循环和弹飞状态中进入正常的程序流程。看门狗电路原理：利用一个计数器，在CPU正常工作时，定时复位计数器PC，使得计数器的值不超过某一值；当CPU不能正常工作时，由于计数器不能复位，因此，计数器会超过某一值，从而产生复位脉冲，使CPU恢复正常工作状态。4、什么是干扰？什么是噪声？二者有何关系？干扰：来自信号外部、可以用屏蔽或接地的方法加以减弱或消除的影响。噪声：由于材料或器件内部的原因而产生的污染，无用的，不规则的关系：噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果，是一个量变到质变的过程5、噪声形成干扰的三要素是什么？（1）传导和辐射电磁能量的噪声源 （2）噪声传递的途径（3）对干扰敏感的接收电路 （干扰源耦合通道接收电路）6、假设某系统实际运行的用户程序所需工作周期为1s，设计由14位计数器CD4060构成的看门狗电路，保证单片机系统正常工作。要求：写出设计过程，画出详细原理图。解： （注意： 14级二进制计数器Q1-Q3不输出）取 CT=1uF RT=10k RS=100kT=2.2RTCT=0.022sCD4060的Q4脚输出信号周期=240.022s=0.352sCD4060的Q5脚输出信号周期=250.022s=0.704sCD4060的Q6脚输出信号周期=260.022s=1.408sCD4060的Q7脚输出信号周期=270.022s=2.816sCD4060的Q8脚输出信号周期=280.022s=5.632sCD4060的Q9脚输出信号周期=290.022s=11.264s因为系统实际运行的用户程序所需工作周期为1s，所以选择CD4060的Q7作为单片机的复位信号，Q7输出高电平要1.408s，如果系统工作正常，则单片机每隔1s会对计数器CD4060清零，计数器总也计不满。如果系统工作不正常，单片机对CD4060发不出扫描信号，待计数器CD4060计满，即Q7输出高电平，利用此信号使单片机复位，重新开始工作。（Q7输出高电平的时间是Q7的半个周期时间）DELED模块的VHDL程序：LIBRARY ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY deled ISPORT(num: INstd_logic_vector( 3 downto 0); led: OUT std_logic_vector(6 downto 0);END deled;ARCHITECTURE fun OF deled ISBEGIN led = 0111111 when num= 0000 else - g f e d c b a显示数字0,对应LED6.0 0000110 when num= 0001 else -显示数字1 1011011 when num= 0010 else -显示数字2 1001111 when num= 0011 else 1100110 when num= 0100 else 1101101 when 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