智能儀器復習題

1、智能儀器設計復習題1. 簡述智能儀器的概念？智能儀器有哪幾種結構形式？對其作簡要描述。智能儀器是計算機技術、通信技術、傳感器技術、電子集成技術等多學科技術與傳統(tǒng)測量儀器相結合的產(chǎn)物，是含有微計算機或微處理器的測量(或檢測)儀器。兩種結構形式：微機內(nèi)嵌式和微機擴展式。微機內(nèi)嵌式是將單片或多片的微處理器與傳統(tǒng)儀器有機地結合在一起形成的單機，其形態(tài)是儀器。微機擴展式是以個人計算機(PC)為核心的應用擴展型測量儀器。個人計算機儀器(PCI)或稱微機卡式儀器。其形態(tài)可以是計算機。2. 結合你對智能儀器概念的理解，討論“智能化”的層次。四個層次：聰敏儀器類、初級智能儀器類、模型化智能儀器類和高級智能儀器類

2、。聰敏儀器類是以電子、傳感、測量技術為基礎；初級智能儀器除了應用電子、傳感、測量技術外，主要特點是應用了計算機及信號處理技術；模型化儀器是在初級智能儀器的基礎上應用了系統(tǒng)識別和模式識別方法；高級智能儀器類特點是具有人工智能。3. 試述智能儀器的特點和典型功能。特點：匯集各種高新技術，測量過程軟件控制，強大的數(shù)據(jù)處理功能，多功能化，操作自動化，對外開放性。 典型功能：數(shù)據(jù)分析和處理功能，自測功能和友好人機對話功能。4. 畫出智能儀器的基本結構，并說明各部分的功能。內(nèi)嵌式擴展式5. 智能儀器的微處理器主要有哪些系列？基于8051內(nèi)核的單片機、PIC系列單片機、AVR系列單片機、MSP-430系列單

3、片機、基于ARM內(nèi)核的單片機、數(shù)字信號處理器DSP6. 以8051為內(nèi)核的單片機制造公司有哪些？它們各有什么特點？Intel公司：技術性能及開發(fā)手段都較成熟，價格低廉，可重復編程和方便功能擴展Atmel公司：采用CMOS工藝、ISP（在系統(tǒng)編程），對8051的接口功能作了必要的擴充Philips公司：可以通過關閉不用的ALE，改善單片機的EMI電磁兼容性能；特有雙DPTR指針；UART串行口增加了從地址自動識別和幀錯誤檢測功能Silicon Lab公司：采用CIP-51內(nèi)核大力提升CISC結構運行速度；I/O口從固定方式到交叉開關配置7. C8051系列單片機增加了哪些數(shù)字外設？在實際應用中有

4、什么優(yōu)勢？數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件。8. 什么是ARM？它有什么特點？ARM是英國的著名半導體設計公司，也是一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。ARM公司設計的基于精簡指令集計算機（RISC）結構的微處理器核，具有耗電少、成本低、功能強、特有16/32位雙指令集的特征。9. DSP芯片的主要用途是什么？簡述DSP的特點。主要應用是能夠?qū)崟r快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。特點：在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；片內(nèi)具有快速RAM，可通過獨立數(shù)據(jù)總線在2種RAM中同時訪問；快速的中斷處理和硬件I/O支

5、持；具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；可以并行執(zhí)行多個操作；支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。10. 設計智能儀器時怎樣選擇微處理器？應考慮哪些因素？選擇處理器時，應根據(jù)任務需求，考慮微處理器的性能、片內(nèi)硬件資源、成本和實現(xiàn)是否方便來選擇?？紤]因素：速度、精度、字長和尋址空間。11. 簡述串行外設接口（SPI）和多通道緩沖串行口（McBSP）的基本原理。答案暫無12. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)哪些基本功能？信號采集、信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、微機顯示數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)。13. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有哪幾種組成結構？簡要說明幾種結構的特點和適用的場合。單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：

6、結構簡單，成本低，只能采集一路信號。多通道一般型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：多路信號共用一個S/H和ADC，電路結構簡單、成本低；采集速度低，分時采集，不能獲得多路信號同一時刻的數(shù)據(jù)，對于要求多路信號嚴格同步采集的系統(tǒng)是不適用的。多通道同步型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：可以實現(xiàn)同步采集和分時A/D轉(zhuǎn)換；多路信號的A/D轉(zhuǎn)換是分時進行的，工作速度較低。多通道獨立型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：每一通道有獨立的S/H、ADC電路，可以實現(xiàn)同步采集和高速采集；成本較高。網(wǎng)絡式數(shù)據(jù)采集結構: 采集通道數(shù)多，采集數(shù)據(jù)量大，便于橫向擴展，數(shù)據(jù)易于存儲、集中管理；設計復雜、成本高、重點要考慮站點間數(shù)據(jù)同步的準確性和效率14. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的前置放大

7、器一般設置在調(diào)理電路的最前端，為什么（圖，計算過程，比較，結論）15. 為什么要在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用測量放大器？如何選擇？在測量時，來自傳感器的信號一般都是比較弱的低電平信號，不適合直接進入A/D轉(zhuǎn)換器。放大器的作用是將微弱信號進行放大，以便能充分地利用ADC的滿刻度分辨率。測量放大器應高輸入阻抗，反應時間快；頻率響應范圍寬；高抗共模干擾能力；低漂移、低噪聲及低輸出阻抗。放大器的增益K應滿足兩個條件：既不能使A/D溢出，又要滿足轉(zhuǎn)換精度的要求 所需放大器增益K：16. 通用運算放大器的主要參數(shù)有哪些？主要參數(shù)：輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓的溫漂、共模抑制比輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流

8、的溫漂；差模開環(huán)直流電壓增益、電源電壓抑制比；輸出峰-峰值電壓、最大共模輸入電壓、最大差模輸入電壓；開環(huán)帶寬、單位增益帶寬、全功率帶寬；轉(zhuǎn)換速率、建立時間；等效輸入噪聲電壓；差模輸入阻抗、共模輸入阻抗、輸出阻抗。17. 在設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，選擇模擬多路開關要考慮的主要因素是什么？通道數(shù)量、泄漏電流、導通電阻、開關速度、芯片電源電壓范圍。18. 采樣周期與哪些因素有關？如何選擇采樣周期？（答案待定）采樣周期與被轉(zhuǎn)換信號周期有關，采樣周期應小于被轉(zhuǎn)換信號最大周期的1/2。19. 當A/D轉(zhuǎn)換器的滿標度模擬輸入電壓為+5V時，8位、12位ADC的絕對量化誤差和相對量化誤差分別為多少？（計算）20.

9、 在設計一個測量儀器系統(tǒng)時，選用A/D轉(zhuǎn)換器時，應考慮哪些問題？模擬輸入電壓的量程、能測量的最小信號、非線性誤差、每完成一次轉(zhuǎn)換需要時間、對輸入信號的要求、是否需要預處理。21. 簡述ADC的主要技術指標。1）轉(zhuǎn)換精度：a分辨率和量化誤差；b轉(zhuǎn)換誤差；2）轉(zhuǎn)換時間22. 能否說一個帶有采樣/保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采樣頻率可以不受限制？為什么？答案暫無23. 設計一個模擬量輸入通道，輸入為交變信號，f=200Hz，電壓范圍020V，轉(zhuǎn)換時間小于50s，分辨率為10mV，通道誤差小于0.1%。（計算）課件智能儀器設計基礎-4（數(shù)據(jù)采集2）36頁24. 簡述-型A/D轉(zhuǎn)換器中，過采樣、噪聲整形及數(shù)

10、字抽取濾波的原理。25. 如果一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求有1%級精度性能指標，在設計該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，怎樣選擇系統(tǒng)的各個器件？26. 一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣對象是糧庫的溫度和濕度，要求測量精度分別是±1和±3%RH，每10min采集一次數(shù)據(jù)，應選擇何種類型的A/D轉(zhuǎn)換器和通道方案？27. 模擬量輸出通道一般有哪幾種形式？每種結構的特點是什么？28. D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接時一般有哪幾種接口形式？試舉例說明當DAC數(shù)據(jù)總線寬度與微處理器總線寬度相同或高于微處理器總線寬度時，微處理器對DAC的控制方式。29. 微處理器的輸出信號驅(qū)動執(zhí)行機構時應考慮哪些問題？30. 電路如下圖所

11、示，圖中R10k，RF30k，d0、d1為輸入的數(shù)字量。當數(shù)字量為“0”時，電子開關S0、S1接地；為“1”時，開關接+5V。要求寫出輸電壓u0與輸入的數(shù)字量d0、d1之間的表達式。31. 說明DAC0832的特點。其輸出信號是電流信號還是電壓信號？其輸出的信號還需要怎么處理？畫出其處理的電路圖。32. 試設計一個用數(shù)字輸出口控制光電耦合器的電路，分析其工作原理。33. 設計一個由8位D/A轉(zhuǎn)換器構成的任意波形發(fā)生器（電路中包括時鐘、地址發(fā)生器、偏移地址累加器、數(shù)據(jù)存儲器等），說明其工作原理，并給出改進設計的意見。34. 量程自動轉(zhuǎn)換技術的基本要求有哪些？為防止大幅值信號進入輸入級造成電路的損

12、害，量程轉(zhuǎn)換電路中一般怎樣進行保護？35. 下圖是一個由輸入衰減器和放大器組成的量程轉(zhuǎn)換的原理性電路（K5閉合時為自測試狀態(tài)，本題中的問題是在K5斷開時進行的）。S為繼電器開關，控制1001衰減器是否接入。K5K10是場效應管模擬開關，控制放大器不同的增益。繼電器開關S、K5K10在微機發(fā)出的控制信號的控制下，形成不同的通、斷組合，構成0.1V、1V、10 V、100 V和1000 V五個量程以及自動測試狀態(tài)。請問：（1） 若后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入范圍為03.2 V，請分析各種組態(tài)（不同量程）時的開關狀態(tài)，并給出當前狀態(tài)下的電路放大倍數(shù)；（2） 根據(jù)量程變換的基本要求設計五個量程時的電壓輸入

13、范圍（升、降量程的閾值）；（3） 設計電路，用微機控制實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換，并編寫轉(zhuǎn)換的程序流程或編寫程序。36. 簡述鍵抖動現(xiàn)象，說明軟件去抖處理方法。37. 如何消除鍵連擊及串鍵現(xiàn)象；說明如何合理利用鍵連擊現(xiàn)象實現(xiàn)“長按”和“短按”功能。38. 觸摸屏的種類主要有哪些？簡述電阻式和電容式觸摸屏的原理及特點。39. 請敘述用狀態(tài)矩陣法設計監(jiān)控程序的步驟，并說明該方法的特點。40. 以一8回路溫控儀為例說明用狀態(tài)矩陣法設計鍵盤監(jiān)控程序的設計過程。要求根據(jù)儀器功能繪制狀態(tài)圖，根據(jù)狀態(tài)圖給出狀態(tài)表，確定按鍵編碼值，并給出程序設計流程圖。8回路溫控儀面板CPRS6個按鍵定義：Ø C鍵：回路號18，第8路為環(huán)境溫度補償信號，其余為溫控點的溫度信號；Ø P鍵：參數(shù)號，對應設定值、實測值、PID參數(shù)值、上下限報警值、輸出控制值等8個參數(shù)；Ø 鍵：加1；Ø 鍵：減1；Ø R鍵：運行；Ø S鍵：停止。溫控儀按鍵序列定義按鍵序列功能回路號、 運行啟動17路中的一路運行停止停止當前回路的運行回路號回路號+1回路號、參數(shù)號參數(shù)號+1，執(zhí)行CiPi對應的子