智能仪器与虚拟仪器仪表复习题

1、传感器温度传感器常采用了热敏电阻，一般用半导体材料做成，可以分为负温度系数热敏电阻ntc和正温度系数热敏电阻ptc，临界温度系数热敏电阻三种 。ntc和 ptc的特征曲线如图热敏电阻全桥电路分析+15 vc10.1 ufr72 0k1 00 kr1 27r83r1 4r1 65.1 ku16+5v21 0k51k8j11op0740.1u f+15 v21+15 vc5+15 vc73-15vc2r2r50.1ufh1270/3wr32 7k0.1 u f22 kk1377r2 2lsw-hld1r1 12r1 8r1 92r2 3uo4 7ku36u461red32 k5.1 k32 k+1

2、5 v882r12.7 k11op074op074c8r4r6c31 003 k0.1uf-15 vc6r2 1-1 5 v0.1 uf0.1 u f2 k7r1 3j2222 0kr1 5r1 71r1 0u26331 0k51k5.1 k8-5v+5vr2 41r2 0r94op072 krw2 k1 00 k1 0k-15vc4d2d30.1uf3.2v3.2 vr2 用作加热电阻，r3 为负温度系数热敏电阻ntc，用来检测加热温度的变化，r3、r4、r5、r6 组成全桥电路， 当 j1 的 1-2 端、j2 的 1-2 端断开时， 则桥路后面的精密仪器放大器的输入电压为 0，此时可以通

3、过调节电位器rw对放大电路进行调0；当 j1 的 1-2 端、j2 的 1-2 端接通时，则桥路的输出电压信号经放大调理电路放大，从而在uo 的输出端得到随加热温度变化而变化的电压信号。 d2hed3 是稳定 0 漂。1.区分三种电桥的特点全桥好单臂电桥半桥全桥性能实验.霍尔传感器开关型霍尔传感器和模拟量霍尔传感器，开关型霍尔传感器当磁钢（磁铁） 转到传感器正下方时，传感器输出低电平，反之输出高电平。原件为三个引脚：小瓷片靠近霍尔元件的正面，霍尔元件传感器输出低电平。光电传感器光电式传感器传感器有反射型和透射型两种，透射型的传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源通过转盘上开的孔透射后由光

4、电二极管接受转换成电信号，在转盘上有孔， 转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲， 将电脉冲计数处理即可得到转速值。 反射型的发光管和光电管是做在一起的。模拟多路开关如图功能mpc508 （ u1 ）为 8 通道多路开关：inn(n= 18) 为 8 通道模拟量输入端， a0 、a1 、a2 为通道选择控制端， en 为使能端，它们之间的关系见真值表 8-1 所示。 要访问 mpc508 多路开关，.可编程增益放大器ad526 （u2 ）为可编程增益放大器a2、a1、a0、b 四端为控制增益的代码输入端，cs、 clk 为使能端， vin 端为信号输入端，vout端为信号输出端，它们之间的关系见真

5、值表9-1，通过编程可以很方便的设置1、 2、4、 8、16 不同的增益。表 9-1a/d 转换ad774b （ u5 ）为 12 位逐次逼近型快速 a/d 转换器，其转换速度最大为 8 s，其引脚 图 10-1 及主要功能说明如下：vlogic ：数字逻辑部分电源+5v.12/ 8 ：数据输出格式选择信号引脚。当12/ 8 =1（ +5v ）时，双字节输出，即12 位数据同时有效输出，当12/ 8=0 （ 0v ）时，为单字节输出，即只有高8 位或低 4 位有效。cs ：片选信号端，低电平有效。a 0 ：字节选择控制线。r/ c ：读数据 /转换控制信号，当r/ c =1， adc 转换结果

6、的数据允许被读出；当r/ c =0时，则允许启动a/d 转换。ce：启动转换信号，高电平有效。vcc 、 vee ：模拟部分供电的正电源和负电源，为12v 或15v 。ref out ：10v 内部参考电压输出端ref in ：内部解码网络所需参考电压输入端ref off：补偿调整。接至正负可调的分压网络，以调整adc 输出的零点。10 vin 、 10 v in ：模拟量10v ，20v 量程的输入端口，信号的一端接至ag 引脚。dgnd ： 数字公共端（数字地）agnd ： 模拟公共端（模拟地）db 0 db 11 ：数字量输出sts： 输出状态信号引脚。转换开始时，sts 达到高电平，转

7、换过程中保持高电平。转换完成时返回到低电平。sts 可以作为状态信息被cpu 查询， 也可以用它的下降沿向cpu 发中断申请，通知a/d 转换已完成，cpu 可以读取转换结果。2、当 a/d 转换结束后，先能读入 a/d 转换后的 12 位数据中的低 8 位；后读入 a/d 转换后的 12 位数据中的高 4 位。d/a 转换实验模拟量的输入端：13、 14 脚db0db11 连接单片机。例题.ad7541a （u4）为 12 位 d/a转换器，主要功能说明如下：bit1 bit12： 12 位数字量输入端out1： d/a 转换电流输出 1。当 dac的 bit1 bit12 全为 1 时，输

8、出电流最大，全为0 时输出 0；out2：d/a 转换电流输出2。out1与 out2输出端电流之和为一常数。vref in ：参考电压输入端r feedback ：反馈电阻输入表 11-1图 11-1数码管静态动态显示液晶显示器的种类：字符屏、汉字屏（带字库与不带字库）、单色、多色键盘键查询子程序流程框图.rs232通信单片机串行口经 max232器件进行电平转换后，与 pc 机串行口相连。 pc机使用串口调试应用软件：串口调试 .exe, 实现上位机与下位机的通信。 max232 pc机 ps232 电平转为 uars485通信单片机串行口经max485器件进行电平转换后，再经过“rs48

9、5到 rs232 转换器”与pc机串行口相连。直流电机转速直流电机在应用中有多种控制方式，对直流电机的驱动控制主要采用电枢控制驱动：即控制加在电枢两端电压的大小变化, 以控制电机的转速大小。由 pwm信号形成器与晶体管功率放大器电路；由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号进行转速测量。pwm脉冲电信号直流数字电压表实验主程序流程框图t1定时中断子程序流程框图温度测量（传感器为热敏电阻）.主程序流程框图t0定时中断子程序流程框图数据采集卡1数据采集卡的组成（ 1）多路开关多路开关将各路被测信号轮流切换到放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。（ 2）放大器放大器将前一级多路开关切换进入待采集

10、信号放大（或衰减） 至采样环节的量程范围内。通常，实际系统中放大器做成增益可调的放大器，设计者可根据输入信号幅值的不同，选择不同的增益倍数。（ 3）采样 / 保持器采样 / 保持器取出被测信号在某一瞬时的值（即信号的时间离散化）并在a/d 转换过程中保持信号不变。（ 4） a/d 转换器a/d 转换器将输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。一般来讲，通常将采样 / 保持器同 a/d 转换器集成在一块芯片上。（ 5） d/a 转换器d/a 转换器将计算机输出的数字量转化为模拟量输出。（ 6） i/o 口一般数据采集卡都集成了数字量输入端和数字量输出端。2数据采集卡的性能指标（ 1）

11、模拟信号输入部分模拟输入通道数该参数表明数据采集卡所能采集的最多的信号路数。.信号的输入方式被测信号的输入方式有：单端输入：即信号的其中一个端子接地。差动输入：即信号两端均浮地。单极性：信号幅值范围为0 a， a 为信号最大幅值。双极性：信号幅值范围为a a。一般的数据采集卡都设有信号输入方式参数的选择和设置，设计者可根据实际需要进行选择。模拟信号的输入范围根据信号输入方式的不同（单极性输入或双极性输入） ，有不同的输入范围。如对单极性输入，典型值为 0 10v；对双极性输入，典型值为 5v +5v。放大器增益放大器增益是采集卡固有参数，可以由设计者设置。模拟输入阻抗模拟输入阻抗是采集卡固有参

12、数，一般步由设计者设置。2 a/d 转换部分（ 1）采样速率采样速率是指在单位时间内数据采集卡对模拟信号的采集次数，是数据采集卡的重要技术指标。由采样定理， 为了使采样后输出的离散时间序列信号能无失真地复原输入信号，必须使采样频率 f s 至少为输入信号最高有效频率f max的两倍，否则会出现频率混乱误差。实际系统中，为了保证数据采集精度，一般由下列关系：f s =（ 7 10） f max n式中： n 为多通道数采系统的通道数；f s 为采样频率； f max 为信号最高有效频率。（ 2）位数0v 增至满量程 u=u 时，一个12 位位数是指 a/d 转换器输出二进制的位数。当输入电压由h

13、(b=12)a/d 的数字输出由12 个“ 0”变为 12 个“ 1”，共计变化2 b 个状态，故a/d 转换器产生一个最低有效位数字量的输出改变值，相应的输入量umin=1/lsb=q 可由下式计算：1lsb=q= u h2b式中： q 为量化值； uh a，为满量程输入电压，通常等于a/d 转换器的电源电压。（ 3）分辨率和分辨力这两项指标数据采集卡可分辨的输入信号最小变化量。分辨率一般以a/d 转换器输出的二进制或 bcd码位数表示，分辨力为1lsb（最低有效位数） 。（ 4）精度.精度一般用量化误差表示。量化误差e 为 1lsb：2|e|=1 lsb= 1 q=u h22b 123 d

14、/a 转换部分（ 1）分辨率分辨率是指当输入数字发生单位数码变化即1lsb 时，所对应输出模拟量的变化量，通常用d/a 转换器的转换位数b 表示。（ 2）标称满量程标称满量程相当于数字量标称值2 b 的模拟量。（ 3）响应时间数字量化后，输出模拟量稳定到相应数值范围内（0.5lsb ）所经历的时间称为响应时间。虚拟仪器虚拟仪器由三大功能块组成：信号的采集、数据的处理、结果的输出，所以可以按照“信号的调理与采集数据的分析和处理结果的输出及显示”的结构模式来建立。1信号的调理和采集功能对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能， 此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成，本实验台提供三个工业上使用

15、的高精度传感器。名称精度等级输入标称值输出标称值响应时间直流电压传感器0.250v5v15s交流电压传感器0.1500v3.5v15s交流电流传感器0.15a1v15s为了使所有传感器输出一致，交流电压传感器和交流电流传感器在电路上增加了一级运放电路，使输出为5v （在出厂前已调好） 。2数据分析和处理功能虚拟仪器通过软件实现对输入信号的分析处理，如数字滤波、统计处理、数值计算、信号分析、数据压缩等数字信号处理。本实验台提供数据采集卡支持labview 、 vb 、 vc 等虚拟仪器软件开发平台。3结果的输出及显示此项设计应考虑界面友好美观，操作方便。4虚拟仪器的软件设计过程虚拟仪器程序设计主

16、要包括前面板的设计、软件源程序的设计以及程序的调试。.（ 1） 前面板设计：因为用户使用虚拟仪器时所观察到的就是前面板，并在前面板中执行对仪器的操作，所以应根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要实现的功能来设计前面板。（ 2） 软件源程序的设计：设计好前面板后，虚拟仪器还不能正常工作，只有在创建了软件源程序以后程序才能真正运行。（ 3） 程序的调试：当前面板和源程序设计好以后，程序执行过程中可能会遇到很多方面的错误，因此要对程序进行调试。5虚拟仪器的软件设计思路一般的虚拟仪器设计流程为：开始 数据采集 数据处理 数据显示 结束。（ 1）数据采集当用数据采集卡测量模拟信号时，必须考虑下列因素：输

17、入模式（单端输入）、分辨率、输入范围、采样速率、精度等。输入范围是指adc能够量化处理的最大、最小输入电压值。数据采集卡提供了可选择的输入范围，它与分辨率、增益等配合，以获得最佳的测量精度。采样速率取决于模/ 数变换的速率，采样速率的选择还需考虑输入信号频率。（ 2）数据处理数据处理包括直流信号、交流信号的处理两部分，直流信号处理比较简单，可以用多次采集后用求平均值的方法，交流信号处理比较复杂，方法也比较多。（ 3）数据显示数据显示主要通过前面板的显示窗口来体现数据采集和数据处理后测量值。用 vb 编程语言设计虚拟仪表的思路：（ 1）前面板设计用 vb 开发软件设计的一个交流电压表和交流电流表

18、的前面板，在这面板上设计了数据显示窗口，此窗口由指针式显示和数码管式显示两个功能，仪表的量程选择框，通道选择框，采样频率、采样点和输入范围选择框。通道选择框选择输入数据采集卡上模拟信号的输入通道。采样频率选择框对输入模拟信号的采样频率，采样点选择框在采样频率确定后决定了对信号采样的周期数（对周期信号而言） 。数据显示窗口控件为我公司自主开发的用于虚拟仪表显示的控件，可用于vb 、 vc 、 c+ 、delphi 等编程语言，提供12 种表的显示类型。（ 2）软件源程序设计在本实验上提供两个用 vb 编写的虚拟仪表程序范例， 一个是直流电压表设计范例， 另一个为交流表设计范例。labview开发

19、软件设计虚拟仪表的思路labview 的编程方法式一种面向对象的编程思想。用 labview编制的程序由许多相互联系的对象组成， 这些对象按照程序流程的需要连接。程序运行时， 数据流向就依照对象间的连接关.系以及 象的各个端子起作用的 序 行，因此用labview 制的框 程序，同 也就是一 数据流程 。 针对 labview 形化 程 言的特点， 虚 表的框 可以按以下步 行：描述任 ， 程序流程；作程序分析， 了 主程序易 ， 考 将程序中的某些部分作成子vi ，然后在主程序中 用； 具体需要， 相 象的特性 一步 或修改；按程序流程用 接各 象；用 labview 提供的各种程序 工具

20、源程序，直到达到 期要求。虚拟示波器实验1虚 示波器的 成及功能图 30 1 所示的框 明了具有 功能的虚 示波器的原理框 。图 30 1 具有 功能的虚 示波器的原理框 在 30 1 所示的框 中， 算机 采集卡 出指令， 启 采集卡， 算机将采集的信号数据 行存 、 理和 示，从而 虚 示波器。采集卡将被 信号 离散的数字信号， 并保存在 算机的数 中。 算机通 虚 器开 件将保存在数 中的离散数字信号 示在 形控件中。虚 示波器既可以 示随 化的函数波形， 又可以通 数据采集卡 示 被 信号的波形。2 示随 化的函数虚 示波器在 示随 化的函数波形 ，首先将其离散化，得到离散的函数 序列

21、，下面以随 化的正弦函数 例， 明虚 示波器 示随 化函数的方法。 有正弦函数y( t ) =sin(wt) ，将其离散化，有y i t =sin(2 3.1415 i t ) i=0,1,2,3,t其中：t 相 两个离散 之 的 隔；t 函数周期。将 y i t 在示波器上逐点 示 接，就得到正弦函数的波形。被 信号 示 ， 数据采集卡采集被 信号，得到一 离散的信号 ，存放在一个数 中（例如数字y1000 中），在 形控件上逐点 示。3数据采集卡的 程框 数据采集卡的 程主要包括数据采集卡的通道 置、 方式和采集点 置的 程。二、了解 元及虚 器 表的构成.所需实验设备：信号接口挂箱、传感器挂箱，数据采集卡。必考数据采集卡是构成虚拟仪器的关键硬件。在测量一个实际的物理信号时，必须用一个传感器或转换器把物理信号（如温度、压力等非电量信号）转化为电信号（如电压、电流信号），再通过一个信号调理电路对这些电信号进行处理（如滤波、放大等），然后经过ad 转换，将模拟信号转换成计算机可以处理的数据信号，由虚拟仪器软件进行计算、分析、显示，并储存结果。本实验台采用的daq 硬件是台湾凌华（adlink ）公司生产的pci 总线的多功能数据采集卡 pci-9111dg ，能够实现模 /数转换 (adc) 、数 /模转换（ dac ）