吉林大學(xué)智能儀器試卷

1、智能儀器設(shè)計基礎(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)。（ ） 4. RS232 通信采用的是TTL電平，因此它的傳輸距離比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)動和疊加驅(qū)動兩種驅(qū)動方式，這兩種驅(qū)動方式可在使用時隨時改變。 （ ） 7.

2、 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)過程的三個典型階段是定義、開發(fā)和測試。（ ） 9. RAM 測試方法中，谷值檢測法無法檢測 “ 粘連 ” 及 “ 連橋 ” 故障。（ ） 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 ）。（ ） 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:()A. 放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)B. 多路開關(guān)、放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)C. 多路開關(guān)、放大器、D/A 轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)D.

3、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)由信號加噪聲構(gòu)成，應(yīng)根據(jù)( )確定濾波算法？ A. 噪聲統(tǒng)計規(guī)律 B. 信號特征和 噪聲統(tǒng)計規(guī)律 C. 信號特征 D. 只能用多種濾波算法試驗，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前的模擬信號保持不變 D. 使A/D 轉(zhuǎn)換器前

4、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( )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)的時候，首要的任務(wù)是利用( )實現(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

5、三種都包括9在進(jìn)行數(shù)字電路的可測試性設(shè)計時，下面說法錯誤的是( )。A設(shè)計上應(yīng)避免“線或”邏輯 B所有不同相位和頻率的時鐘都應(yīng)來自單一主時鐘C數(shù)字電路應(yīng)設(shè)計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()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 ）已知實驗數(shù)據(jù)。 3利用 8 片模擬多

6、路開關(guān) CD4051 設(shè)計 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/保的孔徑時間 tA

7、P=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 的捕捉時間 tAC=3 s ，穩(wěn)定時間ts=2 s ， A/D 轉(zhuǎn)換時間 tCONV=40 s ，輸出時間 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。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的可靠率為_ 。 四、簡要回答下列問題（ 25 分） 1. 簡述推動智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。 2. 簡述

8、智能儀器設(shè)計的基本原則。 3. 簡述 USB 既插既用機(jī)制實現(xiàn)的原理。 4. 可靠性是智能儀器中一個重要的技術(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)計中引入可測試性設(shè)計有什么優(yōu)缺點(diǎn)？五、設(shè)計題 （15分）試設(shè)計一溫度檢測系統(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。若采用自動巡回檢測方式，要求每一通道每秒鐘檢測 100

9、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)與顯示模塊的三根控制線 RS 、 R/W 和 E 的接口電路。 這三根控制信號的時序圖如

10、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，選通指令寄存器；高電平時選通數(shù)據(jù)寄存器。 R/W ：讀/ 寫信號輸入線。低電平為寫入，高電平為讀出。E ：使能信號輸入線。讀狀態(tài)下，高電平有效；寫狀態(tài)下，下降沿有效。 圖 1 圖 2 答案： 一、否、是、否、否、否、否、是、否、否、否 二、B 、 B 、 B 、 C 、 D 、 B 、 A 、 D 、 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)： 信號檢測是通過傳感器實現(xiàn)的，為適應(yīng)智能儀器發(fā)展的需要，各種

11、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)

12、的測試任務(wù)。 2從整體到局部（自頂向下）的設(shè)計原則：這種設(shè)計原則的含義是，把復(fù)雜的、難處理的問題分為若干個較簡單、容易處理的問題，然后在一個個地加以解決。 較高的性能價格比原則：在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單的方案，因為方案簡單意味著元器件少，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)前實際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機(jī)會的余地；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)計和用戶的專用要求等等。 。 3即插即用技術(shù)包含 2 個技術(shù)

13、層面，既熱插拔和自動識別配置。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)計上充分考慮了這一點(diǎn)，使得這個瞬時的強(qiáng)電流被安全地吸收，從而使 USB 設(shè)備實現(xiàn)了熱插拔。系統(tǒng)設(shè)備的自動識別是通過在 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，信號線電平將恒為 0 。當(dāng) USB 設(shè)備連接上的瞬間，會造成 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

14、擇；篩選；降額使用；可靠電路的設(shè)計； 冗余設(shè)計；環(huán)境設(shè)計；人為因素設(shè)計；儀器可靠性實驗；提高軟件可靠性：認(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計；可靠的程序設(shè)計方法；程序驗證技術(shù)；提高軟件設(shè)計人員的素質(zhì)；消除干擾；增加試運(yùn)行時間。5 可測試性（ Testability ）是指產(chǎn)品能夠及時準(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)計特性。智能儀器設(shè)計中引入可測試性設(shè)計的優(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)計時間增加。五、 放大器的增益 200 ； ADC 的分

15、辨率 12 位； 12.5ms ； 4 位 智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)綜合測試題一窗體頂端一、判斷題：(1) 當(dāng)輸入全為“1”時，輸出電壓與理想值之間的誤差，稱為D/A轉(zhuǎn)換器的滿刻度誤差。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(2) 輸出的數(shù)字量變化一個相鄰的值所對應(yīng)的輸入模擬量的變化值稱為D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(3) 輸出模擬量的最小變化量稱為A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(4)“轉(zhuǎn)換速度”這一指標(biāo)僅適用于A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器可以忽略不計轉(zhuǎn)換時間 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(5) D/A轉(zhuǎn)換器可以直接與單片機(jī)的三總線相連。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂

16、端(6) LCD靜態(tài)驅(qū)動和LED的靜態(tài)驅(qū)動都是用直流驅(qū)動。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(7) 矩陣式非編碼鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省I/O口。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(8) RS232通信采用的是TTL電平，因此它的傳輸距離比485短。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(9) 觸摸屏只能做輸入設(shè)備。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(10) 虛擬儀器就是不需要任何硬件資源，所有的功能只須用軟件實現(xiàn)。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端二、選擇題： (11) 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖如圖1所示。其中（1）-（6）各部分的組成為 ：_A、 放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、采樣/保持器、D/A轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)、顯示器 B、傳感

17、器、多路開關(guān)、放大器、采樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機(jī) C、傳感器、多路開關(guān)、放大器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機(jī) D、放大器、多路開關(guān)、采樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、計算機(jī) 窗體底端窗體頂端(12) 假設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入的信號為U=Umsint。如果在轉(zhuǎn)換時間tconv內(nèi)，正弦信號電壓的最大變化不超過1/2LSB所代表的電壓，則在Um=FSR條件下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可采集的最高信號頻率為：_ A、 B、C、D、窗體底端窗體頂端(13) 若在點(diǎn)陣LCD顯示器上顯示字符，只須傳送該字符的 ：_ A、二進(jìn)制碼 B、ASII碼 C、點(diǎn)陣代碼 D、七段碼 窗體底端窗體頂端(14) US

18、B總線是一種：_ A、串行總線 B、支持即插即用設(shè)備的總線 C、可給外設(shè)提供電源的總線 D、上述三者 窗體底端窗體頂端(15) RS-232總線、RS485總線、USB總線、IEEE1394總線中傳輸距離最長的是：_ A、RS-232 B、RS-485 C、USB D、IEEE1394 窗體底端窗體頂端(16) 若需要采樣/保持器既能快速的跟蹤，又能長時間的保持，可采用兩級級連的方式，這兩級的保持電容應(yīng)該選擇為：_ A、小電容和大電容 B、小電容和小電容 C、大電容和小電容 D、大電容和大電容 窗體底端窗體頂端(17) 如果一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求有1%級精度性能指標(biāo)，在設(shè)計該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，應(yīng)

19、按照_級精度選擇系統(tǒng)的各個器件。A、1% B、0.1% C、10% D、0.01% 窗體底端窗體頂端(18) 一個3位半的A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相當(dāng)于_位的二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器。A、13 B、12 C、11 D、10 窗體底端窗體頂端(19) 若某測溫系統(tǒng)的溫度測量范圍是50100，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。設(shè)當(dāng)溫度為100時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為FFH；而當(dāng)溫度為50時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為33H；那么，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為99H時，對應(yīng)的溫度值是:_ A、90 B、75 C、80 D、85 窗體底端窗體頂端(20) RS-232總線、RS485總線、USB總線、IEEE1394總線中

20、傳輸速度最快的是：_ A、RS-232 B、RS-485 C、USB D、IEEE1394 窗體底端正確答案： 第2題：錯誤第3題：錯誤第5題：錯誤第6題：錯誤第8題：錯誤第9題：錯誤第10題：錯誤第11題：B第12題：C第13題：B第14題：D第15題：B第17題：B第18題：C第19題：B第20題：D智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)綜合測試題二窗體頂端一、判斷題：(1) 當(dāng)輸出全為“1”時，輸入電壓與理想輸入量之差，稱為A/D轉(zhuǎn)換器的滿刻度誤差。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(2) “數(shù)字量”與“開關(guān)量”的含義沒有什么區(qū)別。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(3) ADC0809可以利用“轉(zhuǎn)換結(jié)束”信號EOC

21、向CPU發(fā)出中斷請求。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(4) LCD顯示器的優(yōu)點(diǎn)是耗電小。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(5) 矩陣式非編碼鍵盤比編碼鍵盤的查詢軟件簡單。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(6) RS-232標(biāo)準(zhǔn)采用的是同步通信方式。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(7) 各種常用的濾波算法不能組合使用。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(8) RS485采用差動傳輸，其最大傳輸距離可達(dá)1200米。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(9) USB根集線器只能具有控制傳輸方式。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端(10) 一個帶有采樣/保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采樣頻率可以不受限制。 正確 錯誤 窗體底端窗體頂端二、選擇題：(11) 智能儀器基本組成結(jié)構(gòu)可以有下面的幾部分，它們分別為 ：_A、CPU，ROM，I/O，RAM，模入通道，模出通道B、CPU，ROM，RAM，I/O，模入通道，儀器面板C、CPU，D/A，A/D，I/O，外部通信，儀器面板D、CPU，I/O，鍵盤，顯示，外部通信，模出通道窗體底端窗體頂端(12) 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、保證在模數(shù)轉(zhuǎn)換期間ADC前的模擬信號保持不變D、使ADC前信號能跟上模擬信號的變化窗體底端窗體頂端(13) 采樣保持器的保