电子测量技术第12章智能仪器汇编

1、11.1 11.1 智能仪器的特点智能仪器的特点1.1.电子测量仪器是指采用电子技术测量电量或非电量电子测量仪器是指采用电子技术测量电量或非电量的测量仪器。的测量仪器。2.2.而智能仪器是指计算机技术应用于电子测量仪器之而智能仪器是指计算机技术应用于电子测量仪器之中，也就是仪器内部含有微处理器系统。中，也就是仪器内部含有微处理器系统。3.3.智能仪器具有以下一些突出的特点：智能仪器具有以下一些突出的特点： (1)(1)功能较多，应用极其广泛。功能较多，应用极其广泛。 (2)(2)面板控制采用数量有限的单触点功能键和数字面板控制采用数量有限的单触点功能键和数字键输入各种数据及控制信息，按键亦可以

2、多次复用键输入各种数据及控制信息，按键亦可以多次复用( (一键多用一键多用) )，甚至通过一定的键序，甚至通过一定的键序( (键语键语) )进行编程，进行编程，从而使得仪器的使用非常方便，极其灵活而多样化。从而使得仪器的使用非常方便，极其灵活而多样化。 (3)面板显示可以采用各种数码显示器件。面板显示可以采用各种数码显示器件。 (4)常带有常带有GPIB通用接口，有完善的远程输入通用接口，有完善的远程输入和输出能力。和输出能力。 (5)除了能通过接口电路接入自动测试系统中除了能通过接口电路接入自动测试系统中之外，仪器本身具备一定的自动化能力，如自动之外，仪器本身具备一定的自动化能力，如自动量程

3、转换、自动调零、自动校准、自动检查及自量程转换、自动调零、自动校准、自动检查及自动诊断、自动调整测试点等。动诊断、自动调整测试点等。 (6)利用微处理器执行适当或精密的测量算法，利用微处理器执行适当或精密的测量算法，常可克服或弥补仪器硬件电路的缺陷和弱点，从常可克服或弥补仪器硬件电路的缺陷和弱点，从而获得较高的性价比。而获得较高的性价比。11.2 11.2 智能仪器的基本组成智能仪器的基本组成1.1.智能仪器的基本工作原理智能仪器的基本工作原理 从智能仪器发展的状况来看，其基本结构可从智能仪器发展的状况来看，其基本结构可有两种类型，即有两种类型，即: : 微机内藏式微机内藏式, , 微机扩展式

4、微机扩展式。(1)(1)微机内藏式结构框图微机内藏式结构框图(2)(2)微机扩展式原理框图微机扩展式原理框图2.外总线外总线 外总线又称通信总线，它用于微计算机仪器与外总线又称通信总线，它用于微计算机仪器与外部系统之间的通信联系。目前所通用的标准有外部系统之间的通信联系。目前所通用的标准有RS-232C、GP-IB、CAMAC等。等。 RS-232C串行接口是微机系统中常用的外部总线串行接口是微机系统中常用的外部总线标准接口，它以串行方式传送信息，是用于数据通标准接口，它以串行方式传送信息，是用于数据通信设备（信设备（DEC）和数据终端设备（）和数据终端设备（DTC）之间的串）之间的串行接口总

5、线。行接口总线。 RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于离不大于15m；传送速率最大为；传送速率最大为20kbs；负逻辑电；负逻辑电平平:“1”:-5V -15V, “0”:+5V +15V 。 采用采用RS-232C总线进行串行通信时需外接电平转换总线进行串行通信时需外接电平转换电路。电路。3.3.内总线内总线 内总线又称板级总线或系统总线，它是微机系内总线又称板级总线或系统总线，它是微机系统内部各印刷板插件之间的通信通道。从功能上可统内部各印刷板插件之间的通信通道。从功能上可分为数据总线、地址总线及控制总线三种。分为数据总线、地址总线

6、及控制总线三种。11.3 11.3 S-100和STD总线1. S-100总线总线 美国美国IEEE（美国电气及电子工程师协会）对（美国电气及电子工程师协会）对S-100经多次修改，于经多次修改，于1979年颁布了年颁布了IEEE-P696（S-100 ）微机标准总线的推荐标准。此标准可）微机标准总线的推荐标准。此标准可适用于各种适用于各种8位及位及16位微机，可以支持高达位微机，可以支持高达16MB的存储器及的存储器及64KB的输入输出端口，其中的输入输出端口，其中S-100总线的总线的100条线可分为下列条线可分为下列7组：组： (1) 数据线数据线16条。即条。即DI0-DI7和和DO0

7、-DO7。 (2) 地址线地址线24条。即条。即A0-A23。 (3)状态线状态线8条。这条。这8条状态线都是用小写的条状态线都是用小写的s开头开头sMEMR、sMI、sINP、sOUT、sWO、sINTA、sHLTA和和sXTRQ。这。这8条状态线用于说明总线周期条状态线用于说明总线周期的类型。的类型。 (4)控制输出线控制输出线5条。这条。这5条控制输出线用小写的条控制输出线用小写的p字开头，用于总线周期的定时和数据选通。这字开头，用于总线周期的定时和数据选通。这5条条控制输出线是：控制输出线是：pSYNC、pSTVAL、pDBIN、pWR和和pHLDA。 (5) 控制输入线控制输入线6条

8、。这条。这6条控制输入线是从设备条控制输入线是从设备向主设备发出请求信号的控制线，即：向主设备发出请求信号的控制线，即：RDY、XRDY、INT、NMI、HOLD、SIXTN。 (6) DMA控制线控制线8条。这条。这8条条DMA控制线与保持控制线与保持请求信号请求信号HOLD、保持响应信号、保持响应信号pHLDA配合使用，配合使用，可用于管理多个暂时性主设备提出的控制总线的要可用于管理多个暂时性主设备提出的控制总线的要求，和实现总线控制权的转移。这求，和实现总线控制权的转移。这8条条DMA控制线控制线是：是：DMA0、DMA1、DMA2、DMA3、ADSB、DODSB、SDSB和和CDSB。

9、其中。其中DMA0DMA3这这4条条线用于表示线用于表示16个暂时性主设备的优先权位编码。个暂时性主设备的优先权位编码。 (7)矢量中断线矢量中断线8条。这条。这8条矢量中断线与中断请条矢量中断线与中断请求线求线INT配合，用来管理配合，用来管理;级中断请求优先权。这级中断请求优先权。这8条条线是线是VI0VI7 ，其中，其中VI0具有最高的优先权。具有最高的优先权。 (8)电源线和地线共电源线和地线共9条。条。 (9)其他用途的信号线其他用途的信号线16条。条。2. STD总线总线(1)STD总线特点总线特点 STD总线模板上的元器件都要经过严格的检验总线模板上的元器件都要经过严格的检验和测

10、试，因此，和测试，因此，PRO-LOG公司的公司的STD总线产品平均总线产品平均无故障间隔（无故障间隔（MTBF）可达数十年。）可达数十年。 兼容式的总线结构。总线可灵活地扩充、升兼容式的总线结构。总线可灵活地扩充、升级，而原有的结构、器件仍可被利用，这有效地避级，而原有的结构、器件仍可被利用，这有效地避免了因系统升级换代或更换免了因系统升级换代或更换CPU种类而需要更换总种类而需要更换总线结构所造成的重复投资，大大提高了系统生存周线结构所造成的重复投资，大大提高了系统生存周期的延续性。期的延续性。 小板结构、开放式的灵活组态。所有模板的标小板结构、开放式的灵活组态。所有模板的标准尺寸为准尺寸

11、为165.5mm 114.3mm。 产品配套、功能齐全。产品配套、功能齐全。 软件的开发环境。软件的开发环境。(2)STD总线规范总线规范 STD总线共有总线共有56根线根线(引脚引脚)，可分为五个功能组：，可分为五个功能组： 逻辑电源线，引脚逻辑电源线，引脚1 6； 数据总线，引脚数据总线，引脚7 14； 地址总线，引脚地址总线，引脚15 30； 控制总线，引脚控制总线，引脚31 52； 辅助电源线，引脚辅助电源线，引脚53 56.11.4 11.4 智能仪器设计 智能仪器设计包括两大部分，即硬件设计和软智能仪器设计包括两大部分，即硬件设计和软件设计。件设计。 1、方案设计、方案设计 选择总

12、体方案。选择总体方案。 根据总体方案设计出各单元电路。根据总体方案设计出各单元电路。 硬件和软件功能划分要明确。硬件和软件功能划分要明确。 性能指标要能满足整机功能的要求，避免过多性能指标要能满足整机功能的要求，避免过多的功能闲置不用，使性价比较高。的功能闲置不用，使性价比较高。 整机结构要布局合理，层次分明。整机结构要布局合理，层次分明。 货源要充足，多元化，供应要稳定可靠，有利货源要充足，多元化，供应要稳定可靠，有利于批量和大量生产。于批量和大量生产。2、硬件设计、硬件设计 主要硬件设计包括以下几个方面主要硬件设计包括以下几个方面: 微处理器、单片机电路设计，主要包括时钟电微处理器、单片机

13、电路设计，主要包括时钟电路、复位电路、供电电路等。路、复位电路、供电电路等。 扩展电路设计，主要包括程序存储器、数据存扩展电路设计，主要包括程序存储器、数据存储器、储器、I/O接口电路和其他功能器件扩展电路等。接口电路和其他功能器件扩展电路等。 输入输出通道设计，主要包括传感器电路、输入输出通道设计，主要包括传感器电路、各种放大电路、多路开关、各种放大电路、多路开关、AD转换器、转换器、DA转换转换器、开关参量接口电路、驱动及执行机构等。器、开关参量接口电路、驱动及执行机构等。 控制面板设计，主要包括人机对话功能，控制面板设计，主要包括人机对话功能，如开关、按键、键盘、显示器、语音电路及报警如

14、开关、按键、键盘、显示器、语音电路及报警电路等。电路等。 了解和掌握智能仪器的应用环境条件，如了解和掌握智能仪器的应用环境条件，如温度、湿度、震动、供电电压现场干扰与工作现温度、湿度、震动、供电电压现场干扰与工作现场等，以及采用何种措施防止干扰和进行保护等。场等，以及采用何种措施防止干扰和进行保护等。3.软件设计软件设计 智能仪器应用系统的软件包括数据采集和智能仪器应用系统的软件包括数据采集和处理程序、控制算法实现程序、人机联系程序和处理程序、控制算法实现程序、人机联系程序和数据管理程序等。软件设计尽量采用标准化、数据管理程序等。软件设计尽量采用标准化、模块化、子程序化。模块化、子程序化。 在做具体程序设计时，常采用模块化结构，在做具体程序设计时，常采用模块化结构，即将功能完整、长度较长的程序分解成若干相对即将功能完整、长度较长的程序分解成若干相对独立、长度较小的模块，或称为子程序，然后分独立、长度较小的模块，或称为子程序，然后分别进行编写、调试。主程序和中断服务程序一旦别进行编写、调试。主程序和中断服务程序一旦需要，则进行调用。需要，则进行调用。在划分子程序模块时，应注意以下几点：在划分子程序模块时，应注意以下几点： 每个模块不宜太长，以便检查和修改方便。每个模块不宜太长，以便检查和修改方便。 每个模块在逻辑上相对独立，模块之间的每个模块在逻辑上相对独立，模块之间的