《智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》試題及答案.docx

智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題及答案一、判斷題（每題 2 分，共 20 分）1. 因中值濾波滿足比例不變性，所以是線性的濾波器。（2 ）2. 基準(zhǔn)電壓Vr 的精度和穩(wěn)定性影響零位誤差、增益誤差的校正效果。（ 1）3. 測量獲得一組離散數(shù)據(jù)建立近似校正模型，非線性校正 精度與離散數(shù)據(jù)精度無關(guān)，僅與建模方法有關(guān)。（ 2）4. RS232 通信采用的是TTL電平，因此它的傳輸距離比485 短。（ 2）5. USB協(xié)議為設(shè)備定義了2種供電模式:自供電和總線供電。在自供電模式下，USB設(shè)備不需要任何外接電源設(shè)備。（ 2）6. LCD顯示器有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和疊加驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式，這兩種驅(qū)動(dòng)方式可在使用時(shí)隨時(shí)改變。 （ 2）7. 智能儀器中的噪聲與干擾是因果關(guān)系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果。 ( 1)8. 軟件開發(fā)過程的三個(gè)典型階段是定義、開發(fā)和測試。（ 2）9. RAM 測試方法中，谷值檢測法無法檢測 “ 粘連 ” 及 “ 連橋 ” 故障。（2 ）10.曲線擬合要求 y=f（ x ）的曲線通過所有離散點(diǎn)（ x i ， y i ）。（ 2）二、選擇題（每題 2 分，共 20 分）1. 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖如下圖所示。其中（ 1 ）（ 4 ）各部分的組成為:(b)A. 放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)B. 多路開關(guān)、放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)C. 多路開關(guān)、放大器、D/A 轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)D. 放大器、多路開關(guān)、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器2. 儀器采集數(shù)據(jù)中存在隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，基本數(shù)據(jù)處理順序是:(b )A. 系統(tǒng)誤差消除數(shù)字濾波標(biāo)度變換B. 數(shù)字濾波系統(tǒng)誤差消除標(biāo)度變換C. 標(biāo)度變換系統(tǒng)誤差消除數(shù)字濾波D. 數(shù)字濾波標(biāo)度變換系統(tǒng)誤差消除3. 設(shè)采集數(shù)據(jù)由信號加噪聲構(gòu)成，應(yīng)根據(jù)( b)確定濾波算法？A. 噪聲統(tǒng)計(jì)規(guī)律B. 信號特征和 噪聲統(tǒng)計(jì)規(guī)律C. 信號特征D. 只能用多種濾波算法試驗(yàn)，由處理效果確定。4. 采樣保持器的作用是( c)A. 提高系統(tǒng)的采樣速率B. 保持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定C. 保證在A/D轉(zhuǎn)換期間ADC前的模擬信號保持不變D. 使A/D 轉(zhuǎn)換器前信號能跟上模擬信號的變化5. 采集數(shù)據(jù)中含有脈沖性干擾，信號為直流，則應(yīng)選擇( d)濾波算法。A. 算數(shù)平均法B. 加權(quán)平均法C. 限幅濾波法D. 去極值平均法6. 在開發(fā)USB系統(tǒng)的時(shí)候，首要的任務(wù)是利用( b)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的枚舉過程，提供各種設(shè)備信息。A. 中斷傳輸B. 控制傳輸C. 同步傳輸D. 批量傳輸7若非編碼矩陣鍵盤的列線外接下拉電阻，該矩陣的掃描碼應(yīng)是( a)。A行線輸出高電平B列線輸出高電平C行線輸出低電平D列線輸出低電平8在智能儀智中，A/D 轉(zhuǎn)換的抗干擾技術(shù)包括( d)。A. 對差模干擾的抑制B. 對共模干擾的抑制C. 采用軟件方法提高A/D抗干擾能力D. 以上三種都包括9在進(jìn)行數(shù)字電路的可測試性設(shè)計(jì)時(shí)，下面說法錯(cuò)誤的是( c)。A設(shè)計(jì)上應(yīng)避免“線或”邏輯B所有不同相位和頻率的時(shí)鐘都應(yīng)來自單一主時(shí)鐘C數(shù)字電路應(yīng)設(shè)計(jì)成主要以異步邏輯電路為基礎(chǔ)的電路D電路應(yīng)初始化到一明確的狀態(tài)，以便確定測試的方法10下面(b)調(diào)試方式在目標(biāo)機(jī)不存在的情況下也可以進(jìn)行代碼的調(diào)試。AROM 仿真器B在線仿真器C片上調(diào)試DJTAG三、填空（每空2分，共20分）1假設(shè)一 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，其滿量程電壓為 10V ，則它的分辨率是_ 。2某儀器的非線性采用分段線性插值法進(jìn)行校正，設(shè)段數(shù)為4，最少需要_對（X i ，Y i ）已知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3利用 8 片模擬多路開關(guān) CD4051 設(shè)計(jì) 64 路的輸入通道。已知 CD4051 的漏電流為 20nA ，開關(guān)導(dǎo)通電阻300 ，設(shè)信號源內(nèi)阻 1000 。則多路開關(guān)漏電流和導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的誤差大小為_ 。如果采用級連方式連接，則需要多路開關(guān)_片。用級連方式連接電路產(chǎn)生的誤差大小為_ 。4 某智能溫度測量儀采用 8 位ADC ，測量范圍為10 100 ，儀器采樣數(shù)據(jù)經(jīng)濾波和非線性校正后的數(shù)字量為0028H 。A0=10 ，Am=100 ，Nm=FFH=255 ，Nx=28H=40 。則對應(yīng)的實(shí)測溫度是_ 。5. 設(shè)在某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對正弦信號 U=（ U msin t ）/2 采樣。采/保的孔徑時(shí)間tAP=20ns ， A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為 12 位，求采樣精度達(dá)到 1LSB 的最高信號頻率是_ 。若 S/H 的捕捉時(shí)間tAC=3 s ，穩(wěn)定時(shí)間ts=2 s ， A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV=40 s ，輸出時(shí)間tOUT=4 s 則通道的吞吐率是_ 。6檢測直流電壓信號由于50Hz 工頻干擾使測量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。設(shè)采樣周期Ts=1ms ，采用算數(shù)平均濾波算法，消除工頻干擾。選擇平均點(diǎn)數(shù) _。7某種儀器 100 臺，工作 1000h ，假設(shè)有 2 臺發(fā)生故障，則這種儀器的千小時(shí)的可靠率為_ 。三、12.4mv 2. 5 3. 1.6mv，9，0.36mv；4. 2453.888KHz，20.4KHz；6. 207. 0.98四、簡要回答下列問題（ 25 分）1. 簡述推動(dòng)智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。2. 簡述智能儀器設(shè)計(jì)的基本原則。3. 簡述 USB 既插既用機(jī)制實(shí)現(xiàn)的原理。4. 可靠性是智能儀器中一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。請寫出智能儀器中常用的提高硬件和軟件可靠性的方法。5. 什么是可測試性？智能儀器設(shè)計(jì)中引入可測試性設(shè)計(jì)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？四、1傳感器技術(shù)： 信號檢測是通過傳感器實(shí)現(xiàn)的，為適應(yīng)智能儀器發(fā)展的需要，各種新型傳感器不斷涌現(xiàn)。A/D 等新器件的發(fā)展顯著增強(qiáng)了儀器的功能與測量范圍。DSP 的廣泛應(yīng)用：由于 DSP 芯片是通過硬件來完成上述乘法和加法運(yùn)算，因此，采用DSP 芯片可大大簡化具有此類數(shù)字信號處理功能的智能儀器的結(jié)構(gòu)并提高其相應(yīng)的性能，極大地增強(qiáng)了智能儀器的信號處理能力。ASIC 、FPGA CPLD 技術(shù)在智能儀器中的廣泛使用：使儀器的可靠性、成本、速度等方面有提高。LabVlEW 等圖形化軟件技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)：智能儀器要上網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制與故障診斷等；構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)，將分散的各種不同測試設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源、信息共享，協(xié)調(diào)工作，共同完成大型復(fù)雜系統(tǒng)的測試任務(wù)。2從整體到局部（自頂向下）的設(shè)計(jì)原則：這種設(shè)計(jì)原則的含義是，把復(fù)雜的、難處理的問題分為若干個(gè)較簡單、容易處理的問題，然后在一個(gè)個(gè)地加以解決。較高的性能價(jià)格比原則：在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單的方案，因?yàn)榉桨负唵我馕吨骷?，開發(fā)、調(diào)試、方便，可靠性高。組合化與開放式設(shè)計(jì)原則： 開放系統(tǒng)是指向未來的 VLSI 開放，在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實(shí)際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機(jī)會(huì)的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，在服務(wù)上兼顧通用的基本設(shè)計(jì)和用戶的專用要求等等。 。3即插即用技術(shù)包含 2 個(gè)技術(shù)層面，既熱插拔和自動(dòng)識別配置。熱插拔的關(guān)鍵技術(shù)在于電路接插件插、拔期間強(qiáng)電流的處理。USB 在電纜以及接插件的設(shè)計(jì)上充分考慮了這一點(diǎn)，使得這個(gè)瞬時(shí)的強(qiáng)電流被安全地吸收，從而使 USB 設(shè)備實(shí)現(xiàn)了熱插拔。系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)識別是通過在 USB 主機(jī)或 Hub 的下行端口信號線上接有下拉電阻和在設(shè)備端的信號線上連接上拉電阻來實(shí)現(xiàn)的。既當(dāng) USB 主機(jī)或 Hub 的下行端口處于斷開狀態(tài)時(shí)，信號線電平將恒為 0 。當(dāng) USB 設(shè)備連接上的瞬間，會(huì)造成 USB 主機(jī)或 Hub 端信號線的上沖，這樣當(dāng) USB 主機(jī)或 Hub 檢測到這個(gè)上沖過程， USB 主機(jī)可認(rèn)定有一設(shè)備接入。4提高硬件可靠性：元器件的選擇；篩選；降額使用；可靠電路的設(shè)計(jì)； 冗余設(shè)計(jì)；環(huán)境設(shè)計(jì)；人為因素設(shè)計(jì)；儀器可靠性實(shí)驗(yàn)；提高軟件可靠性：認(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)；可靠的程序設(shè)計(jì)方法；程序驗(yàn)證技術(shù)；提高軟件設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)；消除干擾；增加試運(yùn)行時(shí)間。5可測試性（ Testability ）是指產(chǎn)品能夠及時(shí)準(zhǔn)確地確定其自身狀態(tài)（如可工作，不可工作，性能下降等）和隔離其內(nèi)部故障的設(shè)計(jì)特性。智能儀器設(shè)計(jì)中引入可測試性設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)1提高故障檢測的覆蓋率；2縮短儀器的測試時(shí)間；3可以對儀器進(jìn)行層次化的逐級測試：芯片級、板級、系統(tǒng)級；4降低儀器的維護(hù)費(fèi)用；缺點(diǎn)：1額外的軟/硬件成本；2系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間增加。五、設(shè)計(jì)題（15分）試設(shè)計(jì)一溫度檢測系統(tǒng)。要求系統(tǒng)能檢測 8 路溫度信號（假設(shè)溫度傳感器的輸出信號幅度 025mV ），測試的溫度范圍為 0500 ，溫度分辨率為 0.5 。測試的最終結(jié)果用 LCD 顯示器或 LED 顯示器顯示出來。對多通道的測量信號要有自動(dòng)巡回檢測的功能和選擇某一通道進(jìn)行單一測量的功能。若采用自動(dòng)巡回檢測方式，要求每一通道每秒鐘檢測 100 次。儀器要具有與其它儀器或微機(jī)進(jìn)行通訊的能力。畫出儀器的硬件框圖，并說明每部分的參數(shù)及其選擇原則。（1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，放大器的放大倍數(shù)至少應(yīng)為多少？（2） A/D 轉(zhuǎn)換器至少應(yīng)選擇多少位的？（3） A/D 轉(zhuǎn)換器的速率至少為多少？（4） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，如果選用 LED 顯示器，至少應(yīng)用幾位 LED 顯示？（5） 測試系統(tǒng)與外界的通訊如選用串行通信，你準(zhǔn)備選擇哪種總線？它的最遠(yuǎn)傳輸距離是多少？（6） 如果系統(tǒng)用 89C51 單片機(jī)做控制器，用字符式 LCD 顯示模塊做顯示器，請畫出圖 2 中單片機(jī)與顯示模