智能儀器原理及其應(yīng)用復(fù)習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上智 能 儀 器 原 理 復(fù) 習(xí) 提 綱1、 智能儀器的定義內(nèi)部帶有微型計(jì)算機(jī)并帶有GP-IP等通信接口，具有對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷，自動(dòng)化操作與外界通信等智能作用的儀器，稱為智能儀器.2、 智能儀器的優(yōu)點(diǎn)使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中旋轉(zhuǎn)式獲琴鍵式切換開關(guān)來實(shí)施對(duì)儀器的控制，從而使儀器面板的布置和儀器內(nèi)部有關(guān)部件的安排不再相互限制和牽連。微處理器的運(yùn)用極大的提高了儀器的性能。 智能儀器運(yùn)用微處理器的控制功能，可以方便的實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換，自動(dòng)調(diào)零，觸發(fā)電平自動(dòng)調(diào)整，自動(dòng)校準(zhǔn)，自診斷等功能，有力的改善了儀器的自動(dòng)化測(cè)量水平。智能儀器具有友好的人機(jī)對(duì)話的能力，使用人員只通過鍵

2、盤打入命令。智能儀器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，使智能儀器具有可程控操作的能力。1、 A/D轉(zhuǎn)換的技術(shù)指標(biāo)分辨率與量化誤差：分辨率是衡量A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化量的技術(shù)指標(biāo)，記數(shù)字量變化一個(gè)字所對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)的變化量。量化誤差是由于A/D轉(zhuǎn)換器有限字長(zhǎng)數(shù)字量對(duì)輸入模擬量進(jìn)行離散取樣二引起的誤差，其大小在理論上為一個(gè)單位。轉(zhuǎn)化精度：反映了一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)理想A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值。用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差來表示。轉(zhuǎn)換速率：指A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。也可表示為轉(zhuǎn)換時(shí)間，即轉(zhuǎn)換從啟動(dòng)到結(jié)束所需時(shí)間。滿刻度范圍：又稱滿量程輸入電壓范圍，指A/D轉(zhuǎn)

3、換器所允許最大的輸入電壓范圍。2、 逐次比較式A/D，積分式A/D的原理及各自優(yōu)缺點(diǎn)逐次比較式：當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)作用后，時(shí)鐘信號(hào)先通過邏輯控制電路是N位寄存器的最高位D(N-1)位1，以下各位為0，這個(gè)二進(jìn)制代碼經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓U0，送到比較器與輸入的模擬電壓Ux比較。若Ux.>Uo，則保留這一位，；若Ux<Uo，則D(N-1)位置0. D(N-1)位比較完畢后，在對(duì)下一位即D(N-2)位進(jìn)行比較，控制電路使寄存器D(N-2)為1，其以下各位仍為0，然后再與上一次D(N-1)結(jié)果一起經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后再次送到比較器與Ux相比較。如此一位一位地比較下去，直至最后一位Do比較完畢為止，

4、最后，發(fā)出EOC信號(hào)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。這樣經(jīng)過N次比較后，N位寄存器保留的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)。積分式：先用積分器把輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量，再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。優(yōu)缺點(diǎn)：逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換精度比較適中，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在us級(jí)，轉(zhuǎn)換精度一般在0.1%左右，適用于一般場(chǎng)合。積分式A/D轉(zhuǎn)換器的核心部件是積分器，因此速度較慢，其轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在ms級(jí)或更長(zhǎng)。但抗干擾性能強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)0.01%，適用于在數(shù)字電壓表類儀器中。3、 并行比較式A/D原理及優(yōu)缺點(diǎn)并行比較式A/D原理，以一個(gè)三位并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器為例，采用（23-1）=7個(gè)比較器，每個(gè)比較器的急轉(zhuǎn)電壓分別為，而輸入

5、電壓則是并行加到7個(gè)比較器的輸入端。工作時(shí)輸入電壓將與七個(gè)基準(zhǔn)電壓同時(shí)進(jìn)行比較。通過譯碼和鎖存電路對(duì)7個(gè)比較器的輸出狀態(tài)進(jìn)行譯碼和鎖存，輸出三位二進(jìn)制數(shù)碼，從而完成A/D轉(zhuǎn)換。優(yōu)缺點(diǎn)：并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，但是需要大量的低漂移比較器和高精度電阻，成本太高，價(jià)格昂貴。4、 高速數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)姆绞剑―MA、雙口RAM、FIFO）？及其實(shí)現(xiàn)原理DMA方式：在DMA控制器控制下的直接存儲(chǔ)器存取方式，在這種作用下外設(shè)不經(jīng)過CPU控制直接讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)原理：用指令對(duì)DMA控制器初始化，預(yù)置地址寄存器初值。預(yù)置狀態(tài)或控制寄存器來決定讀或?qū)懖僮鞯?。啟?dòng)外設(shè)并向DMA發(fā)送DMA請(qǐng)求。DMA

6、接受申請(qǐng)后向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)。CPU接受申請(qǐng)，釋放總線控制權(quán)。DMA接管總線控制權(quán)并控制外設(shè)讀取和寫入信號(hào)DMA控制器內(nèi)的地址寄存器加1，計(jì)數(shù)器減1，進(jìn)入下一循環(huán)。雙口RAM即雙端口存儲(chǔ)器，它具有兩套完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)線，地址線，讀寫控制線，允許兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)或模塊同時(shí)對(duì)雙口RAM進(jìn)行讀/寫操作。FIFO是先進(jìn)先出傳輸方式，同一存儲(chǔ)器配備兩個(gè)數(shù)據(jù)端口，一個(gè)是輸入端口，只負(fù)責(zé)寫入數(shù)據(jù)；一個(gè)是輸出端口，只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸出。這種存儲(chǔ)器不需要地址線參與尋址，數(shù)據(jù)讀取遵循先進(jìn)先出的規(guī)則，每個(gè)數(shù)據(jù)只能被讀取一次。1、 D/A轉(zhuǎn)換的原理、由電阻網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)及基準(zhǔn)電源等部分組成。為便于接口，有些還含有鎖存器。目前

7、采用最多的是R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻規(guī)格僅為R和2R兩種。為基準(zhǔn)電壓，它可由內(nèi)電子開關(guān)在二進(jìn)制代碼的控制下分別控制4個(gè)支路，并使電流個(gè)自己進(jìn)入A3A2A1A04個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是：任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)的三個(gè)分支的等效電阻都是2R，因此由任意分支流入結(jié)點(diǎn)的電流都為,并且I將在結(jié)點(diǎn)處被平分為相等的兩個(gè)部分，由另外兩個(gè)分支輸出。經(jīng)計(jì)算后當(dāng)UR為正時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出U0為負(fù)，反之為正。2、 D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)分辨率:輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量輸出的變化量。轉(zhuǎn)換精度:在整個(gè)工作區(qū)間實(shí)際的輸出電壓與理想電壓之間的偏差，可用絕對(duì)值或相對(duì)值來表示。轉(zhuǎn)換時(shí)間:

8、又稱穩(wěn)定時(shí)間，是輸入的二進(jìn)制代碼，從最小值突跳到最大值時(shí)，其模擬量電壓達(dá)到其穩(wěn)定值之差小于所需的時(shí)間。尖峰誤差：輸入代碼發(fā)生變化時(shí)而使輸出模擬量產(chǎn)生的劍鋒所造成的誤差。3、 模擬信號(hào)采樣/保持電路及技術(shù)指標(biāo)采樣保持電路如圖所示，由一個(gè)電容C做保持電容，運(yùn)放接成跟隨器，其運(yùn)行狀態(tài)由控制開關(guān)決定，閉合時(shí)為采樣電路，斷開為保持電路。主要技術(shù)指標(biāo)：孔徑時(shí)間：從發(fā)出保持指令到開關(guān)真正打開所需時(shí)間、捕捉時(shí)間：從開始采樣到保持器輸出達(dá)到當(dāng)前輸入信號(hào)值所需時(shí)間、保持電壓下降：在保持狀態(tài)下，由于保持電容的漏點(diǎn)引起的電壓下降、饋通（送）：在保持時(shí)間內(nèi)由于輸入信號(hào)電壓變化而引起的輸出電壓變化的程度、電壓增益精度：是

9、指當(dāng)環(huán)境和電源變化時(shí)，電壓增益可以保持的精度。1、 獨(dú)立式鍵盤、矩陣式鍵盤、交互式鍵盤原理獨(dú)立式鍵盤：每一個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根檢測(cè)線與主機(jī)相連，上拉電阻保證按鍵斷開時(shí)檢測(cè)線上有穩(wěn)定的高電平，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線就呈現(xiàn)低電平。矩陣式鍵盤：把檢測(cè)線分成兩組，一組為行線，一組為列線，按鍵放在行列交點(diǎn)上，每個(gè)按鍵通過不同的行列線與主機(jī)相連。只需檢測(cè)對(duì)應(yīng)行列線的電平變化即可知按鍵情況。交互式鍵盤：任意兩檢測(cè)線直接均可防止一個(gè)鍵，這種鍵盤所使用的檢測(cè)線必須是有位控功能的雙向I/O端口線。2、 鍵盤抖動(dòng)的原因及消除方法原因：當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，按鍵觸點(diǎn)的彈性會(huì)產(chǎn)生一種抖動(dòng)現(xiàn)象，即當(dāng)按下按鍵時(shí)不會(huì)迅

10、速可靠的接通，當(dāng)按鍵釋放時(shí)不會(huì)立即斷開，這當(dāng)中就產(chǎn)生了5ms到10ms之間的抖動(dòng)。消除方法：硬件方法：利用RS觸發(fā)器來吸收按鍵的抖動(dòng)。軟件方法：當(dāng)判斷有按鍵按下時(shí)，用軟件延時(shí)10ms到20ms，等待按鍵穩(wěn)定后在重新判斷一次，以躲過觸點(diǎn)抖動(dòng)期。3、 行掃描法、線路反轉(zhuǎn)法原理，及程序流程行掃描法：首先判斷是否有鍵按下，即先進(jìn)行全掃描，將所有行線置成0電平，然后讀入全部列值，如果讀入的列值全是1，則說明沒有鍵 按下；如果讀入的列值不全是1，則說明有鍵按下。第二步確定哪一個(gè)鍵按下：一旦發(fā)現(xiàn)有健按下，轉(zhuǎn)入逐行掃描的辦法來確定是哪一個(gè)鍵按下。先掃描第一行，即使它接0電平，然后讀入列值。哪一列出現(xiàn)0值，則說

11、明與那一列跨接的鍵被按下了。如果讀入的列值全是1，說明該行沒有鍵 按下，接掃描第二行。以此類推，逐行掃描，直至發(fā)現(xiàn)非全1的列值，就能找出被按下的鍵。線路反轉(zhuǎn)法：第一步：先從P1的高四位輸出“0”電平，從P1的第四位讀取鍵盤狀態(tài)，若某按鍵被按下，此時(shí)從P1的第四位輸出的代碼中對(duì)于該鍵的列位為0，其余為1。第二步：線路反轉(zhuǎn)，從P1的低四位開始輸出“0”電平，從高四位讀取鍵盤狀態(tài)，同樣此時(shí)“0”所對(duì)應(yīng)的為鍵盤的行所在位置，再將兩次讀入數(shù)據(jù)組成一個(gè)行列代碼，即為按鍵準(zhǔn)確位置。4、 鍵盤分析程序?qū)崿F(xiàn)原理：直接分析法 狀態(tài)分析法直接分析法：根據(jù)當(dāng)前按鍵的鍵值，把控制直接分支到相應(yīng)處理程序的入口，而無須知道

12、在此之前的按鍵情況。狀態(tài)分析法：將鍵盤分析程序作為時(shí)序系統(tǒng)，在一定的條件下系統(tǒng)可以處于某種狀態(tài)，當(dāng)條件改變后，它的狀態(tài)可以發(fā)生變遷，即從一個(gè)狀態(tài)變到另一個(gè)狀態(tài)GP-IB標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行原理GP-IB標(biāo)準(zhǔn)包括接口與總線兩部分，其中接口部分是由各種邏輯電路構(gòu)成，與儀器裝置安裝在一起，用于對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行發(fā)送，接受，編碼，和譯碼；總線部分是一條無源的多芯電纜，用作傳輸各種消息。GP-IB系統(tǒng)中分為講者、聽者、控者三個(gè)角色，一個(gè)系統(tǒng)中可以有多個(gè)講者，但同一時(shí)間只能有一個(gè)在工作，一個(gè)系統(tǒng)可以有多個(gè)聽著，并允許多個(gè)聽者同時(shí)工作?？卣叱Ｓ捎?jì)算機(jī)擔(dān)任，不允許兩個(gè)或兩個(gè)以上控者同時(shí)起作用。1、 三線掛鉤原理：在GP-I

13、B系統(tǒng)中，每傳遞一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)信息，不管是儀器消息還是接口消息，源方與受方之間都要進(jìn)行一次三線掛鉤過程。聽者使NRFD呈高電平，表示做好接受準(zhǔn)備。三條數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線（DAV數(shù)據(jù)有效線，NRFD數(shù)據(jù)未就緒線,NDAC數(shù)據(jù)未收到線），其作用是控制數(shù)據(jù)總線的時(shí)序，以保證數(shù)據(jù)總線能正確、有節(jié)奏的傳輸信息。5條借口管理控制線，其作用是控制BP-IP總線接口。2、 串行通信原理、基本方式分為同步通信和異步通信，在同步通信中，為了使發(fā)送和接受保持一致，串行數(shù)據(jù)在發(fā)送和接收兩端使用的時(shí)鐘應(yīng)同步。在異步通信中，只要求發(fā)送和接受兩端的時(shí)鐘頻率在短期內(nèi)保持同步。同步和異步通信比較，有點(diǎn)是傳輸速度快，不足之處是同步通信

14、的實(shí)用性將取決于發(fā)送器于某種原因漏掉一位，則余下的接收數(shù)據(jù)都不正確。異步通信傳輸速度慢，若在若在一次的串行數(shù)據(jù)的傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤僅影響一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，在微機(jī)測(cè)量和控制系統(tǒng)中，串行數(shù)據(jù)的傳輸大多使用異步通方式。硬件故障自檢內(nèi)容及算法自檢方式：開機(jī)自檢：在儀器電源接通或復(fù)位之后進(jìn)行。若沒發(fā)現(xiàn)問題，則自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量程序，在以后的測(cè)量中不再進(jìn)行自檢；若發(fā)現(xiàn)問題，則及時(shí)報(bào)警，以免儀器帶病工作。開機(jī)自檢是對(duì)儀器正式投入運(yùn)行之前所進(jìn)行的全面檢查。周期性自檢。指在儀器運(yùn)行過程中，間斷插入的自檢操作，這種自檢方式可以保證儀器在使用過程中一直處于正常過程中，周期性自檢不影響儀器的正常工作，只有當(dāng)出現(xiàn)故障給予報(bào)警時(shí)

15、，用戶才會(huì)覺察。鍵控自檢。有些儀器在面板上設(shè)有“自檢”按鍵，當(dāng)用戶對(duì)儀器的可信度發(fā)出 懷疑時(shí)，便通過該鍵來啟動(dòng)一次自檢過程。1、 數(shù)字濾波的定義，及數(shù)字濾波方法所謂數(shù)字濾波，即通過一定的計(jì)算程序，對(duì)采集的的數(shù)據(jù)驚醒某種處理，從而消除或減弱干擾和噪聲的影響，提高測(cè)量的可靠性和精度。數(shù)字濾波具有硬件濾波器的功效，卻不需要硬件開銷，從而降低了成本。方法：中值濾波、平均濾波程序、低通數(shù)字濾波。1、 DVM原理、主要技術(shù)指標(biāo)、主要功能原理：智能DVM是指以微處理器為核心的數(shù)字電壓表。其中專用微型計(jì)算機(jī)部分包括微處理器芯片，存放儀器監(jiān)控程序的存儲(chǔ)器ROM和存放測(cè)量及運(yùn)算數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器RAM等。智能DVM的測(cè)量過程大致分為三個(gè)主要階段：首先在微處理器的控制下，被測(cè)電壓通過輸入電路，A/D轉(zhuǎn)換器的處理轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量，存入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；接著微處理器對(duì)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，最后，顯示處理結(jié)束，上述整個(gè)工作過程都是由存放在ROM中監(jiān)控程序的控制下進(jìn)行。技術(shù)指標(biāo)：量程、位數(shù)、測(cè)量準(zhǔn)確度、分辨率、輸入阻抗、輸出電流、測(cè)量速率。主要功能：不僅具有測(cè)量功能，還具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。5、RLC測(cè)量?jī)x原理RLC參數(shù)的測(cè)量方法主要有電橋法、諧振法、伏安法三種、電橋法具有較高的測(cè)量精度范圍，因而被廣泛采用，目前電橋已派生出許多類型。但是電橋法測(cè)量需要反復(fù)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，測(cè)量時(shí)間，因而很難實(shí)現(xiàn)快速