智能仪器及接口技术思考题及答案
一、判断题：
1）、智能仪器的数据采集系统是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装臵。√
2）数字式传感器的输出一般为数字信号。×
（3）、仪用放大器可同时满足对放大器的抗共模干扰能力、输入阻抗、闭环增益的时间和温度稳定性等不同的性能要求√
（4）、一般而言，模 / 数转换器的分辨率越高，其转换时间会更长√
（5）、在数据采集系统中，设计的动态范围越大，则其分辨率就越高×
（6）、与比较型模 / 数转换器 (ADC) 对比，积分型 ADC 应用于速度更高的场合×（7）、Σ - Δ A/D 变换器由于采用了过采样技术和Σ - Δ调制技术，增加了系统中数字电路的比例，减少了模拟电路的比例，因而能够以较低的成本实现高精度的 A/D 变换器，适应了 VLSI 技术发展的要求。√
（8）、模 / 数转换器的位数与其分辨率成正比。×
（9）、数据采集系统精度是指当系统工作在额定通过速率下，系统采集的数值和实际值之差，它表明系统误差的总和。√
10）解决多通道的串音问题的有效方法就是引入采样 / 保持器。×
11）非编码键盘是通过硬件直接提供按键读数的。×
12）LCD显示器有静态驱动和叠加驱动两种驱动方式，这两种驱动方式可在使用时随时改变。×
13）触摸屏既可以作为输入设备，也可以作为输出设备。√
14）RS232通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485短。×
15）USB协议为设备定义了2种供电模式：自供电和总线供电。在自供电模式下，USB设备不需要任何外接电源设备。×
16）、PTR2000无线MODEM采用的是FSK调制模式。√
17）一般USB系统的基本架构分为USB主机控制器/根集线器、USB集线器和USB设备三个主要的部分。√
18）RS-232、RS-485串行总线可以直接与具有串行口的微控制器如89C51相连。×
19）PC上USB主机的驱动程序包括USB设备驱动程序、USB核心驱动程序和USB主控制器驱动程序。√
20）单片机对非编码键盘的控制可以采用程序控制扫描、定时扫描和中断扫描三种方式。√21）D/A转换器可以直接与单片机的三总线相连。×
22）LCD静态驱动和LED的静态驱动都是用直流驱动。×
23）矩阵式非编码键盘的优点是节省I/O口。√
24）RS232通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485短。×
25）触摸屏只能做输入设备。×
26）虚拟仪器就是不需要任何硬件资源，所有的功能只须用软件实现。×
27）仪器随机误差完全由外部干扰所致，与仪器本身无关。×
28）只依据随机误差统计规律选择滤波算法，不必考虑信号特征。×
29）仪器量化误差（噪声）是随机误差。√
30）因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。√
31）智能仪器的可用性是指仪器能按要求正常工作的概率，也就是仪器的使用效率。√
32）可靠率是指在规定条件下智能仪器完成所规定任务的成功率×
33）智能仪器可靠的电路设计包括采用简化设计，采用标准器件，增加瞬态及过应力保护、减少电路设计中的误差和错误等内容。√
34）消除干扰是提高智能仪器软件可靠性的一种方法，有平滑滤波、脉冲宽度识别、设臵软件陷阱等方法√
35）智能仪器中的噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果。√
36）根据产生干扰的物理原因，干扰可以分为内部干扰和外部干扰两种类型。×
37）从干扰表现形式分类，主要有差模干扰和共模干扰两种。×
38）消除或抑制噪声源，是最积极主动的措施，它能从根本上消除或减小干扰。√
39）电磁屏蔽是用来防止低频电磁场对智能仪器的影响，采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频电磁场对金属屏蔽层的作用，在屏蔽金属内产生电涡流，由涡流产生的磁场抵消或减弱干扰磁场的影响，从而达到屏蔽的目的。×
40)负载干扰主要是指负载电路在接通或断开瞬间产生的大冲击电流和高冲击电压，形成电磁
辐射干扰和传导干扰，它会影响智能仪器系统的正常工作。√
41)“转换速度”这一指标仅适用于A/D转换器，D/A转换器可以忽略不计转换时间×
42) “数字量”与“开关量”的含义没有什么区别。×
43) ADC0809可以利用“转换结束”信号EOC向CPU发出中断请求。√LCD显示器的优点是耗
电小。√
45) 矩阵式非编码键盘比编码键盘的查询软件简单。×
46）RS-232标准采用的是同步通信方式。×
47）各种常用的滤波算法不能组合使用。×
48）RS485采用差动传输，其最大传输距离可达1200米。√
49）USB根集线器只能具有控制传输方式。×
50）带有采样/保持器的数据采集系统，其采样频率可以不受限制。×
二、选择题：
(1) 多通道数据采集系统的框图如图1所示。其中
（1）--（6）各部分的组成为：_B___
A、放大器、A/D转换器、采样/保持器、D/A转换器、计算机、显示器
B、传感器、多路开关、放大器、采样/保持器、A/D转换器、计算机
C、传感器、多路开关、放大器、D/A转换器、A/D转换器、计算机
D、放大器、多路开关、采样/保持器、A/D转换器、D/A转换器、计算机
2) 假设数据采集系统输入的信号为U=Umsinωt。如果在转换时间tconv内，正弦信号电压的最大变化不超过1/2LSB所代表的电压，则在Um=FSR条件下，数据采集系统可采集的最高信号频率为：C___
A、 B、C、D、
3) 一般来说，数据采集系统的组成包括：A___A、传感器、调理电路、数据采集电路B、传感器、调理电路、数据存储单元C、感器、数据存储单元、数据采集电路D、调理电路、数据存储单元、数据采集电路
4) USB总线是一种：_D___a、串行总线B、支持即插即用设备的总线C、可给外设提供电源的总线D、上述三者
5) RS-232总线、RS485总线、USB总线、IEEE1394总线中传输距离最长的是：_B___
A、RS-232
B、RS-485
C、USB
D、IEEE1394
6) 若需要采样/保持器既能快速的跟踪，又能长时间的保持，可采用两级级连的方式，这两级的保持电容应该选择为：_A___ A、小电容和大电容B、小电容和小电容C、大电容和小电容D、大电容和大电容
7) 如果一个数据采集系统，要求有1%级精度性能指标，在设计该数据采集系统时，应按照__B__级精度选择系统的各个器件。 A、1% B、0.1% C、10% D、0.01%
8) 一个3位半的A/D转换器的分辨率相当于__C__位的二进制A/D转换器。A、13 B、12 C、11 D、10
9) 若某测温系统的温度测量范围是50℃~100℃，采用8位A/D转换器转换成数字量。设当温度为100℃时，A/D转换器的输出为FFH；而当温度为50℃时，A/D转换器的输出为33H；那么，当A/D转换器的输出为99H时，对应的温度值是:__B__℃ A、90 B、75 C、80 D、85
10) RS-232总线、RS485总线、USB总线、IEEE1394总线中传输速度最快的是：_D___
A、RS-232
B、RS-485
C、USB
D、IEEE1394
11) 在开发USB系统的时候，首要的任务是利用_B___实现设备的枚举过程，提供各种设备信息。
A、中断传输
B、控制传输
C、同步传输
D、批量传输
12) 在常用的4种触摸屏中，反应速度最慢的是：B___
A、电阻式触摸屏
B、红外式触摸屏
C、电容式触摸屏
D、表面声波式触摸屏
13) 在下面几种串行数据传输总线中，没采用差动传输的是：_C___
A、USB
B、RS-422
C、RS-232
D、RS-485
14) USB总线提供了___D_ 速度模式。A、1.5Mbp B、12 Mbps C、480 Mbps D、上面所有的
15)若非编码矩阵键盘的列线外接下拉电阻，该矩阵的扫描码应是：__A__
A、行线输出高电平
B、列线输出高电平
C、行线输出低电平
D、列线输出低电平
16) 既插既用技术包含热插拔和自动识别配臵。USB全速设备主要是通过A____来实现这一技术。
A、设备端的D+接1.5KΩ上拉电阻
B、设备端的D-接1.5KΩ上拉电阻
C、设备端的D+接1.5KΩ下拉电阻
D、设备端的D-接1.5KΩ下拉电阻
17) 在USB数据通信结构中，域、包、事务和传输的关系是__D__（前面的包含后面）。
A、域、包、事务、传输
B、包、域、事务、传输
C、事务、域、传输、包
D、传输、事务、
包、域
18) 当采用线反转法进行按键识别时，这时的键盘接口应：C____
A、行线接上拉电阻
B、列线接上拉电阻
C、行列都接上拉电阻
D、行列都不接上拉电阻
19) 点阵字符式LCD显示模块的D0~D7管脚:_A___
A、可以直接与CPU的数据总线相连
B、必须经过锁存器与CPU的数据总线相连
B、必须经过三态门与CPU的数据总线相连D、必须经过带锁存的三态门与CPU的数据总线相
连
20)在USB系统软件中，与USB控制器硬件打交道的是：C____
A、USB设备驱动程序
B、USB核心驱动程序
C、USB主控制器驱动程序
D、USB用户软件
21)采集数据中含有脉冲性干扰，信号为直流，请选择滤波算法：__D__
A、算数平均法
B、加权平均法
C、限幅滤波法
D、去极值平均法
22)测量数据序列中含有粗大误差，如果选用拉依达准则滤波算法，数据序列长度最少个数为:_B__
A、 30
B、10
C、7
D、任意
23) 设采集数据由信号加噪声构成，根据什么确定滤波算法：_B___A、噪声统计规律B、信号特征和噪声统计规律C、信号特征D、只能用多种滤波算法试验，由处理效果确定
24)中值滤波算法最适合提取随机干扰中的哪类信号：__C__
A、直流信号
B、正弦信号
C、单调上升或单调下降信号
D、脉冲信号
25) 指出下列误差哪个不是系统误差：B____
A、仪器中放大器增益变化引起的误差
B、仪器电源纹波过大引起的误差
C、传感器非线性关系按线性关系处理引起的误差
D、工作环境温度变化引起的误差
26) 下面列出的系统非线性误差校正方法中，哪种不需要已知数据：_C___
A、代数插值法
B、最小二乘拟合法
C、校正函数法（或反函数法）
D、查表法
27) 采用分段线性插值法，设段数为4，最少需要几对（Xi，Yi）已知实验数据？A、5B、4C、10D、8
28) 检测直流电压信号由于50Hz工频干扰使测量数据呈现周期性波动。设采样周期Ts=1ms，采用算数平均滤波算法，消除工频干扰。选择平均点数N：( B ) A、10B、20C、30D、50
29) 某智能温度测量仪采用8位ADC，测量范围为10～100℃，仪器采样数据经滤波和非线性校正后的数字量为0028H。A0=10℃，Am=100℃，Nm=FFH=255，Nx=28H=40。则对应的实测温度是：:__D__℃
A、28
B、37
C、22
D、24
30) 仪器采集数据中存在随机误差和系统误差，基本数据处理顺序是：_B___
A、系统误差消除→数字滤波→标度变换
B、数字滤波→系统误差消除→标度变换
C、标度变换→系统误差消除→数字滤波
D、数字滤波→标度变换→系统误差消除
31) 智能仪器出现故障率平均最小的时期是：_B___
A、早期故障期
B、偶然故障期
C、耗损故障期
D、不确定
32) 下列概念不属于智能仪器可靠性的是：_D__
A、可靠率和失效率
B、平均修复时间和可用性
C、平均故障间隔时间
D、智能性
33) 要提高智能仪器的可靠率，必须采取各种措施，下列给出的措施中 _A___是十分重要的。
A、提高和改善元器件的可靠性
B、设计合理方案
C、提高整机工艺
D、注意保养
34) 影响智能仪智能器硬件可靠性的因素是：_A___
A、元器件的可靠性、工艺、电路结构、环境因素以及人为因素
B、元器件的可靠性、电源、电路结构、环境因素以及人为因素
C、元器件的可靠性、电源、电路结构、环境因素以及CPU种类
D、元器件的可靠性、工艺、电路结构、环境因素以及CPU种类
35) 程序验证技术是提高智能仪器软件可靠性的一种方法，该技术不包括：C_
A、程序正确性证明
B、程序的自动证明
C、程序的优化技术
D、程序测试技术
36) 智能仪器中噪声形成干扰作用的三要素是:_B___
A、噪声源、发射电路、接收电路
B、噪声源、耦合通道、接收电路
B、声源、耦合通道、发射电路 D、发射电路、耦合通道、接收电路
37) 从干扰出现的区域分为内部干扰和外部干扰两类，下列干扰__C__是内部干扰。
a)电网电压波动B、电磁辐射C、交叉电路D、高压电源漏电
38) 由于两根导线在较长一段区间平行架设，从而相互耦合形成干扰，这种耦合属于:__A__。
A、互感耦合
B、漏电耦合
C、传导耦合
D、辐射电磁场耦合
39) 抑制电磁干扰有多种措施，只有在对电路要求高且采用多层屏蔽的条件下，才采用:_D___
A、隔离技术
B、滤波技术
C、对称电路
D、浮臵技术
40) 在智能仪智中A/D转换的抗干扰技术包括：__D__
A、对差模干扰的抑制
B、对共模干扰的抑制
C、采用软件方法提高A/D抗干扰能力
D、以上
三种都包括
41) 智能仪器基本组成结构可以有下面的几部分，它
们分别为：_b___
A、C PU，ROM，I/O，RAM，模入通道，模出通道
B、
CPU，ROM，RAM，I/O，模入通道，仪器面板C、CPU，D/A，A/D，I/O，外部通信，仪器面板D、CPU，I/O，键盘，显示，外部通信，模出通道
42) 采样保持器的作用是：__c
A、提高系统的采样速率
B、保持系统的数据稳定
C、保证在模数转换期间ADC前的模拟信号保持不变
D、使ADC前信号能跟上模拟信号的变化
43) 采样保持器的保持电容的大小：_b___
A、影响捕捉时间
B、影响孔径时间
C、影响孔径抖动
D、影响馈送
44) 若非编码矩阵键盘的行线外接上拉电阻，该矩阵的扫描码应是：_d___
A、行线输出高电平
B、列线输出高电平
C、行线输出低电平
D、列线输出低电平
45) 可编程键盘/显示接口芯片8279能：_b___
A、外接4*4键盘，8位LED显示器
B、外接8*8键盘，16位LED显示器
C、外接4*4键盘，16位LED显示器
D、外接8*8键盘，8位LED显示器
46) 为抑制小幅度高频噪声，比较好的数字滤波法是：__B__
A、算术平均滤波
B、中值滤波
C、限幅滤波
D、奇异数据滤波
47)克服大脉冲干扰常用的数字滤波法是：C
A、算术平均滤波
B、中值滤波
C、滑动平均滤波
D、加权平均滤波
48) 利用CD4051设计一个有128条通道的模拟输入电路。为尽量降低多路开关的误差，采用级连的连接方式至少需要_B____片CD4051。A、16 B、8 C、18 D、9
49) 噪声对智能仪器产生干扰必需同时具备三个要素，其中___D__不是噪声形成干扰作用的三要素之一。
A、噪声源
B、接收电路
C、耦合通道
D、发射电路
三、简答题：
1、智能仪器有哪几种结构形式？对其作简要描述。
2、键盘有哪几种组成方式？各有何特点？按键去抖有哪几种方法？单次键和多次键的处理方法？
3、简要说明实现64个按键的电路如何实现。
4、简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。
5、一个数据采集系统的采样对象是温室大棚的温度和湿度，要求测量精度分别是± 1 ℃和± 3%RH ，每 10min 采集一次数据，应选择何种类型的 A/D 转换器和通道方案？
6、如果一个数据采集系统，要求有 1% 级精度性能指标，在设计该数据采集系统时，怎样选择系统的各个器件？
7、影响D/A转换的精度是什么？如何解决？
8、什么是尖峰？如何克服？
9、为什么D/A有二级锁存，说明意义？
10、试说明A/D转换的三步过程，以及等待转换结束的三种方法。
11、简要说明后向通道如何抗干扰。
12、简要说明后向通道的功率驱动的问题？
13、能否说，一个带有采样 / 保持器的数据采集系统，其采样频率可以不受限制？为什么？
14、在相互通道中，说明城市控制系统的组网方法？（说明要至少有七种方法）。
15、与RS-232标准相比，RS-422/485标准有何优点？简述RS-422/485标准为何有这样的优点。
16、浅谈对RS485组网的方式的考滤？
17、试述构建网络仪器的设计思路。
18、简要论述一下通信协议的制定，并写一个接收程序或发送程序。
19、单片机（如89C51）的内部RAM如何划分。
20、在程序设计中，抗干扰是如何考虑的？
四、程序设计题
1、利用74LS164设计一8个键，并写出监控程序？
2、画出ADC0809与89C51的连接图，并写转换程序？
3、画出DAC0832与89C51的连接图，并写锯齿波的程序？
4、画出计算机与智能仪器的相互通道的连接图，并写出发送程序？
4、画出计算机与智能仪器的相互通道的连接图，并写出接收程序？
A/D转换器的选择
1.确定A/D转换器的位数
从数据采集系统的静态精度和动态平滑性两方面进行考虑。A/D转换器的精度应与测量装臵的精度相匹配。
1）.从精度上看：一方面要求量化误差在误差所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差；另一方面必须根据日前测量装臵的精度水平，对A/D转换器的位数提出恰当的要求。
2）.从动态平滑性考虑：通过模拟的方法确定A/D转换的位数。对动态平滑性要求较高的系统，还需要用硬件和软件的方法进行平滑处理。通常满足静态精度要求的位数，也能满足动态平滑性的要求
2.如何确定A/D转换器的转换速率
A/D转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。确定A/D转换器的转换速率时，应该考虑系统的采样速率。
3.如何确定是否要加采样/保持器
采集直流和变化非常缓慢的模拟信号（例如温度）时可不用采样/保持器。对于其它模拟信号都要加采样/保持器。
4.工作电压和基准电压
些早期生产的集成A/D转换器需要正负15V的工作电压，这就需要多种电源。而近期开发的A/D转换器可在+5V --+15V范围工作。
5.正确使用A/D转换器有关量程的引脚
如何正确选择DA器件?
1、速度和精度：速度应根据输出信号的最高频率确定，保证转换器的转换时间要高于系统要求的输出频率。精度与系统中所测量控制的信号范围有关，但估算时要考虑到其他因素，转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率高一位。
2、数字接口数字接口方式接口有并行/串行之分，串行又有SPI、I2C等多种不同标准。
3、输出类型DA器件输出的模拟信号有电压和电流两种。
4、基准电压基准电压有内、外基准和单、双基准之分。D/A转换中,参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。目前大多数参考电压源均由带温度补偿的齐纳二极管构成。近年来又出现了一种新颖的精密参考电压源——能隙恒压源
5、功耗：一般CMOS工艺的芯片功耗较低，对于电池供电的手持系统对功耗要求比较高的场合一定要注意功耗指标。
6、封装：常见的封装是DIP，现在表面安装工艺的发展使得表贴型SOP封装的应用越来越多。
7、满幅度输出：新近业界出现的新概念，最先应用于运算放大器领域，指输出电压的幅度可达输入电压范围。
8、价格
一、填空题 1.在电子设备的抗干扰设计中，接地技术是一个重要环节，高频电路应选择（多） 点接地，低频电路应选择（单）点接地。 2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘和（矩阵）式键盘，若系 统需要4个按键，应采用（独立式）键盘结构。大于8个时采用矩阵式键盘 3.智能仪器的显示器件常用（ LED ）数码管或液晶显示器，其中（LED数码）更适 合用于电池供电的便携式智能仪器。 4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、（放大器）、滤波器、（采样保持 器）和A/D转换器等几个主要部分所组成。 5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源)、（传输或耦合的通道） 和对干扰敏感的接收电路。 6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为：（传导）耦合、公共阻抗耦合、静 电耦合和（电磁）耦合。 7.RS-232C标准串行接口总线的电气特性规定，驱动器的输出电平逻辑“0”为 （ +5 ～ +15 ）V, 逻辑“1”为（ -5 ～ -15 ）V。 8.智能仪器的随机误差越小，表明测量的（精确）度越高；系统误差越小，表明测量 的（准确）度越高。 9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、（周期性）自检和键控自检三方式。 10.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度（较慢），抗干扰能力（强）。 11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种：即利用（误差模型）、（校正数据表） 或通过曲线拟合来修正系统误差。 12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、（隔离 变压器）、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。 13.为减小随机误差对测量结果的影响，软件上常采用（算数平均）滤波法，当系统要 求测量速度较高时，可采用（递推平均）滤波法。 14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成的（个 人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。 （显示器和键盘）、（模拟量I/O通道）、15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、 总线和接插件等的检查。 16.异步串行通信是以字符为单位进行传送的，每个字符都附加了（同步）信息，降低 了对时钟精度的要求，但传输效率（较低）。 17.智能仪器是指将（计算机）技术和（测量控制）技术有机的结合在一起的新一代电 子仪器。 18.在信号通道使用光电耦合器，能有效抑制（尖峰脉冲）干扰和各种（噪声）干扰。 19.智能仪器中自动量程转换的方法主要有两种，一种是根据被测量的大小，自动切换 到不同量程的（传感器）上，另一种是自动改变电路的（放大器的增益）达到量程切换的目的。
《智能仪器》复习参考题及答案 一、填空题 1.在电子设备的抗干扰设计中，接地技术是一个重要环节，高频电路应选择 （多）点接地，低频电路应选择（单）点接地。 2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘和（矩阵） 式键盘，若系统需要4个按键，应采用（独立式）键盘结构。大于8个时采用矩阵式键盘 3.智能仪器的显示器件常用（ LED ）数码管或液晶显示器，其中（ LED 数码管）更适合用于电池供电的便携式智能仪器。 4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、（放大器）、滤波 器、（采样保持器）和A/D转换器等几个主要部分所组成。 5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源 )、（传输 或耦合的通道）和对干扰敏感的接收电路。 6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为：（传导）耦合、公共阻 抗耦合、静电耦合和（电磁）耦合。 7.RS-232C标准串行接口总线的电气特性规定，驱动器的输出电平逻辑“0”为 （ +5 ～ +15 ）V, 逻辑“1”为（ -5 ～ -15 ）V。 8.智能仪器的随机误差越小，表明测量的（精确）度越高；系统误差越 小，表明测量的（准确）度越高。 9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、（周期性）自 检和键控自检三种方式。 10.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度（较慢），抗干扰能力 （强）。 11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种：即利用（误差模型）、 （校正数据表）或通过曲线拟合来修正系统误差。 12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、 （隔离变压器）、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。 13.为减小随机误差对测量结果的影响，软件上常采用（算数平均）滤波 法，当系统要求测量速度较高时，可采用（递推平均）滤波法。 14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成 的（个人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。 15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、（显示器和键盘）、（模 拟量I/O通道）、总线和接插件等的检查。 16.异步串行通信是以字符为单位进行传送的，每个字符都附加了（同步） 信息，降低了对时钟精度的要求，但传输效率（较低）。
第一章绪论 1、内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器称为智能仪器。智能仪器实际上一个专用的微型计算机系统，它由硬件和软件组成。 2、硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入\输出通道、人-机接口电路、通信接口电路。 3、主机电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，它通常由微处理器（MPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）以及输入\输出接口电路等组成。 4、模拟量输入/输出通道常用来输入/输出模拟信号，主要由A/D转换器、D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。 5、人-机接口电路的作用是沟通操作者和仪器之间的联系，主要由仪器面板中的键盘和显示器组成。 6、通信接口电路常用于实现仪器与计算机的联系，以便使仪器可以接受计算机的程控命令。 7、软件部分主要分为监控程序和接口管理程序程序两部分。 8、监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序：通过键盘输入命令和数据，以对仪器的功能、操作方式与工作参数进行设置；根据仪器设置的功能和工作方式，控制I/O接口电路进行数据采集、存储；按照仪器设置参数，对采集的数据进行相关处理，以数字、字符、图形等形式显示测量结果、数据处理的结果及仪器的状态信息。 9、接口管理程序是面向通信接口的管理程序：接受并分析来自通信接口总线的远控命令；进行有关的数据采集与数据处理；通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理的结果及仪器的现行工作状态信息。 10、智能仪器的特点：a、智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连； b、微处理器的运用极大地提高了仪器的性能； c、智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、自动校准、自诊断等功能，有力改善了仪器的自动化测量水平； d、智能仪器具有友好的人-机对话的能力； e、智能仪器一般配有GB-IB或RS-232等通信接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。 11、VIX总线系统一般由计算机、VIX仪器模块和VXI总线机箱构成。 12、虚拟仪器是通用计算机上添加几种带共性的基本仪器硬件模块，通过软件组合成各种功能的仪器或系统仪器设计思想。 13、微处理器的选择：数据处理能力；内部资源I/o口数量；使用环境的特殊要求；价格、订货、周边元件的选择；开发成本、维护成本。 第二章智能仪器的模拟量输入/输出通道 1、把A\D转换器及其接口称为模拟量输入通道，把D\A转换器及相应的接口称为模拟量输出通道。 2、A\D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但一般情况下，模拟量指电压而言。 3、A\D转换器的评价指标 a、分辨率与量化误差 分辨率是衡量A\D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。其分辨率取决于A\D转换器的位数。 量化误差是由于A\D转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样而引起的误差，提高分辨率可以减小量化误差。 b、转换精度 转换精度反映了一个实际A\D转换器与一个理想A\D转换器在量化值上的差值，用
期末复习资料 学院:电气信息学院 专业：测控技术与仪器课程名称：智能仪器 考试日期：205年6月27日
《智能仪器》复习参考题及答案 一、填空题 1.在电子设备的抗干扰设计中,接地技术是一个重要环节，高频电路应选择 ( 多 )点接地，低频电路应选择（单）点接地。 2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构,有独立式键盘和( 矩阵 )式 键盘，若系统需要4个按键,应采用（独立式 )键盘结构。大于8个时采用矩阵式键盘 3.智能仪器的显示器件常用( LED )数码管或液晶显示器,其中 ( LEＤ数码管）更适合用于电池供电的便携式智能仪器. 4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、( 放大器）、 滤波器、( 采样保持器)和Ａ/Ｄ转换器等几个主要部分所组成. 5.对电子设备形成干扰,必须具备三个条件,即( 干扰源）、（传输 或耦合的通道 )和对干扰敏感的接收电路. 6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为:( 传导 )耦合、公共阻 抗耦合、静电耦合和( 电磁）耦合. 7.RS－2３2C标准串行接口总线的电气特性规定,驱动器的输出电平逻辑“0” 为（＋5 ～ +１５)V, 逻辑“1”为（—５～ -15 ）V。 8.智能仪器的随机误差越小,表明测量的(精确 )度越高;系统误差越小, 表明测量的( 准确)度越高。 9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、( 周期性） 自检和键控自检三种方式。 10.双积分型A／D转换器的技术特点是:转换速度（较慢）,抗干扰能 力( 强）． 11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种:即利用(误差模 型 )、（校正数据表 )或通过曲线拟合来修正系统误差。 12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、 （隔离变压器 )、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。 13.为减小随机误差对测量结果的影响,软件上常采用(算数平均 )滤波法， 当系统要求测量速度较高时,可采用(递推平均 )滤波法。 14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成 的（个人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。 15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、（显示器和键盘）、( 模 拟量I／O通道）、总线和接插件等的检查.
智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合 没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。难免有错误，望大家谅解并指出。 课后习题参考 第一章 1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5
1、智能仪器有何特点？ 答：智能仪器有以下特点：（1）自动校正零点、满度和切换量程（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。 2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。 答：智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。 3、在MCS-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个I/O端口？ 答：在MCS-51系列单片机中扩展外部存储器用P0和P2口。 4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？ 答：因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的PSEN为片外程序存储器的读选通信号，而RD和WR为片外数据存储器的读和写选通信号。 5、MCS-51有哪些中断源？它们各自的中断服务程序入口地址是什么？ 答：MCS-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。它们各自的中断服务程序入口地址见下表。 6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？ 答：首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。 7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。 答：模拟量输入通道有单通道和多通道之分。多通道的结构通常又可以分为两种：（1）每个通道有独自的放大器、S/H和A/D，这种形式通常用于高速数据采集系统。（2）多路通道共享放大器、S/H和A/D，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。 8、说明模拟多路开关MUX在数据采集系统中的作用。 答：在多路共享A/D的输入通道中，需用多路模拟开关轮流切换各通道模拟信号进行A/D 转换，以达到分时测量和控制的目的。 9、说明采样/保持电路在数据采集系统中的作用及其使用方法。 答：采样保持电路用来保持A/D转换器的输入信号不变。该电路有采样和保持两种运行模式，由逻辑控制输入端来选择。在采样模式中，输出随输入变化；在保持模式中，电路的输出保持在保持命令发出时的输入值，直到逻辑控制输入端送入采样命令为止。此时，输出立即跳变到输入值，并开始随输入变化直到下一个保持命令给出为止。 10、A/D转换器有哪些类型？请比较它们各自的特点，并各举一例。 答：A/D转换器有（1）比较型，其特点是速度较快、抗干扰差、价格较高。如ADC0809。（2）积分型（包括双积分式和电压频率转换式），其特点是速度慢、抗干扰强、价格较低。如双积分式的MC14433，电压频率转换式的VFC-32。
智能仪器考试答案
简答题 1-1.什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？ 答：内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器成为智能仪器。 特点：（1）智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关开实施对仪器的控制从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。（2）微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。（3）智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便的实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自动诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。（4）智能仪器具有友好的人机对话能力。（5）智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，是智能仪器具有可程控操作的能力 1-9.研制智能仪器大致需要经历哪些阶段？试对各阶段的工作内容做一简要的叙述。 答：1.确定设计任务：首先根据仪器最终要实现的设计目标，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。2.拟制总体设计方案：设计者应首先一句设计的要求和一些约束条件，提出几种可能的方案。3.确定仪器工作总框图：当仪器总体方案和选用的微处理器的种类确定后，就应采用自上而下的方法，把仪器划分成若干个便于实现的功能模块，并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。4.硬件电路和软件的设计与调试：一旦仪器工作总框图确定后，硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。5.整机联调：硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。 1-10为什么目前智能仪器主机电路大多数采用单片机？选择单片机时应主要.考虑哪些因素？
答：单片机性能增强、体现在指令指令执行速度有很大提升；单片机集成了大容量片上flash存储器，并实现了ISP和IAP，单片机在低电压、低功耗、低价位、LPC方面有很大进步；单片机采用了数字模拟混合集成技术，将A/D、 D/A、锁相环以及USB、CAN总线接口等都集成到单片机中，大大地减少片外附加器件的数目，进一步提高了系统可靠性能。 单片机的选择要从价格、字长、输入/输出的执行速度、编程的灵活性、寻址能力、中断功能、直接存储器访问（DMA）能力、配套的外围电路芯片是否丰富以及相应的并发系统是否具备等多方面进行综合考虑 2-1. A/D转换器与D/A转换器分别有哪些主要技术指标？分辨率和转换精度这两个技术指标有什么区别和联系。 答：A/D转换器技术指标：1.分辨率与量化误差；2.转换精度；3.转换速度；4.满刻度范围。 D/A转换器技术指标：1.分辨；2.转换精度；3.转换时间；4尖峰误差。 分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标，转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。 2-2.逐次比较式、并联比较式和积分式A/D转换器各有什么特点？ 答：逐次比较式A/D转换器转换时间与转换精度比较适中，适用与一般场合。积分式A/D转换器的核心部件是积分器，速度较慢，但抗干扰性能力强，适用于在数字电压表类仪器中采用。并行比较式A/D转换器，转换速率可以达到很高，但抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位。适用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器
《智能仪器设计基础》试题 一、判断题（每题2 分，共20 分） 1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。（） 2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。（） 3. 测量获得一组离散数据建立近似校正模型，非线性校正精度与离散数据精度无关，仅与建模方法有关。（） 4. RS232 通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485 短。（） 5. USB协议为设备定义了2种供电模式:自供电和总线供电。在自供电模式下，USB设备不需要任何外接电源设备。（） 6. LCD显示器有静态驱动和叠加驱动两种驱动方式，这两种驱动方式可在使用时随时改变。（） 7. 智能仪器中的噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果。( ) 8. 软件开发过程的三个典型阶段是定义、开发和测试。（） 9. RAM 测试方法中，谷值检测法无法检测“粘连”及“连桥”故障。（）
10.曲线拟合要求y=f（x ）的曲线通过所有离散点（x i ，y i ）。（） 二、选择题（每题2 分，共20 分） 1. 多通道数据采集系统的框图如下图所示。其中（1 ）~（4 ）各部分的组成为:( ) A. 放大器、A/D 转换器、D/A 转换器、计算机 B. 多路开关、放大器、A/D 转换器、计算机 C. 多路开关、放大器、D/A 转换器、计算机 D. 放大器、多路开关、A/D 转换器、D/A 转换器 2. 仪器采集数据中存在随机误差和系统误差，基本数据处理顺序是:( ) A. 系统误差消除→数字滤波→标度变换 B. 数字滤波→系统误差消除→标度变换 C. 标度变换→系统误差消除→数字滤波 D. 数字滤波→标度变换→系统误差消除
1-1你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5 （1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。（3）仪器是信息的源头技术 总之，科学仪器作为认识世界的工具，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、现代战争的“战斗力”、法庭审判的“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。 1-4简述推动智能仪器发展的主要技术。P8 （1）传感器技术（2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与DSP的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）ASIC、FPGA/CPLD即使在智能仪器中广泛使用（6）LabVIEW等图形化软件技术（7）网络与通信技术 1-5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。 1-6智能仪器有哪几种结构形式？对其做简要描述。P6 从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。 微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。（微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。）微机扩展式智能仪器是以个人计算机（PC）为核心的应用扩展型测量仪器。（PCI的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用PC已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。PC数据处理功能强、内存容量大，因而PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理。）1-7智能仪器设计是采用FPGA/CPLD有哪些优点？ P12 FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：（1）随着VLSI工艺的不断提高，FPGA/CPLD的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；（2）FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；（3）FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能；（4）FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短；（5）FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计，对知识产权保护有利。 1-8为什么说嵌入式系统与片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段？ P11 （1）嵌入式系统的深入发展将是智能仪器的设计提升到一个新的阶段，尤其是能运行操作系统的嵌入式系统平台，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，并具有大量的应用程序接口（API），将会使研制复杂智能仪器变得容易； （2）在片上系统设计中，设计者面对的不再是电路芯片而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应得单片机CPU内核和成熟化的IP内核模块，消除了器件信息故障，加快了设计速度，片上系统将使系统设计发生革命性的变化。
简答题 1-1.什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？ 答：内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器成为智能仪器。 特点：（1）智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关开实施对仪器的控制从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。（2）微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。（3）智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便的实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自动诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。（4）智能仪器具有友好的人机对话能力。（5）智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，是智能仪器具有可程控操作的能力 1-9.研制智能仪器大致需要经历哪些阶段？试对各阶段的工作内容做一简要的叙述。 答：1.确定设计任务：首先根据仪器最终要实现的设计目标，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。2.拟制总体设计方案：设计者应首先一句设计的要求和一些约束条件，提出几种可能的方案。3.确定仪器工作总框图：当仪器总体方案和选用的微处理器的种类确定后，就应采用自上而下的方法，把仪器划分成若干个便于实现的功能模块，并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。4.硬件电路和软件的设计与调试：一旦仪器工作总框图确定后，硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。5.整机联调：硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。 1-10为什么目前智能仪器主机电路大多数采用单片机？选择单片机时应主要.考虑哪些因素？ 答：单片机性能增强、体现在指令指令执行速度有很大提升；单片机集成了大容量片上flash 存储器，并实现了ISP和IAP，单片机在低电压、低功耗、低价位、LPC方面有很大进步；单片机采用了数字模拟混合集成技术，将A/D、D/A、锁相环以及USB、CAN总线接口等都集成到单片机中，大大地减少片外附加器件的数目，进一步提高了系统可靠性能。 单片机的选择要从价格、字长、输入/输出的执行速度、编程的灵活性、寻址能力、中断功能、直接存储器访问（DMA）能力、配套的外围电路芯片是否丰富以及相应的并发系统是否具备等多方面进行综合考虑 2-1. A/D转换器与D/A转换器分别有哪些主要技术指标？分辨率和转换精度这两个技术指标有什么区别和联系。 答：A/D转换器技术指标：1.分辨率与量化误差；2.转换精度；3.转换速度；4.满刻度范围。D/A转换器技术指标：1.分辨；2.转换精度；3.转换时间；4尖峰误差。 分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标，转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。2-2.逐次比较式、并联比较式和积分式A/D转换器各有什么特点？ 答：逐次比较式A/D转换器转换时间与转换精度比较适中，适用与一般场合。 积分式A/D转换器的核心部件是积分器，速度较慢，但抗干扰性能力强，适用于在数字电压表类仪器中采用。并行比较式A/D转换器，转换速率可以达到很高，但抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位。适用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器 2-9数据采集系统主要由哪几部分组成，每部分主要功能是什么？ 答：数据采集系统把多路开关、模拟放大器、采样/保持器、A/D转换器、控制逻辑以及微处理器系统的接口电路等都集成在一块芯片中，构成数据采集集成电路
2014-2015学年第 1 学期期末考试试题（A卷）（开卷） 智能仪器与虚拟仪器 使用班级： 班级：学号：姓名： 一、简答题（30分） 1.什么是虚拟仪器？虚拟仪器与传统仪器的区别是什么？ 答：虚拟仪器是基于计算机的仪器。将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。 区别：传统仪器：关键是硬件，开发与维护费用高，技术更新周期长，价格高，厂商定义仪器功能，系统封闭、固定，不宜与其它设备连接。 虚拟仪器：关键是软件，开发与维护费用低，技术更新周期短，价格低，并且可重用性与可配置型强，用户定义仪器功能，系统开放、灵活，易于其他设备连接。 2.什么是智能仪器?其主要特点是什么? 答：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能力；⑤具有可程控操作能力。 3.一个最基本的虚拟仪器程序（VI）包括哪三个部分？ 答：前面板：交互式的用户界面。 程序框图：是程序源代码，用模块代替普通函数。 图标和连接器：用以识别VI的接口，以便在创以便在创建VI时调用另一个VI。当一个VI应用在其它VI中，则称为子VI。子VI相当于文本编程语言中的子程序。 二、设计题（70分） 1、设计VI，用XY图显示半径分别为该生学号和相邻学号的同心圆。
2、设计一个温度检测报警器，温度传感器测量范围为0o C-60o C，在实时监测中，如果温度传感器测到的温度为该生学号，报警灯亮。
1.简述智能仪器设计的基本原则。 答：从整体到局部的设计原则；智能仪器的经济性原则；智能仪器的通用性原则；智能仪器的软硬件合理配合的原则；智能仪器的可靠性原则 2.简述智能仪器设计的一般步骤 答：（1）确定任务，明确目标，拟定总体设计方案 1.确定仪器的功能，技术指标及设计任务。 2.建模和测控算法的确定。 3.智能仪器的总体方案设计。 （2）硬件和软件设计 1.硬件电路设计和功能模板的研制。 2.软件框图的设计和程序的编制。 （3）系统调试及性能测试 1.确定系统规模大小。 2.软硬件权衡分配。 3.硬件部分调试。 4.软件模块调试。 3.与RS-232相比，RS-485标准总线有何特点？ 答：RS-485具有以下特点： （1） RS-485的电气特性：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑"0" 以两线间的电压差为-（2-6）V表示。接口 信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且 该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 （2） RS-485的数据最高传输速率为10Mbps （3） RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗 共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 （4） RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际 上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个 收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达 128个收发器。即具有多站能力。 （5）因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距 离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。 因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 4.可靠性是智能仪器中一个重要的技术指标。请写出智能仪器中 常用的提高硬件和软件可靠性的方法。 答：提高硬件可靠性：元器件的选择；筛选；降额使用；可靠电路的设计； 冗余设计；环境设计；人为因素设计；仪器可靠性实验； 提高软件可靠性：认真地进行规范设计；可靠的程序设计方法；程序验证技术； 提高软件设计人员的素质；消除干扰；增加试运行时间。5.简述智能仪器电路系统的几种接地方法及应用场合？ 1.单点接地：是为许多在一起的电路提供公共参考点的方 法，这样信号就可以在不同的电路之间传输，用于低频电 路。 2.多点接地：设备内电路都以机壳为参考点，而各设备的机 壳又都以人为参考点，这种接地结构能够提供较低的接地 阻抗。用于高频电路。 3.混合接地：混合接地既包含了单点接地的特性，又包含了 多点接地的特性。
1．递阶智能控制系统的主要结构特点有哪些。 答：递阶智能控制是在研究早期学习控制系统的基础上，从工程控制论角度总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系后逐渐形成的。 递阶智能控制系统是由三个基本控制级（组织级、协调级、执行级）构成的。如下所示： 1. 组织级 组织级代表控制系统的主导思想，并由人工智能起控制作用。根据贮存在长期存储交换单元内的本原数据集合，组织器能够组织绝对动作、一般任务和规则的序列。 其结构如下： 2．协调级 协调级是组织级和执行级间的接口，承上启下，并由人工智能和运筹学共同作用。协
调级借助于产生一个适当的子任务序列来执行原指令，处理实时信息。 它是由不同的协调器组成，每个协调器由计算机来实现。下图是一个协调级结构的候选框图。该结构在横向上能够通过分配器实现各协调器之间的数据共享。 3. 执行级 执行级是递阶智能控制的最底层，要求具有较高的精度但较低的智能；它按控制论进行控制，对相关过程执行适当的控制作用。 其结构模型如下：
2．信息特征，获取方式，分层方式有哪些？ 答：一、信息的特征 1，空间性：空间星系的主要特征是确定和不确定的（模糊）、全空间和子空间、同步和非同步、同类型和不同类型、数字的和非数字的信息，比传统系统更为复杂的多源多维信息。 2，复杂性：复杂生产制造过程的信息往往是一类具有大滞后、多模态、时变性、强干扰性等特性的复杂被控对象，要求系统具有下层的实时性和上层的多因素综合判断决策能力，以保证现场设备局部的稳定运行和在复杂多变的各种不确定因素存在的动态环境下，获得整个系统的综合指标最优。 3，污染性：复杂生产制造过程的信息都会受到污染，但在不同层次的信息受干扰程度不同，层次较低的信号受污染程度较大。 二、获取方式 信息主要是通过传感器获得，但经过传感器后要经过一定的处理来得到有效的信息，具体处理方法如下： 1，选取特征变量 可分为选择特征变量和抽取特征变量。选择特征变量直接从采集样本的全体原始工艺参数中选择一部分作为特征变量。抽取特征变量对所选取出来的原始变量进行线性或非线性组合，形成新的变量，然后去其中一部分作为特征变量。 2，滤波的方法 数字滤波用计算机软件滤波，通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工，提高信噪比，消除和减少干扰信号，以保证计算机数据采集和控制系统的可靠性。模拟滤波用硬件滤波。 3，剔除迷途样本 使用计算机在任意维空间自动识别删除迷途样本。 三、分层方式 1，通过计算机系统进行信号分层 2，人工指令分层 3，通过仪器设备进行测量，将数据进行分层 4，先归类，后按照一定的规则集合分层 3．详细描述数据融合的流程和方法 答：数据融合是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理。 一、数据融合的流程： 分析数据融合目的和融合层次→→智能地选择合适的融合算法→→将空间配准的数据（或提取数据的特征或模式识别的属性说明）进行有机合成→→准确表示或估计。有时还需要做进一步的处理，如"匹配处理"和"类型变换"等，以便得到目标的更准确表示或估计。 具体可分为： 1，特征级融合 经过预处理的数据→→特征提取→→特征级融合→→融合属性说明 2，像元级融合
期末复习资料学院:电气信息学院 专业:测控技术与仪器 课程名称：智能仪器 考试日期：２05年6月２７日《智能仪器》复习参考题及答案 一、填空题 1.在电子设备得抗干扰设计中,接地技术就是一个重要环节，高频电路应选择 ( 多）点接地，低频电路应选择（单）点接地。 2.智能仪器得键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘与( 矩阵 )式 键盘，若系统需要4个按键,应采用（独立式 )键盘结构。大于8个时采用矩阵式键盘 3.智能仪器得显示器件常用( LＥD )数码管或液晶显示器，其中 （ LED数码管）更适合用于电池供电得便携式智能仪器。 4.智能仪器得模拟量输入通道一般由多路模拟开关、( 放大器 )、滤 波器、( 采样保持器）与A／D转换器等几个主要部分所组成。 5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源）、( 传 输或耦合得通道）与对干扰敏感得接收电路。 6.干扰侵入智能仪器得耦合方式一般可归纳为:( 传导)耦合、公共阻 抗耦合、静电耦合与（电磁 )耦合。 7.RS－２３2Ｃ标准串行接口总线得电气特性规定，驱动器得输出电平逻辑 “０”为( ＋5 ~ +1５）Ｖ, 逻辑“1”为（ -5 ~ －1５ )V.
8.智能仪器得随机误差越小，表明测量得（精确）度越高;系统误 差越小，表明测量得（准确 )度越高。 9.智能仪器得故障自检方式主要有( 开机）自检、（周期性) 自检与键控自检三种方式。 10.双积分型A／D转换器得技术特点就是：转换速度(较慢），抗干扰能 力（强 )。 11.智能仪器修正系统误差最常用得方法有３种:即利用（误差模 型）、( 校正数据表）或通过曲线拟合来修正系统误差。 12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器得供电系统中可设置交流稳压器、 (隔离变压器)、（低通滤波器 )与高性能直流稳压电源。 13.为减小随机误差对测量结果得影响,软件上常采用（算数平均）滤 波法,当系统要求测量速度较高时,可采用（递推平均)滤波法。 14.随着现代科技与智能仪器技术得不断发展，出现了以个人计算机为核心构成 得( 个人）仪器与(虚拟)仪器等新型智能仪器. 15.智能仪器得开机自检内容通常包括对存储器、（显示器与键盘）、（模 拟量Ｉ／Ｏ通道 )、总线与接插件等得检查。 16.异步串行通信就是以字符为单位进行传送得，每个字符都附加了（同 步）信息,降低了对时钟精度得要求,但传输效率（较低)。 17.智能仪器就是指将（计算机 )技术与（测量控制 )技 术有机得结合在一起得新一代电子仪器。 18.在信号通道使用光电耦合器，能有效抑制（尖峰脉冲）干扰与 各种（噪声）干扰. 19.智能仪器中自动量程转换得方法主要有两种，一种就是根据被测量得大小, 自动切换到不同量程得（传感器）上，另一种就是自动改变电路得（放大器得增益 )达到量程切换得目得. 20.智能仪器得软件通常由（监控）程序、（接口管理）程 序与实现各种算法得功能模块等部分组成. 21.智能仪器得主要特征之一就是,几乎都含有自动(量程)转换、自动 （零点）调整等功能. 22.异步串行通信方式中,传送一帧字符信息由起始位、(数据位）位、 （奇偶校验）位与停止位等四部分组成。 23.根据测量误差得性质与特性，一般可将其分为三类，即随即误差、（系 统）误差与(粗大)误差。 24.不同设备之间进行得数字量信息交换或传输,称为( 数据接口）. 每秒钟串行发送或接受得二进制位数目，称为(波特率）。
智能仪器课后习题答案 1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想 参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5 （1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。（3）仪器是信息的源头技术 总之，科学仪器作为认识世界的工具，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、现代战争的“战斗力”、法庭审判的“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。 1-4 简述推动智能仪器发展的主要技术。P8 （1）传感器技术（2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与DSP的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）ASIC、FPGA/CPLD即使在智能仪器中广泛使用（6）LabVIEW等图形化软件技术（7）网络与通信技术 1-5 学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。 1-6 智能仪器有哪几种结构形式？对其做简要描述。P6 从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。 微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。（微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。）微机扩展式智能仪器是以个人计算机（PC）为核心的应用扩展型测量仪器。（PCI
智能仪器课后习题答案 1- 1你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1- 2结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 P2智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能 仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1- 3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5 （1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国 家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。（3）仪器是信息的源头技术 总之，科学仪器作为认识世界的工具，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、现代战争的“战斗力”、法庭审判的“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。 1- 4简述推动智能仪器发展的主要技术。P8 （1）传感器技术（2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与DSP的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（SoC将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）ASIC FPGA/CPLDP使在智能仪器中广泛使用（6）LabVIEW等图形化软件技术（7）网络与通信技术 1- 5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。 1- 6智能仪器有哪几种结构形式？对其做简要描述。P6 从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。 微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。（微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。）微机扩展式智能仪器是以个人计算机（PQ为核心的应用扩展型测量仪器。（PCI 的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用PC已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。PC数据处理功能强、内存容量大，因而PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理。）