4测控技术与仪器概论,测控概论

1、测控技术与仪器概论测控技术与仪器概论(一) 华北电力大学 控制与计算机工程学院信息科学技术信息科学技术 信息工程通信工程电子信息工程自动化电气工程及其自动化电子科学与技术测控技术与仪器测控技术与仪器计算机科学与技术生物医学工程软件工程电子信息科学与技术光信息科学与技术 。当今社会起主导作用的科学技术 测控技术与仪器测控技术与仪器测控技术与仪器测控技术与仪器专业是教育部根据专业是教育部根据21世纪信息时代的市世纪信息时代的市场要求，于场要求，于98年确立的年确立的仪器仪表类较宽口径专业仪器仪表类较宽口径专业。研究的对象研究的对象信号的测量与自动控制。信号的测量与自动控制。相关学科相关学科 电子信

2、息工程、自动化、通信工程等。电子信息工程、自动化、通信工程等。 测控专业主要课程测控专业主要课程 专业基础：专业基础：电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、数字信号处理、微机原理及应用、误差理论与数据处理、自动控制理论专业必修：专业必修：传感器原理与应用、过程参数检测及仪表、过程控制系统、计量测试技术、智能仪表设计。专业选修：专业选修：测控专题、单片机原理及应用、电厂热力设备及运行、电磁测量 、电子测量原理及仪器、分散控制系统及现场总线技术、工程光学、工程力学、流体力学、核电站参数检测与控制、火电厂顺序控制与保护、计算机测量与显示技术、检测新技术、控制电机。 物理对象电厂、工业生产过程参数检测

3、电压、电流、温度、压力、流量、水位信号处理模拟、数字电信号传感器滤波、放大、A/D微弱信号计算与控制作用于控制对象信息传输传感器原理与应用过程参数检测及仪表单片机原理及应用 智能仪表设计电子测量原理及仪器 电磁测量 电子测量原理及仪器电厂热力设备及运行过程控制系统、火电厂顺序控制与保护、核电站参数检测与控制、分散控制系统及现场总线技术 计算机测量与显示技术控制电机人机接口控制作用I/O驱动、PID信息技术信息技术即有关信息的获取、传递、处理和控制技术。即有关信息的获取、传递、处理和控制技术。 n信息获取技术：n如传感技术、检测技术等；n信息处理技术信息处理技术：n即计算机软件和硬件技术；n信息

4、传输技术信息传输技术：n如网络通信技术、微波通信技术、卫星通信技术；n信息控制技术信息控制技术：n如反馈控制技术、现代控制技术。计算机技术计算机技术 1946年世界上第一台计算机诞生 n提高速度、增大容量提高速度、增大容量第一台计算机结构体积达3000立方英尺、18800个电子管、1500个电器、70000个电阻、10000个电容、6000个开关，重30吨；运算速度5000次/秒加法，乘法为3秒作一次，存贮容量为20个字长的10位二进制数；功耗25KW；n减小体积、降低能耗减小体积、降低能耗1971年，Intel公司推出的第一台微处理器4004，只有2300上晶体管，运算速度每秒达6万条指令，

5、随后个人微型机相继问世。n语言和软件系统的高级化语言和软件系统的高级化各种高级语言及其软件系统的开发和应用。二进制机器程序汇编语言c语言组态软件模块化编程n从单机到多机网络从单机到多机网络20世纪90年代后的计算机通信网络n从增加功能到智能化从增加功能到智能化20世纪90年代以后，计算机朝智能化方向发展，到今天计算机的速度已达每秒几十亿次，内存容量达几百兆字节，体积小到只有一本书的大小。其功能不只是数值运算，还可以进行逻辑判断等多种功能，称其为第五代计算机。通信技术通信技术 n（1）数字化）数字化通信、计算机和多媒体三位合一，使得文字、语音、图像、视频和数据都通信、计算机和多媒体三位合一，使得

6、文字、语音、图像、视频和数据都实现了数字化，称为数字融合，因特网就是数字融合的典型产物。实现了数字化，称为数字融合，因特网就是数字融合的典型产物。n（2）高速化）高速化目前通信传输正在向高速、大容量、长距离方向发展。常规的光纤通信、目前通信传输正在向高速、大容量、长距离方向发展。常规的光纤通信、卫星通信、无线通信等技术日臻完善，网络与通信技术正朝着超高速多功卫星通信、无线通信等技术日臻完善，网络与通信技术正朝着超高速多功能方向发展。能方向发展。n（3）宽带化）宽带化由于多媒体技术在通信领域的应用，通常都要占用较宽的带宽。以至于有由于多媒体技术在通信领域的应用，通常都要占用较宽的带宽。以至于有人

7、把人把WWW戏称为戏称为“全球等待全球等待”（World Wide Wait）。为此，世界各国都）。为此，世界各国都在研究提高带宽的新技术。在研究提高带宽的新技术。n（4）综合化）综合化电话、电视、广播、计算机网络综合业务数字网（电话、电视、广播、计算机网络综合业务数字网（ISDM）在全球范围内）在全球范围内获得广泛使用。获得广泛使用。信息存储技术信息存储技术 （1）半导体存储技术 ROM、RAM、EEPROM、FLASH等高技术半导体芯片:小型化、低能耗、高精度、高可靠性.美国英特尔公司半导体芯片技术处于世界领先地位 （2）光学存储技术 CD-ROM（只读光盘）、 DVD（数字化视频光盘）等

8、 嵌入式系统嵌入式系统定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。系统组成：1、嵌入式微处理器 2、存储器 3、通用设备接口和I/O接口 特点：1、系统内核小。 2、专用性强。 3、系统精简。 4、高实时性的系统软件。5、嵌入式系统开发需要开发工具和环境。 4个特征：1、用来执行特定功能； 2、以微控制器及周边构成核心； 3、有严格的时序及稳定性； 4、全自动循环操作。嵌入式系统包括：嵌入式硬件与嵌入式软件两部分问题：什么是嵌入式系统？问题：什么是嵌入式系统？Embedded System嵌入式系统嵌入式系统应用

9、领域：n工业控制：工业控制：工业过程控制过程控制、数字机床、电力系统、发电设备、石油化工冶金等系统。n交通管理：交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用。n信息家电：信息家电：嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化。可以通过电话线、网络进行远程控制。n家庭智能管理系统：家庭智能管理系统：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统。 nPOS网络及电子商务：网络及电子商务：公共交通无接触智能卡发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端等，手持一卡就可以行遍天下。 n环境工程与自然：环境工程与自然：水文资料实

10、时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。n机器人：机器人：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。n医疗仪器医疗仪器：n军事武器：军事武器：n消费类多媒体设备：消费类多媒体设备：手机、掌上电脑、游戏机 Embedded System嵌入式硬件嵌入式硬件与与嵌入式软件嵌入式软件嵌入式硬件：嵌入式硬件：CPUROMRAMI/O驱动嵌入式软件：嵌入式软件：AIAODID0PWM操作系统应用程序接口驱动A

11、RM微处理器、X86微处理器（Advanced RISC Machines）DSP数字信号微处理器（digital signal processor）CPLD复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device)单片机单片机（微控制器）（8051、8096等）（Single Chip Microcomputer）（Microcontroler）。LinuxWinCEVxWORKQNX.可定制注：区别于PC机 注：区别于windows嵌入式系统的特殊性复杂的算法：程序可能面对复杂的控制对象，编程人员必须了解相关背景知识。灵活的用户接口：不同产品的人机接口可能都不

12、一样。实时性要求：循环运行的系统必须在规定时间处理并响应外界要求。多重速度匹配：系统可能要同时对速度有要求的多个过程进行处理。量身定做的硬件：考虑到功能、成本、环境等因素，每个系统的硬件都是不一样的。电源： 考虑省电、散热、体积、电力来源等。困难的验证：需要真实的信号与严格的时序。难以观察：调试中可能没有普通微机那样的可视化环境。苛刻的开发环境：微机不能完全模拟仿真，需下装到目标机中运行调试。是否真的可靠：这是挑战性工作。维修与信誉的成本可能非常高。高的开发门槛：对技术人员掌握的技术要求高。需要有微控制器结构、软硬件总线时序与接口技术、实时操作系统、数据处理技术、控制理论、电子电路抗干扰技术等

13、背景知识，高层应掌握传感器技术、人工智能的专业知识。智能仪器的结构智能仪器的核心是微控制器智能仪器的核心是微控制器.基本部分：基本部分：微处理器、微处理器、ROM、RAM、键盘、显示器等。、键盘、显示器等。 特殊部分：特殊部分：模拟量输入、输出，数字量输入、输出，标准的模拟量输入、输出，数字量输入、输出，标准的串行或并行通信接口等。串行或并行通信接口等。另外，智能仪器的键盘、显示器等亦会根据仪器功能、另外，智能仪器的键盘、显示器等亦会根据仪器功能、用途的不同而有别于通用计算机的键盘、显示器等。用途的不同而有别于通用计算机的键盘、显示器等。智能仪器的特点n仪器的功能丰富、性价较高仪器的功能丰富、

14、性价较高n智能仪器具有自校准、自检和自诊断功能智能仪器具有自校准、自检和自诊断功能n智能仪器能实现复杂的运算和控制功能智能仪器能实现复杂的运算和控制功能n智能仪器的人机对话能力强智能仪器的人机对话能力强n单个仪器自动化水平高、多个仪器可构成自动单个仪器自动化水平高、多个仪器可构成自动测试系统测试系统问题：智能仪器有何特点？问题：智能仪器有何特点？单片机芯片单片机芯片nSTC单片机（51单片机）nSTC公司的单片机是基于8051内核指令代码完全兼容传统8051，速度快812倍，带ADC,4路PWM，双串口，加密性好，抗干扰强.nPIC单片机：n是MICROCHIP公司的产品，特点是体积小，功耗低

15、，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好.nEMC单片机：n是台湾义隆公司的产品，与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差.nATMEL单片机（51单片机）：nAtmel公司的AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容；nPHLIPIS 51LPC系列系列单片机（51单片机）：nPHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求.nHOLTEK单片机：n台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但

16、抗干扰较差，适用于消费类产品.nTI公司公司单片机（51单片机）：n德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合n松翰单片机松翰单片机（SONIX）：n是台湾松翰公司的单片机，部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，滤波功能，抗干扰较好。缺点RAM空间过小。n飞思卡尔单片机飞思卡尔单片机n飞思卡尔 8 位单片机系列主要包括 RS08 类、HCS08 类、HC08 类、HC08

17、 汽车类、 HCS08 汽车类。n英飞凌单片机英飞凌单片机n英飞凌单片机的XC82x和XC83x单片机系列经过专门设计，可进一步在各种工业领域内降低系统成本，提高能效。n深联华单片机深联华单片机（51单片机）单片机）n深联华公司的单片机基于8051内核，加密好，速度快812倍，带有62 K FLASH ROM，内置256字节RAM和集成外置1024字节RAM，n台湾新唐科技（华邦电子）台湾新唐科技（华邦电子）（51单片机）单片机）nW79E51单片机，全面兼容AT89C2051/AT89C4051。保密性好、工业级别 -4585、内置高精度RC晶振、data flash。单片机单片机AT89C51微型机系统微型机软件微型机硬件主机外部设备系统软件应用软件CPU存储器输入/输出接口运算器控制器寄存器51单