智能仪器原理与设计课后答案.docx
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智能仪器原理与设计课后答案
智能仪器原理与设计课后答案
【篇一：
《智能仪器设计》复习题及答案】
>答：
智能仪器有以下特点：
（1）自动校正零点、满度和切换量程
（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。
2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。
答：
智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。
智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：
确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。
3、在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个i/o端口？
答：
在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用p0和p2口。
4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？
答：
因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的为片外程序存储器的读选通信号，而和为片外数据存储器的读和写选通信号。
5、mcs-51有哪些中断源？
它们各自的中断服务程序入口地址是什么？
答：
mcs-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。
它们各自的中断服务程序入口地址见下表。
6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？
答：
首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。
7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。
答：
模拟量输入通道有单通道和多通道之分。
多通道的结构通常又可以分为两种：
（1）每个通道有独自的放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于高速数据采集系统。
（2）多路通道共享放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。
8、说明模拟多路开关mux在数据采集系统中的作用。
答：
在多路共享a/d的输入通道中，需用多路模拟开关轮流切换各通道模拟信号进行a/d转换，以达到分时测量和控制的目的。
9、说明采样/保持电路在数据采集系统中的作用及其使用方法。
答：
采样保持电路用来保持a/d转换器的输入信号不变。
该电路有采样和保持两种运行模式，由逻辑控制输入端来选择。
在采样模式中，输出随输入变化；在保持模式中，电路的输出保持在保持命令发出时的输入值，直到逻辑控制输入端送入采样命令为止。
此时，输出立即跳变到输入值，并开始随输入变化直到下一个保持命令给出为止。
10、a/d转换器有哪些类型？
请比较它们各自的特点，并各举一例。
答：
a/d转换器有
（1）比较型，其特点是速度较快、抗干扰差、价格较高。
如adc0809。
（2）积分型（包括双积分式和电压频率转换式），其特点是速度慢、抗干扰强、价格较低。
如双积分式的mc14433，电压频率转换式的vfc-32。
11、试述a/d转换器的主要参数、输入/输出方式和控制信号。
答：
a/d转换器的主要参数为分辨率、转换时间、转换误差。
输入方式有单端、差动方式，极性有单、双极性。
输出方式对数据输出寄存器具备可控的三态门，a/d输出线与cpu数据总线直接相连；不具备可控的三态门，a/d输出线必须通过输入缓冲器与cpu数据总线相连。
控制信号有电平或脉冲形式的a/d启动转换信号，也有a/d转换结束信号。
12、试述模拟量输出通道的结构形式及其使用场合。
答：
模拟量输出通道有单通道和多通道之分。
多通道的结构通常又可以分为两种：
（1）每个通道有独自的d/a转换器，这种形式通常用于各个模拟量可分别刷新的快速输出通道。
（2）多路通道共享d/a转换器，这种形式通常用于输出通道不太多，对速度要求不太高的场合。
13、d/a转换器有哪几类？
其主要的技术指标有哪些？
答：
有通用廉价的d/a转换器、高速和高精度的d/a转换器、高分辨的d/a转换器等。
其主要的技术指标有分辨率、精度、建立时间等。
14、七段led显示中静态显示和动态显示接口方式有何不同？
答：
静态显示接口方式每一位都需要有一个8位输出口控制。
而动态显示接口方式只需要一个8位段输出口和一个8位扫描输出口（显示位数不超过8位）。
15、说明lcd显示器的工作原理。
答：
lcd公共电极
c
该图表示某个液晶显示字段，其显示控制电极和公共电极分别与异或门的c端和a端相连。
当异或门的b端为低电平时，此字段上两个电极的电压相位相同，两电极的相对电压为零，该字段不显示；当异或门的b端为高电平时，此字段上两个电极的电压相位相反，两电极的相对电压为两倍幅值方波电压，该字段显示。
16、lcd显示器驱动电流为何要用交流？
答：
为了延长lcd的使用寿命，避免直流电压使液晶发生电化学分解反应而导致液晶损坏，因此驱动电流要用交流。
17、键盘的接口任务是什么？
答：
键盘的接口任务是确定是否有键按下；按了哪一个键；消除抖动问题和同时按键的处理等。
18、如何消除键抖动？
常用哪几种方法？
答：
消除键的抖动可使用硬件或软件的方法。
通常在键数较少时，可使用r-s触发器或rc滤波器来克服抖动；键数较多时，采用软件延时的方法，即当检出键闭合（或断开）后，执行一个数毫秒的延时子程序，让抖动消失后，再检验一下键的状态。
19、并行通信和串行通信的主要区别是什么，各有什么优缺点？
答：
并行通信和串行通信的主要区别在于并行通信数据的各位是同时传送；而串行通信数据的各位按一定的顺序逐位传送。
并行通信和串行通信优缺点为并行通信的信息传输线多，数据传输速度快，适合于近距离通信；而串行通信的信息传输线少，数据传输速度慢，抗干扰能力强，适合于远距离通信。
20、试述串行口多机通信原理。
答：
mcs-51单片机的串行口在方式2和方式3工作时，利用scon中的sm2，当sm2=1时，且接收到的第9位数据为“1”，8位数据装入接收缓冲器sbuf，附加第9位数据送入rb8，并使ri=1申请中断；若接收到的第9位数据为“0”，ri≠1，接收的信息将丢失；当sm2=0时，接收到的第9位数据不管是“0”还是“1”都将8位数据装入接收缓冲器sbuf，附加第9位数据送入rb8，ri=1申请中断。
当主机要向某一个从机发送一组数据时，先发地址，再发数据。
地址信息的第9位为“1”，而数据信息的第9位为“0”。
各从机先置sm2=1，主机向从机发送地址，因各从机接收到的第9位rb8=1，使ri=1产生中断。
各从机的cpu响应中断，执行中断服务程序，判断主机发来的地址是否为本机地址，若是，该从机的sm2=0准备接收主机发来的数据信息；若不是，保持sm2=1。
接着主机发送数据，由于第9位为“0”，只有地址相符的从机（sm2=0），才能接收数据。
其余从机因sm2=1，不能进行中断处理，从而实现主机与从机的一对一通信。
作业、第二和三章课件范例。
【篇二：
智能仪器课后习题答案】
class=txt>没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。
难免有错误，望大家谅解并指出。
课后习题参考
1-1你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？
它们分别属于哪种类型？
指出他们的共同之处与主要区别。
选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。
参考：
就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：
几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。
1-2结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。
p2智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。
p5-p6智能仪器的四个层次：
聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
1-3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？
p3-5
（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一
（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。
（3）仪器是信息的源头技术
总之，科学仪器作为认识世界的工具，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、现代战争的“战斗力”、法庭审判的“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。
1-4简述推动智能仪器发展的主要技术。
p8
（1）传感器技术
（2）a/d等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与dsp的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（soc）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）asic、fpga/cpld即使在智能仪器中广泛使用（6）labview等图形化软件技术（7）网络与通信技术
1-5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。
1-6智能仪器有哪几种结构形式？
对其做简要描述。
p6
从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。
微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的
单机。
（微处理器在其中起控制和数据处理作用。
其特点主要是：
专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。
）
微机扩展式智能仪器是以个人计算机（pc）为核心的应用扩展型测量仪器。
（pci的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用pc已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。
pc数据处理功能强、内存容量大，因而pci可以用于复杂的、高性能的信息处理。
）
1-7智能仪器设计是采用fpga/cpld有哪些优点？
p12
fpga/cpld芯片都是特殊的asic芯片，他们除了asic的特点之外，还有以下优点：
（1）随着vlsi工艺的不断提高，fpga/cpld的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；
（2）fpga/cpld的资金投入小，研制开发费用低；（3）fpga/cpld可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的eprom就可实现不同的功能；（4）fpga/cpld芯片电路的实际周期短；（5）fpga/cpld软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。
fpga/cpld适合于正向设计，对知识产权保护有利。
1-8为什么说嵌入式系统与片上系统（soc）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段？
p11
（1）嵌入式系统的深入发展将是智能仪器的设计提升到一个新的阶段，尤其是能运行操作系统的嵌入式系统平台，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，并具有大量的应用程序接口（api），将会使研制复杂智能仪器变得容易；
（2）在片上系统设计中，设计者面对的不再是电路芯片而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应得单片机cpu内核和成熟化的ip内核模块，消除了器件信息故障，加快了设计速度，片上系统将使系统设计发生革命性的变化。
2-1数据采集系统主要实现哪些基本功能？
p15
智能仪器的数据采集系统简称das，是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。
2-2简述数据采集系统的基本结构形式，并比较其特点。
p15-16
（1）集中采集式：
a分时采集型特点：
多路信号共同使用一个s/h和a/d电路，简化了电路结构，降低了成本。
（但对信号的采集式由模拟多路切换器即多路转换开关分时切换、轮流选通的，因而相邻两路信号在时间上是依次被采集的，不能获得同一时刻的数据，这样就产生了时间偏斜误差。
）
b同步采集型特点：
在多路转换开关之前给每路信号通路各加一个采样保持器，使多路信号的采样在同一时刻进行，即同步采样。
（然后由各自的保持器保持着采样信号的幅值，等待多路转换开关分时切换进入公用的a/d电路将保持的采样幅值转换成数据输入主机。
这样可以消除分时采集型结构的时间偏斜误差，这种结构既能满足同步采集的要求，又比较简单。
不足之处：
在被测信号路数较多的情况下，同步采得的信号在保持器中保持的时间会加长，而保持器会有一些泄露，是信号有所衰减。
）
（2）分散采集式：
每一路信号一般都有一个s/h和a/d，不再需要模拟多路转换器mnx。
（每一个s/h和a/d之对本路信号进行模数转换即数据采集，采集的数据按一定的顺序或随机地输入计算机，根据采集系统中计算机控制结构的差异可以分为分布式单机采集系统和网络式采集系统。
）
2-3采样周期与那些因素有关，如何选择采样周期？
2-4为什么要在数据采集系统中使用测量放大器？
p19
由于电路内有这样或那样的噪声源存在，是的电路在没有信号输入时，输出端仍存在一定幅度的波动电压，这就是电路的输出噪声。
把电路输出端测得的噪声有效值von折算到改电路的输入端即除以该电路的增益k，得到的电平值称为该电路的等效
k/输入噪声vin，即vn?
vion。
如果在高电路输入端的信号幅度vis小到比该电路的vin
还要低，那么这个信号就会被电路的噪声所“淹没”。
为了不使小信号被淹没，就必须在该电路前面加一级放大器。
2-6在设计数据采集系统式，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么？
2-7能否说一个带有采样保持器的数据采集系统的采样频率可以不受限制？
为什么？
p46不能说带有采样保持器的数据采集系统的采样频率可以不受限制。
因为在a/d转换器在进行转换时需要一定的时间，在这个转换时间内，被转换的模拟量应基本保持不变，否则转换精度没有保证，甚至根本失去看转换的意义。
所以转换时间tc制约着转换信号的最高频率。
fmax?
12m?
1?
tc（式1），进而影响数据采集系
1
2m?
1统的采样频率fs?
2fmax。
在a/d之前加上采样/保持器后fmax?
?
tap（式2），tap为
孔径时间。
由于tap?
tc，所以由式2限定的信号频率远远高于式1限定的频率，采样
/保持器扩展了被转换信号的范围，进而扩展了采样频率，但仍受tap的限制，不能无
限增大。
2-8在为一个数据采集系统选择微机时，主要考虑哪些因素？
（1）系统的通过速率，即系统速率、传输速率、采样速率或吞吐速率（单位时
间内系统对模拟信号的采集次数）
（2）系统的分辨率，即数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量
（3）系统的精度，当系统工作在额定速率下，系统采集的数值和实际值的差尽量要小
2-9
2-10如果一个数据采集系统，要求有1%级精度性能指标，在设计该数据采集系统时，怎样选择系统的各个元器件？
p55
通常传感器和信号放大电路所占的误差比例最大，其他各环节如采样/保持器和a/d转换器等误差，可以按选择元器件精度的一般规则和具体情况而定，选择元器件精度的一般规则是：
每一个元器件的精度指标应该优于系统规定的某一最严格的性能指标的10倍左右。
所以此题中传感器和信号放大电路的总误差可分配成0.9%，a/d转换器和s/h器和多路模拟开关分配0.1%，且每个组件的误差应不大于0.01%。
2-11一个带有采样/保持器的数据采集系统，其采样频率fs?
100khz,fsr?
10v,
?
tap?
3ns,n?
8,试问系统的采样频率是否太高？
p47
fmax?
12m?
1?
?
tap?
12?
?
3?
109?
9?
2.07?
10hz13
fs?
fmax，故系统的采样频率不高
2-12数据采集系统的组成p15
2-13信号调理电路的组成p17
3-1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？
键盘的组成方式及特点p60-p63
（1）非编码键盘包括独立连接式非编码键盘（结构简单，但当键数较多时，就要
占用多个接口）和矩阵式非编码键盘（可以减少键盘接口）。
非编码键盘处理软件复杂，硬件简单。
（2）编码键盘由硬件来识别键闭合、释放状态，由硬件消除键抖动影响以及实现
一些保护措施的方法，可以节省cpu相当多的时间。
这种键盘处理软件简单，但硬件较复杂。
按键去抖动的方法：
硬件方法和软件方法。
通常在键的个数较少时可采取硬件措施，即用r-s触发器或单稳态电路来消除按键抖动。
键数较多时，常用软件反弹跳，及采用软件延时法。
3-2键盘接口主要解决哪些问题？
p60
（1）决定是否有键按下
（2）如果有键按下，决定是哪一个键被按下
（3）确定被按键的读书
（4）反弹跳-按键抖动的消除
（5）不管一次按键持续的时间多长，仅采样一个数据
（6）处理同时按键，即同时又一个以上的按键情况
3-3
3-4lcd有那两种常用的驱动方式？
说明一种驱动方
式的工作原理。
p65图3-8
（1）静态驱动方式
a端接交变的方波信号，b端接控制该段显示状态
的信号。
从图中可以看出，当该段两个电极上的电压
相同时，电极间的相对电压为0.，该段不显示；当两
极上的电压相位相反时，两电极间的相对电压为两倍
幅值的方波电压，该段显示，即呈黑色显示状态。
（2）迭加驱动方式（时分割驱动法）
3-5试述当前集中常见触摸屏的工作原理。
p81-p82
（1）电阻式触摸屏电阻式触摸屏的主要部分是一块玉显示器表面紧密配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层叫ito
的透明导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮得塑料层，她的
内表面也涂有一层导电层，在两层导电层之间有许多细小的透明隔离点把他们隔开绝缘。
当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了一个结束，控制器检测到这个接通点并计算出x、y轴的位置，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。
（2）红外线式触摸屏红外线式触摸屏以光束阻断技术为基础，不需要在原来的显示器表面覆盖任何材料，而是在显示屏幕四周安放一个光点距架框，在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线组成的栅格。
当有任何物体进入这个栅格的时候，就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，在红外线探测器上会收到变化的信号，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置，经由控制器将触摸的位置坐标传递给操作系统。
（3）电容式触摸屏把人体当作一个电容元件的电极使用，是利用人体的电流感应进行工作的。
电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏。
当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，当用户和触摸屏表面耦合出足够量的电容时，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流，这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这4个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置，
（4）表面声波式触摸屏通过屏幕纵向和横向边缘的压电换能器发射超声波来实现。
在各自对面的边缘装有超声波传感器，屏幕表面形成纵横交错的超声波栅格。
当收获触摸笔接近屏幕表面，接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口的位置既是触摸坐标。
3-6什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。
同步通信方式：
在数据开始传送前用同步字符来指示，并由时钟来实现发送端和接收端同步，字符与字符间没间隙；异步通信方式：
数据时一帧一帧（包括字符代码或一字节数据）传送的。
p88优点：
rs-232存在数据传输速率慢和传送距离短的缺点。
rs-422/485标准传输速率快，传送距离远。
因为rs-232发送器驱动电容负载的最大能力为2500pf，这就限制了信号线的最大长度。
rs-232规定的逻辑电平与一般处理器的逻辑电平不一致，须与转换电平芯片连接，通信距离小，传输速率小。
而rs-422/485的信号传输是利用信号导线之间的电相位差，传输距离远，速率高。
3-7两台智能仪器均以51系列单片机为主构成去内部的微机系统，当两台智能仪器采用rs-232标准仅用txd、rxd信号进行通信时，试设计从一个仪器到另一个仪器之间利用串行通信的所有电路的原理图。
设两台仪器均只提供+5v电源。
p88图3-31
3-8画出将3-7题的通信标准换成rs-485后的电路连线图。
p92图3-36、图3-37
3-9简述usb总线的特点及优越性。
p92-p93
特点：
（1）usb接口统一了各种接口设备的连接头
（2）即插即用，并能自动检测与配置系统的资源
（3）具有“热插拔”的特性
（4）usb最多可以连接127个接口设备
（5）usb1.1的接口设备采用两种不同的速度:
12mbit/s（全速）和1.5mbit/s（慢速）。
usb2.0的传输速度最高可达到480mbit/s。
优势：
（1）简化外部接口设备与主机之间的连线，并用一条传输缆线来串接各类
【篇三：
智能仪器重点与参考答案】
一章
一、智能仪器：
是计算机技术与测试技术相结合的产物，含有微计算机或微处理器的测量仪器。
二、虚拟仪器：
通常由计算机、仪器模块、软件模块3部分组成。
三、智能仪器发展趋势：
1、微型化2、多功能化3、人工智能化4、网络化
四、智能仪器的分类：
1、微机内嵌（内藏）式2、微机扩展式
五、智能仪器由两大部分组成：
硬件部分、软件部分。
六、智能仪器的特点：
1）操作自动化
2）自测功能
3）数据分析和处理功能
4）友好的人机对话功能
5）可程控操作能力
第二章
一、单通道结构:
当被测信号只有一路时采用。
传感器—信号调理电路—s/h—a/d—cpu多通道结构：
p10
二、传感器的分类：
按转换原理分类：
物理传感器和化学传感器
按输出信号分类：
模拟传感器、数字传感器和开关传感器
三、传感器性能指标：
线性范围、精度、灵敏度、稳定性、频率响应特性
四、放大器：
1、程控放大器（pga）：
程控反相放大器、程控同相放大器、集成程控放大器
2、隔离放大器：
1）光电耦合隔离放大器
2）变压器耦合隔离放大器
3）电容耦合隔离放大器
五、模拟多路开关：
机械触点式开关和集成模拟电子开关
六、a/d转换器过程：
采样→量化→编码
七、并联a/d由分压电阻链、电压比较器、寄存器、优先编码器组合成
八、a/d技术指标有转换精度（采用分辨率和转换误差来描述）和转换速度
九、a/d转换器与微处理器相连应考虑的问题：
（1）数据输出线的连接，按数据线的输出方式主要分为并行和串行两种。
（2）a/d转换的启动信号的连接；
（3）转换结束信号的处理方式；
（4）时钟的提供；
（5）参考电压的接法；
开关量输入通道结构p48
第三章
一、模拟量输出通道是将微机输出的数字量转换成适合与执行机构所要求的模拟量的环节
二、单路模拟量输出通道的结构：
微型计算机—寄存器—d/a—放大/变换电路—执行机构
三、（重）d/a转换原理（分类）：
权电阻网络d/a转换器、倒t型电阻网络d/a转换器、权电流型d/a转换器等。
四、d/a转换器的主要技术指标：
1、转换精度
（1）分辨率
（2）转换误差：
增益误差、漂移
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