智能儀器復(fù)習(xí)資料

1、第一章1、智能化測(cè)量控制儀表的基本組成框圖，以及各部分功能。1）組成框圖：2）各部分作用：?jiǎn)纹瑱C(jī)：是儀表的主體，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。程序存儲(chǔ)器：對(duì)于小型儀表來說，單片機(jī)內(nèi)部的存貯器已經(jīng)足夠，大型的儀表要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，或者要完成復(fù)雜的控制功能，其監(jiān)控程序較大。測(cè)量數(shù)據(jù)較多，這時(shí)就需要在單片機(jī)外部擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器。A/D轉(zhuǎn)換接口：把被測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過輸入通道進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部。鍵盤：向單片機(jī)置入的各種命令。D/A轉(zhuǎn)換：把單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后成為能夠完成某種控制功能的模擬電壓。顯示器接口：可接顯示器、數(shù)碼管等，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換功能。打印機(jī)：一般采取微型打印機(jī)，打印輸出處理結(jié)果。通訊

2、接口：通過GPIB或者RS-232接口總線與其它的儀器儀表甚至計(jì)算機(jī)作遠(yuǎn)距離通訊，以達(dá)到資源共享的目的。2、自檢的定義及分類。所謂自檢，就是儀表對(duì)其自身各主要部件進(jìn)行的一種自我檢測(cè)過程，目的是檢查各部件的狀態(tài)是否正常，以保證測(cè)量結(jié)果的正確性。自檢一般可分為開機(jī)自檢、周期性自檢和鍵控自檢三類。開機(jī)自檢是每當(dāng)接通電源或復(fù)位時(shí)，儀表即進(jìn)行一次自檢過程。周期性自檢是在儀表的工作過程中，周期性地插入自檢操作；它是完全自動(dòng)的，通常在儀表工作的間歇期間插入，不干擾正常測(cè)量過程(除非是檢查到故障)，它是不為儀表操作者所察覺的。鍵控自檢是在儀表的面板上設(shè)置一個(gè)專門的自檢按鍵，需要時(shí)可由操作人員啟動(dòng)儀表進(jìn)行自檢。

3、3、智能儀器硬件設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)的選擇應(yīng)考慮的因素有哪些？應(yīng)考慮的因素：字長、尋址能力、指令功能、執(zhí)行速度、中斷能力以及市場(chǎng)對(duì)這種單片機(jī)的軟硬件支持狀況等。第二章1、單片機(jī)的兩種節(jié)電方式：空閑和掉電方式。2、試畫出單片機(jī)與外部存儲(chǔ)器，I/O端口的連接圖，并說明為什么外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)P0口要加接地鎖存器，而P2口卻不用加接？（圖見書24頁）P0口在進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)分時(shí)復(fù)用，在讀寫片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口先送出低8位地址信號(hào)，該信號(hào)只能維持很短的時(shí)間，然后P0口又送出8位數(shù)據(jù)信號(hào)。為了使在整個(gè)讀寫片外存儲(chǔ)器期間，都存在有效的低8位地址信號(hào)，必須在P0口上外接一個(gè)地址鎖存器，在ALE信號(hào)有效期間將低8位地址鎖存于

4、鎖存器內(nèi)，再從這個(gè)鎖存器對(duì)外輸出低8位地址，P2口在進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)只用作高8位地址線，在整個(gè)讀寫期間P2口輸出信號(hào)維持不變，因此P2口不需外接鎖存器。3、若SP=26H，PC=2346H，標(biāo)號(hào)LABEL所在的地址為3466H，問執(zhí)行長調(diào)用指令LCALL LABEL后，堆棧指針和堆棧的內(nèi)容發(fā)生什么變化？PC的值等于什么？SP+1 SP(27H)=49HSP+1 SP(28H)=23HPC的值等于3466H4、CHMOS型單片機(jī)的節(jié)電運(yùn)行方式是由什么特殊功能寄存器控制的？它有幾種節(jié)電運(yùn)行方式？應(yīng)如何控制？單片機(jī)的節(jié)電工作方式由特殊功能寄存器PCON（地址為87H）控制的，提供了兩種節(jié)電工作方式：空

5、閑和掉電方式。如何控制如下：PD：掉電方式控制位，置“1”后使器件進(jìn)入掉電方式。IDL：空閑方式控制位，置“1”后使器件進(jìn)入空閑方式。應(yīng)當(dāng)指出，若PD和IDL同時(shí)置“1”時(shí)，則使器件進(jìn)入掉電工作方式。5、I2C總線的主要特性是什么？1）總線只有兩根線：串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線2）每個(gè)連到總線上的器件都可由軟件以唯一的地址尋址，并建立簡(jiǎn)單的主/從關(guān)系，主器件即可作為發(fā)送器，也可作為接收器。3）它是一個(gè)真正的多主總線，帶有競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)和仲裁電路，可使多主機(jī)任意同時(shí)發(fā)送而不破壞總線上的數(shù)據(jù)。4）同步時(shí)鐘允許器件通過總線以不同的波特率進(jìn)行通信。5）同步時(shí)鐘可以作為停止和重新啟動(dòng)串行口發(fā)送的握手方式。6）連接

6、到同一總線的集成電路數(shù)只受400pF的最大總線電容的限制。第三章1、ADC和DAC的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？ADC的分辨率和精度是一樣的嗎？主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率、精度、量程、線性度誤差、轉(zhuǎn)換時(shí)間。分辨率和精度是兩個(gè)不同的概念。分辨率反映轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量最小值；精度是指轉(zhuǎn)換結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的偏差。同樣分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器其精度可能不同。2、多于8位的DAC和8位的微處理器接口時(shí)為什么要采用雙組緩沖器結(jié)構(gòu)？結(jié)合圖3.3和圖3.4分析DAC輸出產(chǎn)生“毛刺”的原因及消除的方法。采用雙緩沖器結(jié)構(gòu)的原因是避免產(chǎn)生“毛刺”現(xiàn)象。多于8位的DAC和8位的微處理器接口時(shí)會(huì)存在一個(gè)問題，就是在輸出低8位數(shù)據(jù)和高

7、2位數(shù)據(jù)之間，會(huì)產(chǎn)生“毛剌”現(xiàn)象，如圖3.3 (b)所示。假設(shè)兩個(gè)鎖存器原來的數(shù)據(jù)為0001111000，現(xiàn)在要求轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為 0100001011，新數(shù)據(jù)分兩次輸出，第一次輸出低8位。這時(shí)DAC將把新的8位數(shù)據(jù)與原來數(shù)據(jù)的高2位一起組成0000001011轉(zhuǎn)換成輸出電壓，而該電壓是不需要的，即所謂“毛刺”。其消除方法是采用雙緩沖器結(jié)構(gòu)，如圖3.4。單片機(jī)先把低8位數(shù)據(jù)選通輸入鎖存器1中，然后將高2位數(shù)據(jù)選通輸入鎖存器3中，并同時(shí)選通鎖存器2，使鎖存器2與鎖存器3組成10位鎖存器向DAC同時(shí)送入10位數(shù)據(jù)，由DAC轉(zhuǎn)換成輸出電壓。3、試?yán)脠D3.6硬件接口編寫一個(gè)鋸齒波程序，已知臺(tái)階電壓V=3

8、9mV，要求波形的起始電壓為2V，終止電壓為5V。程序如下：MOV DPTR，#7FFFHSTART:MOV A,#66HLOOP: MOVX DPTR,A INC A INC A CJNZ A,#0FFH,LOOP AJMP START4、試設(shè)計(jì)ADC0809與單片機(jī)80C51的硬件接口，并編寫A/D轉(zhuǎn)換程序。1）硬件接口圖如下：2）A/D轉(zhuǎn)換程序：ORG 0000H ;主程序入口 AJMP MAIN ORG 0013日;外中斷INT1入口 AJMP BINT1 ;轉(zhuǎn)至ADC0809中斷服務(wù)子程序 MAIN: ;主程序 MOV R0，#30H ;數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV R4，#08H; 8路模

9、擬信號(hào) MOV R2，#00H;模擬通道0 SETB EA ;開中斷 SETB EX1 ;允許外中斷l(xiāng) SETB IT1 ;邊沿觸發(fā) MOV DPTR，#7FFFH; ADC0809端口地址MOV A，R2 MOVX DPTR，A;啟動(dòng)ADC0809 HERE: SJMP HERE ;等待 BINT1: ;中斷服務(wù)子程序 MOVX A，DPTR ;輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R0，A ;存入內(nèi)存 INC R0;數(shù)據(jù)區(qū)地址加1 INC R2 ;修改模擬輸入通道 MOV A，R2 MOVX DPTR，A;啟動(dòng)下一路模擬通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換DJNZ R4，LOOP; 8路未完，循環(huán)CLR EX1; 8路輸入轉(zhuǎn)換完

10、畢，關(guān)中斷LOOP : RETI ; 中斷返回5、分析VFC的工作原理，并設(shè)計(jì)一個(gè)用VFC實(shí)現(xiàn)的ADC接口。VFC的工作原理: VFC是根據(jù)電荷平衡原理工作的。其原理電路與工作波形詳見圖3. 38。核心部分是由Al、Rf、和Cf組成的積分器。開始時(shí)，二極管D1截止，D2導(dǎo)通，積分器對(duì)輸入電壓進(jìn)行負(fù)向積分，積分電容Cf的充電電流為Vi/Rf。A2是帶滯環(huán)的電壓比較器。每當(dāng)比較器的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，定時(shí)器就輸出一個(gè)脈寬固定為Tj的負(fù)脈沖，使二極管D2截止， D1導(dǎo)通。Ij從積分電容Cf上取走一份固定的電荷量IjTj。 由于Ij>Vi/Rf，故在定時(shí)電路輸出負(fù)脈沖期間，積分器的輸出變成

11、正向積分，直至電路恢復(fù)至初始態(tài)，以后就周期地重復(fù)上述過程。所謂電荷平衡原理是指在一個(gè)周期中，積分電容得到的電荷量與放出電荷量相等，即 因此輸出頻率可表示為 由式(3-21)可知，在確保定時(shí)器脈寬Tj，恒流源Ij和積分電阻Rf具有足夠高精度的條件 下，輸出脈沖頻率與輸入電壓有精確的線性關(guān)系。利用VFC組成的A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖如下圖所示。圖中，輸入模擬電壓Vi經(jīng)VFC變成頻率信號(hào)，加至控制"與"門。測(cè)量未進(jìn)行時(shí)，"與"門關(guān)閉。當(dāng)測(cè)量開始時(shí)，由CPU 發(fā)出啟動(dòng)脈沖，啟動(dòng)定時(shí)器工作，產(chǎn)生定時(shí)脈沖T，控制"與"門的打開時(shí)間。在時(shí)間T內(nèi)， V

12、FC產(chǎn)生的頻率信號(hào)由計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于式中，fo為VFC的輸出頻率；K為比例常數(shù)；Vi為輸入模擬電壓。計(jì)數(shù)器在時(shí)間T內(nèi)的計(jì)數(shù)值為可見計(jì)數(shù)值N與輸入模擬電壓Vi成正比例，這樣就把被測(cè)模擬電壓變換成數(shù)字信號(hào)了。由式 (3-23)可見，只要改變定時(shí)器的時(shí)間T，就可改變輸出的數(shù)字值N(對(duì)同樣的Vi)，從而可改變測(cè)量的分辨率。例如，選用頻率范圍為01 MHz的VFC，取定時(shí)時(shí)間T=l s ，計(jì)數(shù)器用 6位半的BCD計(jì)數(shù)器，則分辨率可高達(dá)106。7、在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有幾類前置放大器？選擇前置放大器的依據(jù)是什么？答： 前置放大器一般采用集成運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱運(yùn)放)。集成運(yùn)放有通用型(如F007、A741、D

13、G74l)和專用型兩類。專用型有低漂移型(如DG725、ADOP-07、ICL7605)、高阻型(如LF356、CA3140、DG3140)、 高速型(如LM318、NE530，A715)、低功耗型(如LM4250 ，A335)等。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來選擇集成運(yùn)放。選擇的依據(jù)是其性能參數(shù)：差模輸入電阻、輸出電阻、輸入失調(diào)電壓、電流及溫漂、開環(huán)差模增益、共模抑制比和最大輸出電壓幅度等。這些參數(shù)均可以從有關(guān)手冊(cè)中查得。8、采樣保持器SH的作用是什么？試分析利用SH提高被測(cè)信號(hào)頻率的原理。（P174）答：采樣保持器的作用是保持輸入信號(hào)在ADC轉(zhuǎn)換期間不變。第四章1、編碼鍵盤與非編碼鍵盤各有什么特點(diǎn)

14、？編碼鍵盤能夠由硬件自動(dòng)提供與被按鍵對(duì)應(yīng)的ASCII碼或其他編碼。但是它要求采用較多的硬件，價(jià)格昂貴。非編碼鍵盤則僅提供行和列的矩陣，其硬件邏輯與按鍵編碼不存在嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而要由所用的程序來確定2、鍵盤接口需要解決哪幾個(gè)主要問題？什么是按鍵彈跳？如何解決按鍵彈跳的問題？試畫出硬件反彈跳電路和軟件反彈跳流程。需要解決三個(gè)主要問題：1）按鍵識(shí)別；2）反彈跳 ；3）串鍵保護(hù) 。按鍵彈跳：當(dāng)按鍵開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或斷開到其穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)短暫的抖動(dòng)和彈跳。解決方法：采用硬件方法，也可采用軟件延遲的方法。通常，在鍵數(shù)較少時(shí)采用硬件方法，當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)(16個(gè)以上) ，則經(jīng)常用軟件延時(shí)的方法來反彈跳。硬件反

15、彈跳電路和軟件反彈跳流程如下：3、分別畫出共陰極和共陽極的7段LED電路連接圖。4、LCD顯示器的工作原理。工作原理：LCD是一種被動(dòng)式顯示器，它本身并不發(fā)光，只是調(diào)節(jié)光的亮度。目前常用的LCD是根據(jù)液晶的扭曲-向列效應(yīng)原理制成的。這是一種電場(chǎng)效應(yīng)，夾在兩塊導(dǎo)電玻璃電極之間的液晶經(jīng)過一定處理后，其內(nèi)部的分子呈90°的扭曲。這種液晶具有旋光特性。當(dāng)線性偏振光通過液晶層時(shí)，偏振面會(huì)旋轉(zhuǎn)90°。當(dāng)給玻璃電極加上電壓后，在電場(chǎng)的作用下液晶的扭曲結(jié)構(gòu)消失，其旋光作用也隨之消失，偏振光便可以直接通過。當(dāng)去掉電場(chǎng)后，液晶分子又恢復(fù)其扭曲結(jié)構(gòu)。把這樣的液晶放在兩個(gè)偏振片之間，改變偏振片的相

16、對(duì)位置(平行或正交)就可得到黑底白字或白底黑字的顯示形式。第五章1、智能儀表的干擾類型，它們是通過什么途徑進(jìn)入儀表內(nèi)部的？類型：串模干擾、共模干擾、電源干擾及數(shù)字電路的干擾。進(jìn)入儀表內(nèi)部的途徑：電磁感應(yīng)、傳輸通道和電源線。3、如何抑制地線系統(tǒng)的干擾？接地設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意什么問題？（1）正確接地是儀表系統(tǒng)抑制干擾所必須注意的重要問題。在設(shè)計(jì)中若能把接地和屏蔽正確地結(jié)合，可很好地消除外界干擾的影響。接地設(shè)計(jì)的基本目的是消除各電路電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓，以及免受電磁場(chǎng)和地電位差的影響，即不使其形成地環(huán)路。（2）注意的問題：1）一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的使用原則。2）屏蔽層與公共端的連接。3）交流地、功率地同信號(hào)地不能共用。4）屏蔽地(或機(jī)殼地)接法隨屏蔽目的不同而異。5）電纜和接插件的屏蔽。4、什么是程序“跑飛”？有幾種措施對(duì)付程序“跑飛”？程序“跑飛”：干擾信號(hào)已經(jīng)通過某種途徑作用到了CPU上，CPU就不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂。這就是通常所說的程序“跑飛”。措施：1）最簡(jiǎn)單的方法是使CPU復(fù)位，讓程序從頭開始重新運(yùn)行。2）采用“指令冗余”，就是在