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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date智能仪器原理及其应用相关复习题智 能 仪 器 原 理 复 习 提 纲智 能 仪 器 原 理 复 习 提 纲1、 智能仪器的定义内部带有微型计算机并带有GP-IP等通信接口，具有对数据的存储、运算、逻辑判断，自动化操作与外界通信等智能作用的仪器，称为智能仪器.2、 智能仪器的优点使用键盘代替传统仪器中旋转式获琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内
2、部有关部件的安排不再相互限制和牵连。微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。 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切换，自动调零，触发电平自动调整，自动校准，自诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。智能仪器具有友好的人机对话的能力，使用人员只通过键盘打入命令。智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。1、 A/D转换的技术指标分辨率与量化误差：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，记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二引起的误差，其大小
3、在理论上为一个单位。转化精度：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：指A/D转换器在每秒钟内所能完成的转换次数。也可表示为转换时间，即转换从启动到结束所需时间。满刻度范围：又称满量程输入电压范围，指A/D转换器所允许最大的输入电压范围。2、 逐次比较式A/D，积分式A/D的原理及各自优缺点逐次比较式：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)位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，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=Ux=Um/10之
4、间，若测量值UxUm/10,则判断为欠量程，应作降量程处理（例如原量程为40V档量程，应降到4V档量程）；反之，应做升量程处理。自动零点调整：仪器零点飘移的大小以及零点是否稳定是造成零点误差的主要来源之一，消除这种影响最直接的方法是选择优质输入放大器和A/D转换器。自动校准：传统仪器的校准一般采用两种方式：一种方式是通过与更高精度的同类仪器进行比较测量来实现另一种方式是采用输出值可步进调节的标准信号源。3、 测量误差的分类测量误差按其性质和特性可分为随机误差，系统误差、粗大误差4、 测量误差消除的方法随机误差：最常用的方法是多次测量取算数平均值的方法。系统误差：利用误差模型修正系统误差、利用校
5、正数据表修正系统误差、通过曲线拟合修正系统误差。粗大误差：剔除明显错误的结果、测量结果中的粗大误差用莱特准则来判断。5、 数字滤波的定义，及数字滤波方法所谓数字滤波，即通过一定的计算程序，对采集的的数据惊醒某种处理，从而消除或减弱干扰和噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。数字滤波具有硬件滤波器的功效，却不需要硬件开销，从而降低了成本。方法：中值滤波、平均滤波程序、低通数字滤波。1、 DVM原理、主要技术指标、主要功能原理：智能DVM是指以微处理器为核心的数字电压表。其中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存储器ROM和存放测量及运算数据的存储器RAM等。智能DVM的测量过程大
6、致分为三个主要阶段：首先在微处理器的控制下，被测电压通过输入电路，A/D转换器的处理转变为相应的数字量，存入到数据存储器中；接着微处理器对采集的测量数据进行必要的处理，最后，显示处理结束，上述整个工作过程都是由存放在ROM中监控程序的控制下进行。技术指标：量程、位数、测量准确度、分辨率、输入阻抗、输出电流、测量速率。主要功能：不仅具有测量功能，还具有很强的数据处理能力。2、 三斜积分式A/D原理三斜积分式AD转换器由基准电压-VREF、 、积分器、比较器和由单片机构成的计数控制电路组成。斜积分式AD转换器的转换波形是将双积分式A/D的反向积分阶段T2分为图4所示的T21、T22两部分。在T21
7、期间，积分器对基准电压-VREF进行积分，放电速度较快；在T22期间积分器改为对较小的基准电压 进行积分,放电速度较慢。在计数时,把计数器也分为两段进行计数。5、RLC测量仪原理RLC参数的测量方法主要有电桥法、谐振法、伏安法三种、电桥法具有较高的测量精度范围，因而被广泛采用，目前电桥已派生出许多类型。但是电桥法测量需要反复进行平衡调节，测量时间，因而很难实现快速的自动测量。谐振法要求有较高的激励信号，一般不容易满足高精度测量要求。由于测试频率不固定，测试速度也很难提高。伏安法是最经典的方法，它的测量原理直接源于阻抗的定义，即若已知流经被测阻抗的矢量电流并测得被测阻抗两端的电压，则通过比率便可
8、得到被测阻抗的矢量。1、 数字存储示波器的组成原理及主要技术指标组成原理：当处于存储工作模式的时候，它的工作过程一般可以分存储和显示两个阶段。在存储阶段，模拟输入信号先经过适当放大或衰减，再进行数字化处理。数字化包括“取样”和“量化”两个过程，取样是获得模拟输入信号的离散值，而量化则是使得每个取样的离散直径 A/D转换器转变换成数字，最后，数字化的信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM中。在写入工作阶段，采用了较低的读时钟脉冲频率从存储器中依次把数字信号读出，并经过D/A转换器转换成模拟信号，得到一个扫描电压，经CRT偏转在CRT上显示出信号点。技术指标：最大取样速率、存储带宽、分辨率、存
9、储容量、读取速度2、 数字存储示波器的特点数字存储滤波器对波形的取样和存储与波形的显示是可以分离的。数字存储示波器能长时间地保存信号。具有先进的触发功能。测量精度高。具有很强的处理能力。具有数字信号的输入/输出功能，可以很方便的存储数据到计算机或其他外部设备，进行更复杂的数据运算或分析处理。3、 实时取样原理加入到Y1端的输入信号经输入电路的衰减或放大处理后，分送到A/D转换器与触发电路。逻辑控制电路一旦接到来自触发电路的信号，就启动一次数据采集。一方面，逻辑控制电路设定的“t/div”开关产生一个对应的取样速率，使A/D转换器对输入信号按设定进行转换，得到一串9位数据流；另一方面，逻辑控制电
10、路产生写使能信号，送至RAM读/写控制和写地址计数器，使写地址计数器按顺序递增，确保每个数据写入到相应的存储单元，一旦1024个单元写满，一个写入循环就完成了。4、 等效时间取样原理采样一个点的周期=等效采样的速率/被测信号的频率。即等效采样的基本原理是把高频、快速信号变成低频、慢速重复信号。一般在重复信号的每个周期或相隔几个周期取一个样,而每个取样点分别取自每个输入信号波形不同的位置上,若干个取样点成为一个周期, 可以组成类似于原信号的一个周期的波形, 但是周期拉长了。1、个人仪器的定义个人一起是在智能仪器发展基础上出现的又一种新型的微型计算机化仪器。这类仪器的基本构想是将原智能仪器中测量部
11、分的电路以附加插件或模块的形式插入到PC机的总线插槽或其扩展机箱中，而将原智能仪器中所需的控制、存储、显示和操作等任务都移交给PC机来承担。2、 虚拟仪器的定义虚拟仪器是在电子仪器与计算机技术更深层次结合的基础上产生的一种新的仪器模式。虚拟仪器通常是指以通用计算机为控制器，添加必要的模块化硬件完成数据采集，由高效、功能强大的软件系统完成人机交互及数据处理的一种计算机系统。9-2 简述个人仪器与传统智能仪器的区别。 答：传统的仪器一般采用简单的电子电路来转换测量数据，用直观的直读的模式显示或读出测试数据，没有数据存储和处理功能，要通过人工来进行计算、比对，得出测量结果。只能用于一般测量精度不太高
12、的数据测量，由于它的成本比较低，目前还拥有一定市场。 智能仪器是带有微型处理系统，或可接入微型计算机智能化仪器。它通过电子电路来转换测量数据，并对数据进行存储运算逻辑判断，通过全自动化的操作过程得到准确无误的测量结果，并可通过打印机输出文字结果。智能仪器现在已广泛用于电子，化工，机械，轻工，航空等行业的精密测量，对我国制造业提升产品质量的检测手段，起到了重要的作用。 6-1. DVM和DMM的原理、组成如何？表征性能好坏的主要指标有哪些？ 答：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
13、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。6-5.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转换器有何优点？ 答： 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
14、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5-13 移动平均滤波算法最显著的特点是什么？如何实现？ 答：算术平均滤波需要连续采样若干次后，才能进行运算而获得一个有效的数据，因而速度较慢，为了克服这一缺点，可采用移动平均滤波。即先在RAM中建立一个数据缓冲区，依顺序存放N次采样数据，然后每采进一个新数据，就将最早采集的数据去掉，最后再求出当前RAM缓冲区中的N和数据的算术平均值或加权平均值。这样每进行一次采用，就可计算出一个新的平均值，即测量数据取一丢一，测量一次便计算一次平均值，大大加快了数据处理的能力。这种数
15、据存放方式可以采用环形列队结构来实现。5-1.什么是算法？什么是测量算法？测量算法应包括哪些主要内容？ 答：算法即计算方法，是为了使计算机获得某种特定的计算结果而制定的一套详细的计算方法和步骤，一般表现为数学公式或操作流程。测量算法则是指直接与测量技术有关的算法。测量算法包括自检、自动检测、克服系统误差的校正和克服随机误差的滤波处理。 5-2. 为什么智能仪器要具备自检功能？自检方式有哪几种？常见的自检内容有哪些？ 答：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。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、
16、键盘以及测量电路等部件的检测。 5-3 自拟一个具有外扩RAM单片机系统，然后编写ROM和RAM的自检程序。 5-4. 为什么要进行量程转换？智能仪器怎样实现量程转换？ 答：自动量程转换可以使仪器在很短的时间内自动选定在最合理的量程下，从而使仪器获得高精度的测量，并简化了操作。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。量程的设定由 CPU 通过特定的输出端口送了量程控制代码实现，这些代码就是控制量程转换开关的控制信号，送出不同的控制代码就可以决定开关的不同组态，使电压表处于某一量程上。 5-5. 以电压表为例，简述其自动零点调整功能的原理。 答：自动零点调整的原理，首先微
17、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。 5-6 采用数字滤波算法克服随机误差具有哪些优点？ 答：采用数字滤波算法克服随机误差的优点：（1）数字滤波只是一个计算过程，无需硬件，因此可靠性高，并且不存在阻抗匹配、特性波动、非一致性等问题。模拟滤波器在频率很低时较难实现的问题，不会出现在数字滤波器的实现过程中。（2）只要适当改变数字滤波程序有关参数，就能方便的改变滤波特性，因此数字滤波使用时方便灵活。 5-7什么是
18、仪器的系统误差？智能仪器如何克服仪器的系统误差？ 答： 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保持恒定或在条件改变时按某种确定的规律而变化的误差。修正方法：1.利用误差模型修正系统误差；2.利用校正数据表修正系统误差；3.通过曲线拟合来修正系统误差。 5-8.简述智能仪器利用误差模型修正系统误差的方法和利用曲线拟合修正系统误差的方法。 答：利用误差模型：首先通过分析来建立系统的误差模型，再由误差模型求出误差修正公式。误差修正公式一般含有若干误差因子，修正时，先通过校正技术把这些误差因子求出来，然后利用修正公式来修正测量结果，从而削弱了系统误差的影响。采用曲线拟合对测量结果
19、进行修正的方法是，首先定出f(x)的具体形式，然后再通过对实测值进行选定函数的数值计算，求出精确的测量结果。 5-9. 与硬件滤波器相比，数字滤波器具有哪些优点？ 答：数字滤波具有硬件滤波器的功效，却不需要硬件开销，从而降低了成本，由于软件的灵活性，还能产生硬件滤波器达不到的功效。不足之处就是需要占用机时。 5-10. 常用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。 答：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
20、；低通数字滤波这要结合具体的电路,比如12MHz主频的8031与DAC0832构成的单缓冲连接及双极性输出电路。1、三角波输出程序START：MOV DPTR，#7FFFH；向DAC0832输出的地址（取决于你电路中地址线的连接方式）DA：MOV R0，#80H；输出初始值入R0（从0伏开始输出），兼做输出计数控制UP：MOV A，R0；输出值入AMOVX DPTR，A；正向增长，DA转换输出INC R0；输出值加1NOP；延时1微秒NOP；延时1微秒CJNE R0，#0FFH，UP；输出未到5伏则转UP，继续正向增长DOWN：DEC R0；输出值减1MOV A，R0；输出值入AMOVX DP
21、TR，A；反向减小，DA转换输出NOP；延时1微秒NOP；延时1微秒CJNE R0，#80H，DOWN；输出未到0伏则转DOWN，继续反向减小AJMP DA；一个周期结束进入下一个周期注：此程序输出的三角波频率不是很精确的500HZ，但相差也不大，2、方波输出程序START：MOV DPTR，#7FFFH；向DAC0832输出的地址（取决于你电路中地址线的连接方式）DA：MOV R0，#80H；输出初始值入R0（从0伏开始输出），兼做输出计数控制UP：MOV A，#80H；0伏输出值入AMOVX DPTR，A；0伏DA转换输出INC R0；输出计数加1NOP；延时1微秒NOP；延时1微秒CJNE R0，#0FFH，UP；未到半个周期则转UP，继续0伏输出DOWN：DEC R0；输出计数减1MOV A，#0FFH；5伏输出值入AMOVX DPTR，A；5伏DA转换输出NOP；延时1微秒NOP；延时1微秒CJNE R0，#80H，DOWN；输出未到0伏则转DOWN，继续反向减小AJMP DA；一个周期结束进入下一个周期-