智能仪表课后习题

第一章概述(P19)1-1智能仪器的特点是什么？嵌入式系统在智能仪器中的作用是什么？简述智能仪器的发展趋势？智能仪器的特点是什么：1。自动操作；2.自检功能；3.数据处理功能；4.良好的人机对话功能；5.程控操作能力。什么是嵌入式系统(嵌入式系统的定义):嵌入式系统是以应用为中心的专用计算机系统，基于计算机技术，软件和硬件可以定制，以满足应用对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求。(也有其他选择)。智能仪器的发展趋势：1。小型化2。多功能3。人工智能4。网络5。虚拟仪器。1-3简述智能仪器的设计思想和开发步骤。设计理念：模块化设计和模块连接。模块化设计是根据仪器的功能要求和技术经济指标，自上而下，根据仪器的功能水平，将硬件和软件分成若干块，分别进行设计和调试，然后连接起来进行整体调整。软件模块的连接一般通过监控主程序调用和各种功能模块，或者通过中断方式实时执行相应的服务模块，并根据功能级别继续调用下一级模块来实现。开发步骤：三个阶段：确定任务和制定设计计划；软硬件开发和仪器结构设计阶段；仪器和性能测试阶段的一般调整。确定任务和制定设计计划的阶段包括1。确定设计任务和仪器功能2。完成整体设计。选择以确定硬件的类型和数量。软硬件开发和仪器结构设计阶段包括1。嵌入式系统的选择。硬件电路设计、开发和调试3。应用软件设计、编程和调试。仪器结构设计。1-6影响和促进智能仪器发展的关键技术是什么？回答：1。传感器技术2。系统集成技术。智能控制技术。人机界面技术。可靠性技术。网络技术第三章过程输入输出通道设计(P88)3-3模数转换器有哪些种类，它们的特点是什么？解释其主要参数、输入/输出模式和控制信号。模数转换器大致可以分为两种类型：比较型和集成型。每种类型被分成许多种类。逐次比较(近似)型模数转换器常用于比较型。在积分型中，双积分型(即电压-时间转换型)和电压-频率转换型模数转换器被广泛使用。这两种模数转换芯片精度高、比较速度快、集成成本低、抗干扰能力强。不同的芯片有不同的输入端子连接方式，包括单端输入和差分输入。输入信号也有两种极性，即单极性和双极性。模数转换器有两种输出模式：数据输出寄存器有可控三态门，无可控三态门的模数转换器的启动转换信号有电位和脉冲。模数转换器转换完成后，将发出结束信号，表明主机可以从转换器读取数据。数据传输有两种方式：串行和并行。主要参数：分辨率、转换率、量化误差、失调误差、满量程误差、线性度。3-4数模转换器有哪些类型，它们的主要技术规格是什么？8位以上的数模转换器如何与8位微控制器接口？数模数字输入可分为：无锁存器、单数据锁存器、双数据锁存器和接收串行数据输入。数模输出模式：电压输出和电流输出。主要技术指标：分辨率、精度和转换时间。对于8位以上的双缓冲数模转换器，高8位数据和剩余的低位数据分别发送到高位寄存器和状态寄存器，然后所有数据同时发送到数模转换器寄存器，或者数据通过两个74HC573等外部锁存器发送到高位和低位锁存器，然后进行转换3-6数模转换电路如何实现双极性电压输出？第五章智能仪器的通信原理和接口设计(P196)5-1目前智能仪表常用的通信方式有哪些？您认为是什么因素导致了智能仪器通信模式的多样性？常见的通信方式包括：串行总线通信、通用串行总线USB、现场总线、工业以太网和电力载波通信。通信总线标准的多样性、智能仪器的范围和应用领域的广泛性。试着说出RS-232和RS-485之间的异同。区别在于：1)RS-485的电气特性：逻辑“1”由两条线之间的电压差表示为(2-6)伏；逻辑“0”表示为两条线之间的电压差为-(2-6) v。接口信号电平低于RS-232-C。RS-232采用负逻辑，即逻辑“1”为-15V至-5V，逻辑“0”为5V至15V。2)RS232采用全双工模式，RS-485采用半双工模式。3)RS-232仅允许一对一通信，而RS-485接口仅允许总线上最多128个收发器的连接，即多站能力4)RS232传输距离有限，实际最大值为15m，RS-485通信距离为几公里。相同点：RS485和RS232只是通信的物理协议(即接口标准)，但在通信程序上没有太大的区别。5-3 RS232、RS422和RS485标准不仅规定了接口的电气特性，还规定了高级通信协议，对吗？不，RS485和RS232只是通信的物理协议(即接口标准)，但在通信程序中没有太多的区别。5-4通用串行总线的特点是什么？规范中规定的四种数据传输方法是什么？通用串行总线特点：1)易于使用2)快速3)灵活连接3)独立电源4)多媒体支持数据传输模式：1)控制传输模式2)批处理模式3)中断传输模式4)同步传输模式5-5请搜索目前在互联网上使用的主要的通用串行总线接口芯片，并说出有代表性的产品、特性和应用领域。5-6目前过程测量和控制仪表中使用的主要现场总线接口是什么，它们各自的应用领域是什么？第六章智能仪器抗干扰技术(P227)6-2简述智能仪器的干扰源，进入仪器的通道有哪些？1)电磁场耦合干扰通过导体间的分布电容作用2)磁场耦合干扰，3)共阻抗耦合干扰，电路各部分之间存在分布电阻，一个电路中电流的变化影响其他电路的电源电压的变化。4)电磁辐射干扰5)直接传输干扰，干扰信号通过导线直接传输到被干扰电路。6-3什么是串行模式干扰和共模干扰？抑制干扰的主要方法是什么？串联模式干扰是指干扰电压和有效信号串联叠加后对仪器的干扰。共模干扰是指输入通道两个输入端上的公共干扰电压。串行模式干扰主要由滤波器过滤，并由设备取代。共模干扰主要通过1)使用两端不接地的运算放大器作为输入通道的前置放大器，2)通过变压器或光耦合器将各种模拟负载与数字信号源隔离，以及3)使用浮动输入双层屏蔽放大器6-5如何抑制地线系统的干扰？接地设计应注意什么？1)降低公共接地部分的阻抗2)避免电路系统中的公共地线，这些公共地线容易通过适当的接地方法相互干扰接地设计应注意以下几点：1)一点接地和多点接地的使用原则较短。低频系统采用单点接地。每条接地线尽可能地短而粗，最低水平和最低电流的装置放置在最靠近地面的地方。高频电路采用多点接地，分别连接模拟地和数字地，最后连接系统地。2)一般来说，要避开高压电路和低压电路6-12硬件抗干扰和软件抗干扰有什么区别？硬件抗干扰措施是克服前向处理信道最有效的抗干扰措施之一，但它只能抑制一定频带的干扰，成本高，软件抗干扰不灵活，设计灵活，节省硬件资源，可靠性好。6-13为了减少干扰，在设计印刷电路板时应该注意哪些问题？1)通过短线向所有印刷电路板并联供电2)印刷电路板的每个ic连接一个用于高频特殊信号的旁路电容，旁路电容的引线较短3)注意设备布局、电源布局、电源驱动布局、模拟电路布局第七章监控程序(P243)7-1智能仪器的软件开发一般经历哪些阶段？1)确定设计任务2)编制总体设计计划3)确定仪器的总体工作框图4)硬件电路和软件的设计与调试5)机器整体校准7-2智能仪器软件设计思想简介。软件设计的思想主要是结构化设计和程序设计。每个模块相对独立，并且独立调试。每个程序模块都明确定义了模块的输入和输出以及具体功能。重视模块间传递信息和数据的接口设计。7-3智能仪器设计中软件测试的方法有哪些？请单独解释。功能测试方法和程序逻辑结构测试方法功能测试方法：想象仪器输入的所有可能情况，判断程序是否做出正确响应。逻辑结构测试方法：根据内部结构设计测试用例，找出程序中所有可能的错误。7-4智能仪表软件的初始化管理一般包括什么？初始化管理主要包括可编程器件初始化、堆栈初始化和参数初始化7-5软件测试应该遵循哪些基本原则？1)应该阻止设计者测试他们自己的程序2)测试用例应包括输入信息和相应的预期输出3)在设计测试用例时，不仅要选择合适的输入数据，还要选择不合理的输入数据。4)在测试过程中，除了检查仪器软件是否做了他应该做的事情外，还应该检查它是否做了它不应该做的事情。5)测试完成后，应妥善保存测试用例、错误统计和分析报告。7-6智能仪器监控程序的主要部分是什么？监控程序主要包括两部分：监控主程序和命令处理子程序。监控主程序是监控的核心，主要用于识别命令、解释命令和获取子程序的入口地址。命令处理子程序负责执行命令并完成命令中指定的实际操作。7-9智能仪器的中断过程通常包括哪些操作要求？第八章智能仪器的测量和控制算法(P300)8-1仪器的系统误差是多少？克服系统错误的常用方法是什么？它们各自的特点是什么？仪器系统误差是指在相同的条件下，对相同的量进行多次测量时，仪器的尺寸和符号保持不变或按照一定的规则变化的误差。为了克服系统误差，在测量技术中只能根据具体情况采取一定的措施。常用且有效的测量和校准方法有：(1)系统误差的模型校正方法(2)使用校准曲线通过查表法校正系统误差(3)非线性特性的校正：连续函数拟合、分段直线拟合和使用平方差法的非线性校正8-2什么是仪器的随机误差？克服随机误差的常用方法是什么？它们各自的特点是什么？随机误差是指测量结果与大量重复测量的平均结果之间的差异。消除随机误差最常用的方法是对多个测量结果进行算术平均。8-3使用数字滤波算法克服随机误差的优势是什么？1)数字滤波由软件程序实现，不需要硬件和im8-4一般来说，克服随机误差的数字滤波算法是什么，它们各自的特点是什么，分别使用什么样的场组合？中值滤波、平均滤波、加权平均滤波中值滤波：中值滤波是对测量参数连续采样n次(n通常选择为奇数)，然后将这些采样值按行排序并选择中值。中值滤波能更有效地消除脉冲特性的干扰，采样数n越大，滤波效果越强。然而，采样数n太大而不能影响速度，这种方法不适用于变化较大的参数。平均滤波：算术平均滤波对于滤除被测信号中的随机干扰非常有效。加权平均滤波：所谓加权平均是指参与平均运算的采样值按不同比例相加平均，加权系数一般先小后大，以突出后几次采样的效果，加强系统对参数变化趋势的识别。8-5什么是积分饱和及其不利影响？克服积分饱和的方法有哪些？积分饱和是由于在偏差总是存在的情况下，输出U(n)将达到上、下限值。此时，虽然U(n)的幅度有限，但积分项U1(n)仍在累积，导致积分过多。克服积分饱和的方法：1)积分限制法2)积分分离法3)变速积分法8-6说明了压力、压力和压力调节规则的特征及其在控制中的作用。p反应系统的基本(电流)偏差e(t)系数较大，可以加快调节速度，减小误差。然而，过高的比例会使系统的稳定性下降，甚至导致系统的不稳定性。比例积分可以在比例的基础上消除残余误差。适用于控制信道滞后小、负载变化小、被控参数不允许残差的场合。帕金森病的分化起着主导作用。对于具有容量延迟的控制信道，引入了差分参与控制。在适当设置微分项的条件下，它对提高系统的动态性能指标有显著的作用。因此，当控制通道的时间常数或容量滞后