智能仪器复习资料.doc

1.什么是智能仪器?其主要特点是什么?智能仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器。由于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，因而被称为智能仪器。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能力4具有友好的人机对话功能5具有可程控操作能力。1.2简述内嵌式智能仪器的基本组成和各部分功能由硬件和软件组成。硬件包括微处理器，存储器，输入/出通道，人机接口电路，通信接口电路等。功能：微处理器仪器核心，存储器包括数据存储器和程序存储器，用来存储程序和数据。输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等，完成信号的滤波，放大，模数转换。输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等，将处理后的数字信号转换为模拟信号。人机接口电路主要包括键盘和显示器，是操作者和仪器的通信桥梁。操作者可通过键盘向仪器发出控制命令，仪器可通过显示器将处理结果显示出来。通信接口可实现仪器与计算机和其它仪器的通信。2.1智能仪器常用放大器的种类和特点？程控放大器：为适应不同的工作条件，在整个测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度。仪用放大器：输入阻抗和共模抑制比高、误差小、稳定性好。隔离放大器：输入端和输出端各有不同的参考点。可保护电子仪器设备和人生安全，提高共模抑制比，获得较精确的测量结果。2.2常见的A/D转换器有哪几种类型?其特点是什么?工作原理并联比较型A/D转换器：转换速度快,但是随着输出位数的增加所需器件数增加速度很快逐次逼近型A/D转换器：抗干扰能力差，所以在A/D转换器之前一般要加采样/保持器锁定电压。双积分型A/D转换器：能起到滤波作用提高了抗干扰能力。由于转换速度依赖于积分时间，所以转换速度慢。-调制型A/D转换器：制作成本低,提高有效分辨率.采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若VoVi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的 Vo再与Vi比较，若VoVi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。双积分法采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。 双积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接通与Vi极性相反的基准电压VREF，将VREF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数 值，就是输入模拟电压Vi所对应的数字量，实现了A/D转换。2.3 A/D转换器的主要技术指标和选用原则。1）分辨率 2）转换速率3）量化误差 4）偏移误差5）满刻度误差6）线性度2.4常用单片机控制ADC的方法有哪些?程序查询方式延时等待方式中断方式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?通道数量泄漏电流导通电阻开关速度3.1 D/A转换器有哪几类?有什么特点?技术指标倒T型电阻网络D/A转换器：阻值只有R和2R两种，精度容易保证,而且流过2R电阻电阻的电流直接流入运算放大器的输入端，提高了转换速度；权电阻网络D/A转换器：结构简单,所用电阻元件少,但各电阻相差较大,在集成芯片中很少应用；权电流型D/A转换器：采用恒流源后，由于恒流源内阻极大，相当于开路，所以各支路权电流的大小不受开关导通电阻和电压的影响，降低了对开关电路的要求,提高了转换精度。技术指标：转换精度：分辨率，转换误差；转换速度3.2微处理器的输出信号驱动执行机构时应考虑哪些问题？种类和特点不能直接驱动执行机构，需要经过锁存器，并经过隔离和驱动电路才能与执行机构相连。小功率驱动接口电路：具有1040mA的驱动能力采用小功率三极管和集成电路作为驱动电路；中功率驱动电路：具有50500mA驱动能力,采用达林顿管或中功率三极管驱动；固态继电器输出接口电路:由固态电子元件组成的新型无触点功率型电子开关。3.3对电压测量的基本要求频率范围宽电压测量范围广输入阻抗高测量准确度高抗干扰能力强4.1独立式键盘、矩阵式键盘和交互式键盘各有特点？分别适合于什么场合？答：独立式键盘：一键一线，即每一按键单独占用一根检测线与主机相连。优点是键盘结构简单，各测试线相互独立，按键识别容易。缺点是占用较多的检测经，不便于组成大型键盘。 矩阵式键盘：把检测线分别分成两组，一组为行线，另一组为列线，按键放大行线和列线的交叉点上。当需要的按键数大于 8 时,一般采用矩阵式键盘。 交互式键盘：任意两检测线之间均可以放置一个按键。其所占用的检测线比矩阵式还要少，但是这种键盘所使用的检测线必须具有位控功能的双向 I/O 端口线。4.2非编码矩阵式键盘的识键方法及原理扫描法：为由48矩阵组成的32键键盘与单片机的接口电路。8155的端口PC工作于输出方式，用于行扫描。端口PA工作于输入方式，用来读入列值。采用程序扫描工作方式，扫描法步骤如下。判断键盘上有无键闭合。使PC口输出扫描字00H，读PA口状态。若PA0PA7都为1则无键闭合；若不都为1，则有键闭合。2.消除键抖动影响。在检测到有键闭合后，软件延时l0一20 ms后再检测有无键闭合。如有键闭合则予以确认。若有键闭合，则确定闭合键的键值。从PC口依次使键盘的一根行线为0，输出不同的扫描字。例如，先令RC0为，PC1PC3为1，即扫描字为FEH，然后读取PA0PA7的值。若其中某位为0，则这次扫描到有键闭合；若PA0PA7都为1，则无键闭合，再从PC口输出扫描字FDH，即PC1为0、对下行进行扫描对应x0x3行的扫描字分别为FEH，FDH，FBH和F7H。闭合键的键号行号8十列号,例如，当PC口输出扫描字FBH时(PC2为0，PC口其余口线为1)，若检测到PA0为0，则闭合键的键值为28十010H；若检测到PA7为0则闭合键的键值为28十717H。为了保证键每闭合一次，CPU仅做一次处理，在程序中需要等待闭合键释放以后再转去执行相应的键处理程序。线反转法：妇描法要远行扫描查询，当按下的键是在最后一行时，则要经过多次扫描才能获得键值，而如果采用线反转法，则只需经过两个步骤即可。线反转法的原理如图411所示，反转法两个步骤如下。 将P1.7P1.4作为输出线，将P1.3P1.0作为输入线，并使Pt口输出为0FH(即P1.7PI1.4为0000)。若无键按下，则输入口线P1.3P1.0为1111；若有键按下，则输入口线P1.3P1.0上的数据不为全l(若图中1键按下，则Pl.3P1.0。为1110)，将该数据存入内存某一单元N中。将第一步中I()口线的传送方向反转过来，即原来作为输出的P1.7Pl .4口线作为输入线，原来作为输入的Pl.3P1.0口线作为输出线。使输出口线输出0000，然后读入输入口线的数据(若图中1键按下，则Pl .7PI1.4为1101)，将该数据存人内存某一单元N十1中，最后将N十l单元中的数和N单元中的数拼接起来，就是按下键的特征码。4.3LED显示器的显示方式及特点静态显示方式：静态显示方式是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二报管恒定导通或截止，使显示字符的字段连续发光。动态显示方式： 当显示位数较多时，宜采用动态显示方式。所有位的段选线并联起来，由一个8位IO端口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的IO端口控制，形成各位的轮流选通，即LED显示器分时轮流工作，每次只能使一个器件显示15M。由于入的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应，人眼仍感觉所有的器件都在同时显示，获得稳定的视觉效果。此种显示方式的优点是占用IO端口少，随着高亮度LED数码管的出现，动态显示同样可以达到很好的显示效果。4.4触摸屏的技术要求及种类各有什么特点？技术要求：工作稳定性手写文字和图形识别价格低功耗少分类：电阻式触摸屏：经济性很好，供电要求简单，非常容易产业化， 适用的应用领域广，耐磨性较差；红外线触摸屏：价格便宜，安装容易，能较好地感应轻微触摸与快速触摸，任何细小的外来物都会引起误差。电容式触摸屏：透光率和清晰度优于四线电阻式，反光严重，存在失真 表面声波触摸屏：对原显示器的清晰度影响小，对触摸的感知分辨率很高，4.5LCD显示器的结构及工作原理与微处理器接口电路编程结构：包括上下偏振片、反光板、正背面电极、基板、液晶材料等工作原理：借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。它利用液晶分子排列结构的可极化性和旋光性进行工作。经久耐用，对表面粗糙度要求高。5.1智能仪器数据处理的优点？可用程序代替硬件电路完成多种运算能自动修正误差能对被测参数 进行复杂的计算和处理能进行逻辑判断精度高，稳定可靠，抗干扰能力强常用的数字滤波算法有哪些？各有什么特点？适应于什么场合？常用的数字滤波算法有程序判断滤波、中值滤波、算术平均值滤波、去极值平均滤波、递推平均值滤波、加权递推平均值滤波、一阶惯性滤波、高通数字滤波、复合数字滤波等。5.3与硬件滤波器相比，采用数字滤波器有何优点？1、用程序滤波，降低成本2、可靠性高，稳定性好。3、可以对很低的信号进行滤波4、可以改变滤波器的参数，使用方便、灵活。6.1以电压表为例，简述其自动零点调整功能的原理。 答：自动零点调整的原理，首先微处理器通过粗陋控制继电器吸合使仪器输入端接地，启动一次测量并将测量值存入RAM的某一确定单元中，接着微处理器通过输出口又控制继电器释放，使仪器输入端接被测信号，最后微处理器再做一次减法运算，并将此差值作为本次测量结果加以显示。6.2自检方式有几种？常见的自检内容有什么？自检方式：开机自检、周期自检、按键自检内容：ROM自检、RAM自检、键盘与显示器自检、输入自检、输出自检、总线自检6.3简述ROM、RAM的自检过程7.1 智能仪器硬件抗干扰的方法。仪器安装空间的电磁干扰：采用低通滤波，屏蔽和良好的接地方法解决传输通道的干扰：采取切断干扰窜入的渠道采用抑制交流电源干扰的计算系统电源的方法7.2 可靠性的措施元件：A严格管理元器件的购置和储运B老化、筛选、测试C降额使用D选用集成度高的元器件。系统：A硬件冗余技术B电磁兼容设计C信息冗余技术D故障自动检测与诊断技术E失效保险。软件：1时间冗余技术2指令冗余技术3软件陷阱技术4看门狗技术7.3干扰的耦合方式？抑制干扰的主要技术及措施？A、直接耦合方式；B、公共阻抗耦合方式；C、电容耦合方式；D、感应耦合方式；E、辐射耦合方式；F、漏电耦合方式。技术：1、滤波技术(无源滤波器与有源滤波器）2、屏蔽技术与双绞线传输 3、隔离技术4、接地技术 5、抑制静电放电干扰和漏电干扰及其抑制10.1什么是虚拟仪器？由什么