智能儀器原理及應(yīng)用

1、智能儀器原理及應(yīng)用測(cè)試題一、填空題（每空1分共25分）1、模擬量輸入通道包括 、 。2、為了將A/D轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)算放大器和比較器的漂移電壓降低，常采用 技術(shù)。3、克服鍵抖動(dòng)常采用的措施 、 。4、總線收發(fā)器的作用 。5、最基本的平均濾波程序是 ，改進(jìn)型有 、 、 。6、多斜式積分器有 ，其優(yōu)點(diǎn)是 ，還有一種是 ，其作用是 。7、在通用計(jì)算機(jī)上添加幾種帶共性的基本儀器硬件模塊，通過(guò)軟件來(lái)組合成各種功能的儀器或系統(tǒng)的儀器稱為 或 。8、ADC0809，假定REF+=+5V，VREF-接地，則模擬輸入為1V時(shí)，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量為 ，若REF+=+2.5V，VREF-接地則模擬輸入為1V時(shí)，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字

2、量為 9、數(shù)字存儲(chǔ)示波器可預(yù)置四種觸發(fā)方式 、 、 、 。10、智能儀器自檢方式有三種 、 、 。二、簡(jiǎn)答（每題5分共35分）1、 簡(jiǎn)述自由軸法測(cè)量原理。2、 系統(tǒng)誤差的處理方法。3、 簡(jiǎn)述三線掛鉤過(guò)程及作用。4、 智能儀器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 。5、 若示波器屏幕的坐標(biāo)刻度為810div，采用10位A/D，2K存儲(chǔ)器，則該示波器的垂直與水平分辨率各為多少？6、 簡(jiǎn)述線路反轉(zhuǎn)法原理。7、簡(jiǎn)述D/A雙極性輸出電路原理三、綜合1、（20分）在一自動(dòng)控制系統(tǒng)中，有溫度、壓力、流量三個(gè)待測(cè)量，試設(shè)計(jì)一測(cè)量電路，要求使用8位A/D，4位LED及相關(guān)邏輯電路。（1）畫出硬件連接圖（2）寫出器件型號(hào)（CPU、A/D）

3、（3）根據(jù)連接圖，寫出三通道的地址。（4）簡(jiǎn)述測(cè)量過(guò)程。2、（20分）下圖為某一通用計(jì)數(shù)器框圖(1) 要測(cè)量10Hz的信號(hào)，試計(jì)算應(yīng)選用的時(shí)標(biāo)及閘門時(shí)間。(2) 簡(jiǎn)述測(cè)量過(guò)程(3) 其最大計(jì)數(shù)誤差是多少？(4) 為減小誤差，應(yīng)采用什么方法？智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試題一、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. 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。（ ） 3. 測(cè)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(wú)關(guān)，僅與建模方法有關(guān)。（ ） 4. RS232 通信采用的是TTL電平，因此它的傳輸距離

4、比485 短。（ ） 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。（ ） 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。 （ ） 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。 ( ) 8. 軟件開發(fā)過(guò)程的三個(gè)典型階段是定義、開發(fā)和測(cè)試。（ ） 9. RAM 測(cè)試方法中，谷值檢測(cè)法無(wú)法檢測(cè) “ 粘連 ” 及 “ 連橋 ” 故障。（ ） 10.曲線擬合要求 y=f（ x ）的曲線通過(guò)所有離散點(diǎn)（ x i ， y i ）。（ ） 二、選擇題（每題 2 分，共 20 分

5、） 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:()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:( )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(hào)加噪聲構(gòu)成，應(yīng)根據(jù)( )確定濾波算法？ A. 噪聲統(tǒng)計(jì)規(guī)律 B. 信號(hào)特征

6、和 噪聲統(tǒng)計(jì)規(guī)律 C. 信號(hào)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( )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(hào)保持不變 D. 使A/D 轉(zhuǎn)換器前信號(hào)能跟上模擬信號(hào)的變化 5. 采集數(shù)據(jù)中含有脈沖性干擾，信號(hào)為直流，則應(yīng)選擇( )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( )實(shí)現(xiàn)設(shè)備的枚舉過(guò)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

7、矩陣的掃描碼應(yīng)是( )。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( )。A. 對(duì)差模干擾的抑制 B. 對(duì)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(cè)試性設(shè)計(jì)時(shí)，下面說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )。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(lái)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(cè)試的方法10下面()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、

8、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(duì)（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(hào)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(jí)連方式連接，則需要多路開關(guān)_片。用級(jí)連方式連接電路產(chǎn)生的誤差大小為_ 。 4 某智能溫度測(cè)量?jī)x采用 8 位ADC ，測(cè)量范圍為10 100 ，儀器采樣數(shù)據(jù)經(jīng)濾波和

9、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(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)溫度是_ 。 5. 設(shè)在某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對(duì)正弦信號(hào) 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(hào)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(cè)直流電壓信號(hào)由于50Hz 工頻干擾使測(cè)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

10、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(tái)，工作 1000h ，假設(shè)有 2 臺(tái)發(fā)生故障，則這種儀器的千小時(shí)的可靠率為_ 。 四、簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題（ 25 分） 1. 簡(jiǎn)述推動(dòng)智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。 2. 簡(jiǎn)述智能儀器設(shè)計(jì)的基本原則。 3. 簡(jiǎn)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(qǐng)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(cè)試性？智能儀器設(shè)計(jì)中引入可測(cè)試性設(shè)計(jì)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？五、設(shè)計(jì)題 （15分）試設(shè)計(jì)一溫度檢測(cè)系統(tǒng)。要求系統(tǒng)能檢測(cè) 8 路溫度信號(hào)（假設(shè)溫度傳感器的輸出信號(hào)幅度 025mV ），測(cè)試

11、的溫度范圍為 0500 ，溫度分辨率為 0.5 。測(cè)試的最終結(jié)果用 LCD 顯示器或 LED 顯示器顯示出來(lái)。對(duì)多通道的測(cè)量信號(hào)要有自動(dòng)巡回檢測(cè)的功能和選擇某一通道進(jìn)行單一測(cè)量的功能。若采用自動(dòng)巡回檢測(cè)方式，要求每一通道每秒鐘檢測(cè) 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(shuō)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(cè)試系統(tǒng)與外界的通訊如選用串行通信，

12、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(qǐng)畫出圖 2 中單片機(jī)與顯示模塊的三根控制線 RS 、 R/W 和 E 的接口電路。 這三根控制信號(hào)的時(shí)序圖如圖 1 ，它們的功能為： RS ：寄存器選擇輸入線。當(dāng)其為低電平時(shí)，選通指令寄存器；高電平時(shí)選通數(shù)據(jù)寄存器。 R/W ：讀/ 寫信號(hào)輸入線。低電平為寫入，高電平為讀出。E ：使能信號(hào)輸入線。讀狀態(tài)下，高電平有效；寫狀態(tài)下，下降沿有效。 圖 1 答案： 一、否、是、否、否、否、否、是、否、否、否 二、B 、 B 、 B 、 C 、 D 、 B 、 A 、 D

13、、 C、 B三、12.4mv 2. 5 3. 1.6mv，9，0.36mv； 4. 2453.888KHz，20.4KHz； 6. 207. 0.98 四、 1傳感器技術(shù)： 信號(hào)檢測(cè)是通過(guò)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(cè)量范圍。DSP 的廣泛應(yīng)用： 由于 DSP 芯片是通過(guò)硬件來(lái)完成上述乘法和加法運(yùn)算，因此，采用DSP 芯片可大大簡(jiǎn)化具有此類數(shù)字信號(hào)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(hào)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

14、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(cè)試系統(tǒng)，將分散的各種不同測(cè)試設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)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(cè)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(wèn)題分為若干個(gè)較簡(jiǎn)單、容易處理的問(wèn)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(jiǎn)單的方案，因?yàn)榉桨负?jiǎn)單意味著元器件少，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(lái)的 VLSI 開放，在技術(shù)上兼顧今天和明

15、天，既從當(dāng)前實(shí)際可能出發(fā)，又留下容納未來(lái)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(shí)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(shí)別是通過(guò)在 USB 主機(jī)或 Hub 的下行端口信號(hào)線上接有下拉電阻和在設(shè)備端的信號(hào)線上連接上拉電阻來(lái)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(hào)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(hào)線的上沖，這樣當(dāng) USB 主機(jī)或 Hub 檢測(cè)到這個(gè)上沖過(guò)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)