智能41道题答案不完整版.docx

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智能41道题答案不完整版

1、什么是智能仪器？

它有什么特点？

内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器成为智能仪器。

特点：

1）、智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关开实施对仪器的控制从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。

2）、微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。

3）、智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便的实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自动诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。

4）、智能仪器具有友好的人机对话能力。

5）、智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，是智能仪器具有可程控操作的能力

2、描述设计、研制智能仪器的一般过程？

1.确定设计任务：

首先根据仪器最终要实现的设计目标，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。

2.拟制总体设计方案：

设计者应首先一句设计的要求和一些约束条件，提出几种可能的方案。

3.确定仪器工作总框图：

当仪器总体方案和选用的微处理器的种类确定后，就应采用自上而下的方法，把仪器划分成若干个便于实现的功能模块，并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。

4.硬件电路和软件的设计与调试：

一旦仪器工作总框图确定后，硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。

5.整机联调：

硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。

3、画出智能仪器通用结构框图，简述每一部分作用。

主机电路用来存储程序数据并进行一系列的运算和处理；模拟量输入/输出通道用来输入/输出模拟信号；人机接口电路的作用是沟通操作者和仪器之间的联系；通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系，以便使仪器可以接收计算机的程序命令。

4、智能仪器的数据采集系统包括哪几部分？

每一部分的主要功能是什么？

（框图）

1.数据采集

被测信号经过放大、滤波、A/D转换，并将转换后的数字量送入计算机。

2.数据处理

由计算机系统根据不同的要求对采集的原始数据进行各种数学运算。

3.处理结果的复现与保存

将处理后的结果在X-Y绘图仪、电平记录器或CRT上复现出来，或者将数据存入磁盘形成文件保存起来，或通过线路进行远距离传输。

5、A/D转换器与D/A转换器分别有那些主要技术指标？

分辨率和转换精度这两个技术指标有什么区别和联系？

（1）A/D转换器技术指标：

1.分辨率与量化误差；2.转换精度；3.转换速度；4.满刻度范围。

D/A转换器技术指标：

1.分辨；2.转换精度；3.转换时间；4尖峰误差。

（2）分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标，转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。

6、分辨率与量化误差；转换精度；转换速率；满刻度范围定义

分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术指标，即数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。

量化误差是由于A/D转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样（量化）而引起的误差，其大小在理论上为一个单位。

转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。

转换速率是指A/D转换器在每秒内所能完成的转换次数。

也叫转换时间。

满刻度范围又称满量程电压输入范围，是指A/D转换器所允许最大的输入电压范围。

7、转换精度指标通常由哪几个分项误差有组成？

偏移误差、满刻度误差、非线性误差、微分非线性误差等

8、P57-2.3

图2-10所示的双积分式A/D转换器最大显示数为19999（BCD码），满刻度值为2V,时钟频率f0=100kHz（f0=1／T0），试求：

⑴该双积分式A/D转换器的基准电压＋UR、－UR应该为多少？

⑵该A/D转换器的分辨率为多少？

转换速率大约为多少？

⑶积分时间T1为多少毫秒？

时钟频率是否可选择80kHz？

为什么？

⑷当输入电压Ui=0.25V时，积分时间T2为多少毫秒？

显示器的数码指示为多少？

⑴由于双积分式A/D转换器的最大显示数（计数器最大计数值）为19999，所以输入为Ui时其显示数（计数器定值积分阶段的计数值）为：

当输入为满刻度值2V时显示19999，所以：

即基准电压＋UR、－UR应该为＋2V、－2V。

⑵该A/D转换器的分辨率为

当输入模拟电压为0～±2V时,该A/D转换器一次转换需要20000～40000个时钟周期，所以它的转换时间大约为

转换速率大约为2.5～5Hz。

⑶定时积分时间

若取f0=80kHz，则转换时间为：

⑷当输入电压Ui=0.25V时，定值积分时间T2为

显示器的数码指示为

9、在智能仪器的数据采集通道中为什么要利用采样保持电路？

在A/D转换器对模拟信号进行转换的过程中，需要一定的稳定时间τ，这就是说，为了保证A/D转换的精度，在转换时间τ内模拟信号应保持在采样时的幅度值不变。

因此，在转换器的前端应加入采样/保持电路。

10、结合采样保持器电路图说明采样保持器工作原理？

P50图2-44

采样/保持电路有采样和保持两种运行状态。

图中，电容C为保持电容，运放A1和A2都接成跟随器，其运行状态又方式控制输入端来决定。

在采样状态下，采样命令通过方式输入端控制S闭合，由于跟随器A1的作用，输入模拟电压以很快的速度给C充电，输出随输入变化。

在保持状态下，控制S打开，此时因为跟随器A2的隔离作用，电容C两端的电压（即输出电压）将保持在命令发出时的输入电压不变，直到新的采样命令到来为止。

11、说明双积分Ａ／D转换器的工作原理？

第8题的图就是双积分A/D转换器的原理框图和工作波形

积分式A/D转换器的工作原理：

先用积分器把输入模拟电压转换成中间量（时间T或频率f）,然后再把中间量转换成数字。

12、逐次比较式A／D转换器原理？

当启动信号作用后，时钟信号先通过逻辑控制电路是N位寄存器的最高位D（N-1）为1，以下各位为0，这个二进制代码经A/D转换器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半），送到比较器与输入的模拟电压Ux比较。

若Ux>Uo，则保留这一位；若Ux

D（N-1）位比较完毕后，再对下一位即D（N-2）位进行比较，控制电路使寄存器D（N-2）为1，其以下各位仍为0，然后再与上一次D（N-1）结果一起经过D/A转换后再次送到比较器与Ux相比较。

如此一位一位地比较下去，直至最后一位Do比较完毕为止，最后，发出EOC信号表示转换结束。

这样经过N次比较后，N位寄存器保留的状态就是转换后的数字量数据。

13、在智能仪器设计中，一般根据哪两项要求来选择A/D转换器位数？

A/D转换器位数的确定，应该从数据采集系统的分辨率和采样时间这两个方面进行考虑。

14、设计Adc0809与80C51单片机的接口电路，要求采用中断方式控制A/D转换，画出接口电路图。

（包括详细流程图）

P16图2-6

15、设计一个数据采集系统，具体要求为8路模拟量输入（交变信号，f=100Hz），电压范围为0～10V，转换时间小于50μs，分辨率5mV（满量程的0.05%），通道误差小于0.1%。

P52图2-47

16、模拟量输出通道的组成及结构形式？

模拟量输出通道一般由D/A转换器、多路模拟开关、采样/保持器等组成。

17、逐次比较式A／D转换器控制方式有几种P16

程序查询方式、延时等候方式、中断方式

18、D/A转换器的工作原理？

P381

19、在D/A转换器中通常用哪两项来描述转换精度，分别描述这两个性能指标？

绝对值和相对值

20、D/A转换器的输入输出形式分为哪几种？

。

D/A转换器的数字量输入端可以分为：

不含数据锁存器；含单个数据锁存器；含双数据锁存器三种情况。

D/A转换器的输出电路有单极性和双极性之分。

P40

21、画出DAC0832单极性和双极性输出电路示意图，并分析两种极性的输入和输出关系？

P40图2-30&图2-31

22、键盘有哪几种组成方式？

各自有何特点？

按键去抖有哪几种方法？

（1）

（2）按键去抖：

1）硬件电路消除法；2）软件延时法。

23、什么是同步通信方式和异步通信方式？

与RS-232标准相比，RS-422/485标准有何优点？

请说明RS-422/485标准为何有这样的优点。

在同步通信中，为了使发送和接收保持一致，串行数据在发送和接收两端使用的时钟应同步。

在异步通信中，只要求发送和接收两端的时钟频率在短时间内保持同步。

24、试比较七段LED显示器静态与动态多位数字显示系统的特点。

静态显示：

每位显示都应有各自的锁存器、译码器（若采用软件译码，译码器可省去）与驱动器锁存器，用以锁存各自待显示数字的BCD码或段码。

每一次显示输出后保持显示不变，仅在待显示数字需要改变时，才更新其数字显示器中锁存的内容。

其优点是占用机时少，显示稳定可靠。

缺点是当显示的位数较多时，占用的I/O口较多。

动态显示：

微处理器或控制器应定时地对各个显示器进行扫描，显示器件分时轮流工作，每次只以使用一个器件显示，但由于人的视觉暂留现象，仍感觉所有的器件都在同时显示。

优点是使用硬件少，占用I/O口少。

缺点是占用机时长，只要不执行显示程序，就立刻停止显示。

25、无锁键、自锁键及互锁键定义

无锁键即通常所说的常态为开路的按键开关。

自锁键在逻辑上等效于双稳态。

互锁键是指一组具有互锁关系的按键开关。

P61

26、独立式键盘硬件与软件设计?

P62

27、矩阵式键盘处理方法？

常用的方法有行扫描法和线路反转法定义

28、设计一个采用6位共阳极的七段LED显示器的动态扫描接口电路，并编写显示控制程序。

29、异步通信协议的数据结构如何，起始位和停止位有何作用？

P117图4-15

起始位的作用是协调同步，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收后续数据位信号。

停止位用于标识一个数据的传输完毕，一般用高电平，可以是1位，1.5位或2位。

P118

30、RS232C的逻辑1与逻辑0的电平范围是多少？

如何实现与TTL电平转换？

逻辑1电平在-5～15V范围内，逻辑1电平在+5～+15V范围内。

典型的电平转换芯片有MC1488和MC1489。

MC1488是传输线驱动器，它用于将TTL电平转换为RS-232C电平，需要正负15V电源供电；MC1489是传输线接收器，它用于将RS-232C电平转换为TTL电平，只需+5V电源供电。

P119

TTL电平逻辑1在+2v～+5v逻辑0在0v～+0.8v。

31、如何实现MCS51单片机与IBM-pc数据通信？

试设计器接口电路以及相应的通信程序的流程图。

接口电路

左：

PC机主程序流程图

右：

单片机主程序流程图

单片机串口中断子程序流程图

32、为什么智能仪器要具备自检功能？

自检就是利用事先编好的检测程序对仪器的主要部件进行自动检测，并对故障进行定位。

33、自检方式有哪几种？

常见的自检内容有哪些？

自检方式有：

1.开机自检；2.周期性自检；3.键盘自检。

自检内容包括ROM、RAM、总线、显示器、键盘以及测量电路等部件的检测。

34、智能仪器如何实现量程转换？

自动量程转换由最大量程开始，逐级比较，直至选出最合适的量程为止。

35、以电压表为例，简述其自动零点调整功能的原理？

。

自动零点调整的原理，首先微处理器通过粗陋控制继电器吸合使仪器输入端接地，启动一次测量并将测量值存入RAM的某一确定单元中，接着微处理器通过输出口又控制继电器释放，使仪器输入端接被测信号，最后微处理器再做一次减法运算，并将此差值作为本次测量结果加以显示。

36、什么是仪器的系统误差？

系统误差是指在相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号恒定或在条件改变时按照某种确定的规律而改变的误差。

37、常用的数字滤波方法有哪些？

说明各种滤波算法的特点和使用场合.

常用的数字滤波方法有：

中值滤波、平均滤波程序、低通数字滤波。

中值滤波对去掉脉冲性质的干扰比较有效，并且采样次数N越大，滤波效果愈强，对于变化较为剧烈的参数，不宜采用；平均滤波对滤除混杂在被测信号上的随机干扰非常有效；低通数字滤波对滤除变化非常缓慢的被测信号中的干扰是很有效的。

38、DVM和DMM的原理、组成如何？

表征性能好坏的主要指标有哪些？

DVM是指以微处理器为核心的数值电压表，专用微型计算机部分包括微处理器芯片、存放仪器监控程序的的存储器ROM和存放测量及运算数据的存储器RAM；用于测量的输入/输出设备有：

输入电路、A/D转换器、键盘、显示器及标准仪用接口电路等等。

DMM是指除能测量直流电压外，还同时能测量交流电压、电流和电阻等参数的数字测量仪器。

交流电压、电流和电阻的测量是通过交直流（AC-DC）转换器、电流转换器和欧姆转换器先转换成相应的直流电压，然后再由DVM进行电压测量而实现的。

主要的技术指标：

量程、位数、测量准确度、分辨率、输入阻抗、输入电流、测量速率。

39、有一台DVM的最大显示数为19999，最小量程为0.2V，其分辨率为多少？

最小量程0.2V，最大测量值0.19999V。

该量程最小变化为0.00001V=10uV,即分辨率10uV。

40、试述真有效值AC/DC转换器与平均值AC/DC转换器的主要区别，真有效值AC/DC转换器有何特点？

采用平均值AC/DC转换器对交流电压进行有效值测量的方法是先测出交流信号的平均值，然后再根据波形因数换算出对应的有效值。

真有效值AC/DC转换器输出直流电压，线性的比于被测各种波形交流信号的有效值，基本上不受输入波形失真度的影响。

41、举例说明标度变换的概念

不同被测对象的参数具有不同的量纲和数值，例如，温度的单位为摄氏度，压力的单位为Pa，流量的单位为m3/h。

智能仪器在检测这些参数时，仪器直接采集的数据并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅能代表被测参数值的相对大小，因为必须把它转换成带有量纲的对应数值后才能表示。

这种转换就是工程量转换，又称标度变换。

P153