智能仪器仪表.doc

1 MCS-51的存储器包括 存储器和 存储器， 其中8031内部没有 存储器。程序、数据、程序2模拟量输入通道一般由 、 、 、 、 和 组成。模拟量输出通道一般由 、 、 组成。滤波电路、多路模拟开关、放大器、采样保持电路、AD转换器、多路模拟开关、保持电路、DA转换器3人机联系部件中常用的显示器有 、 、 。LED、LCD、等离子显示器。4基本抗干扰之一常用的屏蔽技术 、 、 。静电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽5现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的 、 、 。的通信网络。它的体系结构一般包括 、 、 和 。数字式、双向传输、多分支、物理层、数据链路层、应用层、用户层 6、开关量输入/输出通道的主要技术指标是 和 。抗干扰能力、可靠性。7目前常用的按键有三种：按键、按键和按键。若键盘按键码识别的方法分类，有和键盘机械触电式、导电橡胶式、柔性、编码式、非编码式8通信的形式可分为两种：一种是 ，另一种是 。并行通信、串行通信9USB系统包括三类硬件设备，分别是 、 、 。USB HOST、USB DEVICE、USB HUB10光电耦合器是把 和 封装在一起，以_ 为媒介传输信号的器件发光器件、光敏器件 光2假设一个12 位的 A/D转换器，其满量程电压为10V，则它的分辨率是_。2.4mV2 根据串行通讯的方向可分成三种工作模式，分别是_、_、_。单工、半双工 全双工1设计、研制一台智能仪表分三个阶段：分别是 阶段； 阶段和 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。2虚拟仪器系统由 和 部分组成。其硬件组成主要有： 、 、 及 。硬件、软件、各种传感器设备、信号调理装置、计算机数据采集设备、计算机系统3模拟量输出通道一般由 、 、 组成，其中 是数模转换的主要部件。多路模拟开关、保持电路、DA转换器、DA转换器4输入输出通道中的开关电路和驱动电路，通常包括 、 、 、 、 和 等。单稳、光电耦合器、脉冲变压器、继电器、功放管、可控硅5常用的显示器件有LED、 、 。点亮LED显示器的方法有 和 两种。LCD、等离子显示器、静态、动态9USB系统包括三类硬件设备，分别是 、 、 。USB的特点有 、 、 、 、 等。USB HOST、USB DEVICE、USB HUB、使用方便、速度快、连接灵活、独立供电、支持多媒体10. 智能仪器输出采用标准的电流信号是_mA。4-20mA11.DAC的主要技术指标包括_、_、_分辨率 精度 建立时间12. 在智能仪表的设计中，软件测试方法_、_功能测试法 程序逻辑结构测试法1. RS232 通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485 短。（ ）否1. 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。 ( ) 是2. 软件开发过程的三个典型阶段是定义、开发和测试。（ ）否3. 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。（ ）是4. 在工业控制系统中，信号长距离传输常采用标准电压信号（ ）否5. 在工业控制系统中，信号长距离传输常采用标准电流信号（ ）是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 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。 A. 算数平均法 B. 加权平均法 C. 限幅滤波法 D. 去极值平均法 7若非编码矩阵键盘的列线外接下拉电阻，该矩阵的扫描码应是( A )。A行线输出高电平 B列线输出高电平C行线输出低电平 D列线输出低电平8在智能仪智中，A/D 转换的抗干扰技术包括( D )。A. 对差模干扰的抑制 B. 对共模干扰的抑制 C. 采用软件方法提高A/D抗干扰能力 D. 以上三种都包括10下面(B)调试方式在目标机不存在的情况下也可以进行代码的调试。AROM 仿真器 B在线仿真器 C片上调试 DJTAG 五、设计题 （15分）试设计一温度检测系统。要求系统能检测 8 路温度信号（假设温度传感器的输出信号幅度 025mV ），测试的温度范围为 0500 ，温度分辨率为 0.5 。测试的最终结果用 LCD 显示器或 LED 显示器显示出来。对多通道的测量信号要有自动巡回检测的功能和选择某一通道进行单一测量的功能。若采用自动巡回检测方式，要求每一通道每秒钟检测 100 次。仪器要具有与其它仪器或微机进行通讯的能力。画出仪器的硬件框图，并说明每部分的参数及其选择原则。（1） 根据设计要求，放大器的放大倍数至少应为多少？ （2） A/D 转换器至少应选择多少位的？ （3） A/D 转换器的速率至少为多少？ （4） 根据设计要求，如果选用 LED 显示器，至少应用几位 LED 显示？ （5） 测试系统与外界的通讯如选用串行通信，你准备选择哪种总线？它的最远传输距离是多少？ （6） 如果系统用 89C51 单片机做控制器，用字符式 LCD 显示模块做显示器，请画出图 2 中单片机与显示模块的三根控制线 RS 、 R/W 和 E 的接口电路。 这三根控制信号的时序图如图 1 ，它们的功能为： RS ：寄存器选择输入线。当其为低电平时，选通指令寄存器；高电平时选通数据寄存器。 R/W ：读/ 写信号输入线。低电平为写入，高电平为读出。E ：使能信号输入线。读状态下，高电平有效；写状态下，下降沿有效。 放大器的增益 200 ； ADC 的分辨率 12 位； 12.5ms ； 4 位 简答题1. 可靠性是智能仪器中一个重要的技术指标。请写出智能仪器中常用的提高硬件和软件可靠性的方法。提高硬件可靠性：元器件的选择；筛选；降额使用；可靠电路的设计； 冗余设计；环境设计；人为因素设计；仪器可靠性实验；提高软件可靠性：认真地进行规范设计；可靠的程序设计方法；程序验证技术；提高软件设计人员的素质；消除干扰；增加试运行时间。1. 智能仪表的定义与作用:智能仪表是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有为计算机处理器的测量仪器。它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断与自动化操作等功能，具有一定的智能作用2. 简述程控增益放大器的优势并举例说明。1）减少放大器的数量在多通道的测量系统当中，各个通道的测量信号变化也会很显著，我们要将这些信号放大到与A/D转换的输入电压相匹配就需要多个增益不同的放大器。这样大大增加仪表所需放大器的数量，从而增加造价，若选用放大增益可变的程控放大器，课减少放大器的数量，节约成本。2）程控增益放大器通用性很好因其放大倍数可以通过程序控制进行改变，很容易使得各种两成的信号达到与A/D匹配的要求3. 简述程控增益放大器与普通放大器的区别1）反馈电阻网络可变2）反馈电阻网络受控于控制接口的输出信号3）有不同的控制信号，产生不同的反馈系数，改变放大器的闭环增益4. LED显示器的驱动显示形式有几种，简述各自优缺点1）两种：静态显示 动态显示静态显示：所选用的位选线COM连接在仪器接低电平或接高电平，每一位LED的段选线连接到一个8位显示输出口上，这样N位显示器共需要8*N根显示输出线，显示时位和位之间相互独立，具有显示高度两，显示稳定，控制方便等优点，但是当显示位数较多时，占用的I/O口线较多。动态显示：一位一位轮流点亮显示器各个位，对于显示器的每一位来说，是分时显示的，但由于人的眼视觉暂留现象，仍感觉所有的位是同事显示的，有点：占用硬件资源少，但是占用软件资源，以及占用机时间长5. 在工业控制系统中，智能仪表的输出信号为什么要进行V/I转换。在工业控制系统中，信号长距离传输常以电流方式输出信号，因为电流信号在长距离传输中信号衰减小，抗干扰能力强。一般情况下，仪表所采用的标准电流信号是420mA。但是智能仪表的D/A转换器的信号电流为uA 数量级，因此D/A转换器的输出常常需配接V/I转换器以便很仪表标准电流信号匹配6 智能仪表的输出接口DAC的基本工作原理DAC的基本功能是将数字量转换为与其大小成正比的模拟量。简述智能仪表的组成部分及其功能。（8分）1）硬件部分：主机电路：存储数据、程序，并进行一系列的运算处理。过程输入/输出通道：用来输入/输出模拟量和开关量信号。人机联系部件和接口电路：沟通操作者和仪器之间的联系串行或并行数据通信接口：实现仪表和外界交换数据，进而实现网络化互联的需求2)软件：监控程序：接受和分析各种命令，管理和协调全部程序的执行。中断处理（服务）程序：响应人机联系部件或外部设备的中断申请，并实时处理中断任务。功能模块程序:实现议表的数据处理和控制功能 2 简述USB的特点？（5分）1）使用方便2）速度快3）连接灵活4）独立供电5）支持多媒体3在智能仪表的设计中，软件测试方法有哪些？并分别说明（5分）功能测试法：不关心程序的内部逻辑结构和特性，只检查软件是否符合它预定的功能要求程序逻辑结构测试法：根据程序的内部机构来设计测试用例4试述现场总线的特点，举出不少于五种有影响的现场总线技术（7分）特点：具有一对结构、互换性、互操作性、控制功能分散、互联网络、维护方便；网络体系机构简单；综合自动化功能；容错功能强；提高了系统的抗干扰能力和测控精度现场总线技术：基金现场总线FF；过程现场总线Profibus；Lonworks；CAN；HART5简述一台智能仪表的设计研制的主要内容。（7分）（1）确定设计任务和仪表功能，提出设计初步方案。 绘制硬件及软件总框图，确定硬件类型和数量，注意单片机的选择以及权衡硬、软件的比例。硬件电路的设计、研制和调试。用专业软件CAD 绘图布线，力求标准化、规范化（2）应用软件的设计、程序编制和调试。注意结构清晰、编程规范。通常，用仿真器进行调试。仪表结构设计，力求造型优美、色泽柔和、美观大方、外廓整齐、细部精致，便于操作、维修。（3）仪表总调、性能测定。对设计所要求的全部功能进行测试，发现问题，应及时修改