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1、智能仪表原理与设计智能仪表原理与设计第二章第二章 人机接口的设计人机接口的设计n n1 按键系统中如何解决键的抖动、键的单次键入和串键处理等问题。.按键的去抖动按键的去抖动按键的去抖动按键的去抖动 按按按按键键键键从从从从最最最最初初初初按按按按下下下下到到到到稳稳稳稳定定定定接接接接触触触触要要要要经经经经过过过过数数数数毫毫毫毫秒秒秒秒的的的的抖抖抖抖动动动动过过过过程程程程，按按按按键键键键松松松松开开开开时时时时也也也也存存存存在在在在同同同同样样样样的的的的问问问问题题题题，如如如如图图图图2.52.52.52.5所所所所示示示示。对对对对于于于于高高高高速速速速运运运运行行行行的的
2、的的微微微微机机机机系系系系统统统统，这这这这数数数数毫毫毫毫秒秒秒秒的的的的抖抖抖抖动动动动将将将将引引引引起起起起多多多多次次次次读读读读数数数数的的的的误误误误动动动动作作作作，因因因因此此此此，按按按按键键键键必必必必须须须须进进进进行行行行去去去去抖抖抖抖动动动动处处处处理理理理，去去去去抖抖抖抖动动动动通通通通常常常常有有有有硬硬硬硬件件件件（互互互互锁锁锁锁）和和和和软件（延时）软件（延时）软件（延时）软件（延时）两种方案。现在基本都用软件方法。两种方案。现在基本都用软件方法。两种方案。现在基本都用软件方法。两种方案。现在基本都用软件方法。.按键的单次键入按键的单次键入按键的单次
3、键入按键的单次键入 操操操操作作作作者者者者按按按按下下下下键键键键、观观观观察察察察到到到到系系系系统统统统响响响响应应应应、再再再再松松松松开开开开按按按按键键键键的的的的一一一一次次次次按按按按键键键键操操操操作作作作过过过过程程程程的的的的时时时时间间间间量量量量为为为为秒秒秒秒级级级级，会会会会造造造造成成成成按按按按键键键键单单单单次次次次键键键键入入入入而而而而 CPUCPUCPUCPU却却却却多多多多次次次次响响响响应应应应的的的的问问问问题题题题。通通通通常常常常仍仍仍仍采采采采用用用用软软软软件件件件的的的的方方方方法法法法来来来来解解解解决决决决按按按按键键键键单单单单次
4、次次次键键键键入入入入的的的的问问问问题题题题，即即即即当当当当CPUCPUCPUCPU测测测测得得得得按按按按键键键键按按按按下下下下的的的的信信信信号号号号时时时时，不不不不立立立立即即即即转转转转入入入入处处处处理理理理程程程程序序序序，而而而而是是是是反反反反复复复复检检检检测测测测按按按按键键键键的的的的状状状状态态态态，直直直直到到到到按按按按键键键键被被被被松松松松开开开开才才才才认认认认为为为为一一一一次次次次按按按按键操作有效。键操作有效。键操作有效。键操作有效。图图图图2.72.72.72.7和图和图和图和图2.82.82.82.8分别为分别为分别为分别为软件方式去抖动示意
5、图软件方式去抖动示意图软件方式去抖动示意图软件方式去抖动示意图和和和和按键单次键入的程序流程图按键单次键入的程序流程图按键单次键入的程序流程图按键单次键入的程序流程图。.串键处理串键处理串键处理串键处理 当当当当多多多多个个个个按按按按键键键键并并并并列列列列使使使使用用用用时时时时，因因因因操操操操作作作作因因因因素素素素可可可可能能能能将将将将双双双双键键键键或或或或多多多多键键键键同同同同时时时时按按按按下下下下，此此此此时时时时程程程程序序序序应应应应考考考考虑虑虑虑对对对对串串串串键键键键的的的的处处处处理理理理。对对对对串串串串键键键键最最最最简简简简单单单单的的的的处处处处理理理
6、理是是是是做做做做无无无无效效效效输输输输入入入入而而而而不不不不予予予予理理理理睬睬睬睬。也也也也可可可可采采采采用用用用双双双双键键键键锁锁锁锁定定定定的的的的原原原原则则则则，即即即即串串串串键键键键时时时时不不不不判判判判断断断断键键键键值值值值，只只只只到到到到按按按按着着着着仅仅仅仅剩剩剩剩的的的的一一一一个个个个键键键键时时时时，才判断键值。才判断键值。才判断键值。才判断键值。n n2 矩阵式键盘的中心问题：按压键判断。有矩阵式键盘的中心问题：按压键判断。有哪哪2种方法？种方法？(1).(1).(1).(1).逐行扫描法逐行扫描法逐行扫描法逐行扫描法 下图所示的是下图所示的是下图
7、所示的是下图所示的是44444444键盘与键盘与键盘与键盘与MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51单片机单片机单片机单片机P1P1P1P1口的接口电路，口的接口电路，口的接口电路，口的接口电路，设设设设P1.0P1.0P1.0P1.0P1.3P1.3P1.3P1.3为行输出口线，为行输出口线，为行输出口线，为行输出口线，P1.4P1.4P1.4P1.4P1.7P1.7P1.7P1.7为列输入口线为列输入口线为列输入口线为列输入口线(说说说说明明明明:对于矩阵式键盘，行、列只是个相对概念，但为了与对于矩阵式键盘，行、列只是个相对概念，但为了与对于矩阵式键盘，行、列只是个相对概念，但为了
8、与对于矩阵式键盘，行、列只是个相对概念，但为了与“逐行扫描法逐行扫描法逐行扫描法逐行扫描法”的名称对应，我们固定称扫描输出为行、状态的名称对应，我们固定称扫描输出为行、状态的名称对应，我们固定称扫描输出为行、状态的名称对应，我们固定称扫描输出为行、状态输入为列输入为列输入为列输入为列)(2).(2).(2).(2).口线反转法口线反转法口线反转法口线反转法 口线反转法键口线反转法键口线反转法键口线反转法键值判断快，程序较简单值判断快，程序较简单值判断快，程序较简单值判断快，程序较简单，但要求与键盘矩，但要求与键盘矩，但要求与键盘矩，但要求与键盘矩阵接口的端口为可编程的输入阵接口的端口为可编程的
9、输入阵接口的端口为可编程的输入阵接口的端口为可编程的输入/输出端口，在端口设置灵活输出端口，在端口设置灵活输出端口，在端口设置灵活输出端口，在端口设置灵活的单片机系统中，这一要求易于满足。口线反转法在智能的单片机系统中，这一要求易于满足。口线反转法在智能的单片机系统中，这一要求易于满足。口线反转法在智能的单片机系统中，这一要求易于满足。口线反转法在智能仪表中的应用不如逐行扫描法广泛。仪表中的应用不如逐行扫描法广泛。仪表中的应用不如逐行扫描法广泛。仪表中的应用不如逐行扫描法广泛。图图图图2.11 2.11 2.11 2.11 用口线反转法的键盘电路用口线反转法的键盘电路用口线反转法的键盘电路用口
10、线反转法的键盘电路n n3 LED数码显示器及数码显示器及段译码。段译码。LED数码管的字形数码管的字形-段码表段码表段码显示段dpD7D6gD5fD4eD3dD2cD1bD0a字形字形共阳共阳共阴共阴字形字形共阳共阳共阴共阴0 0C0HC0H3FH3FH8 880H80H7FH7FH1 1F9HF9H06H06H9 990H90H6FH6FH2 2A4HA4H5BH5BHA A88H88H77H77H3 3B0HB0H4FH4FHB B83H83H7CH7CH4 499H99H66H66HC CC6HC6H39H39H5 592H92H6DH6DHDDA1HA1H5EH5EH6 682H82
11、H7DH7DHE E86H86H79H79H7 7F8HF8H07H07HF F8EH8EH71H71H第三章第三章 数据采集技术与输入输出接口数据采集技术与输入输出接口n n1 智能仪表的两种数据采集的采样方式。智能仪表的两种数据采集的采样方式。n n2 有哪些特殊的集成运算放大器类型？应有哪些特殊的集成运算放大器类型？应如何选用？如何选用？3.采样保持器的工作原理采样保持器的工作原理 采样保持器由采样保持器由采样保持器由采样保持器由输入放大器输入放大器输入放大器输入放大器A1A1，模拟开关，模拟开关，模拟开关，模拟开关S S，保持电容，保持电容，保持电容，保持电容C C和和和和输出放大器输
12、出放大器输出放大器输出放大器A2A2组成，如下图所示。组成，如下图所示。组成，如下图所示。组成，如下图所示。n n4 A/D转换器转换器类型类型按按按按A/DA/D转换工作原理的不同，转换工作原理的不同，转换工作原理的不同，转换工作原理的不同，A/DA/D转换器可分为转换器可分为转换器可分为转换器可分为积积积积分型分型分型分型、逐次比较逼近型、直接比较型（无反馈）逐次比较逼近型、直接比较型（无反馈）逐次比较逼近型、直接比较型（无反馈）逐次比较逼近型、直接比较型（无反馈）和和和和-型。型。型。型。n n5 已知已知已知已知A/DA/D转换芯片转换芯片转换芯片转换芯片ADC0809ADC0809分
13、辨率为分辨率为分辨率为分辨率为8 8位，位，位，位，转换时间转换时间转换时间转换时间100s100s，ADC1210ADC1210分辨率为分辨率为分辨率为分辨率为12/1012/10位，转换时间位，转换时间位，转换时间位，转换时间100s/30s100s/30s。某测温。某测温。某测温。某测温系统输入范围系统输入范围系统输入范围系统输入范围05000500，要求测温分辨率为，要求测温分辨率为，要求测温分辨率为，要求测温分辨率为2.52.5，选用哪种，选用哪种，选用哪种，选用哪种A/DA/D转换芯片？若要求测温转换芯片？若要求测温转换芯片？若要求测温转换芯片？若要求测温分辨率为分辨率为分辨率为分
14、辨率为0.50.5，则选用哪种芯片？，则选用哪种芯片？，则选用哪种芯片？，则选用哪种芯片？第四章第四章 数据处理技术数据处理技术1 1 1 1 线性仪表的标度变换线性仪表的标度变换线性仪表的标度变换线性仪表的标度变换对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：uu AXAXAXAX为实际测量值；为实际测量值；为实际测量值；为实际测量值；uu AmAmAmAm为测量上限；为测量上限；为测量上限；为测量上限；uu A0A0A0A0为测量
15、下限；为测量下限；为测量下限；为测量下限；uu NXNXNXNX为实际测量值所对应的数字量；为实际测量值所对应的数字量；为实际测量值所对应的数字量；为实际测量值所对应的数字量；uu NmNmNmNm为上限所对应的数字量；为上限所对应的数字量；为上限所对应的数字量；为上限所对应的数字量；uu N0N0N0N0为下限所对应的数字量。为下限所对应的数字量。为下限所对应的数字量。为下限所对应的数字量。l l 式中式中式中式中n n一般测量下限一般测量下限一般测量下限一般测量下限A A A A0 0 0 0所对应的数字量所对应的数字量所对应的数字量所对应的数字量N N N N0 0 0 0为为为为0 0
16、 0 0，即，即，即，即N N N N0 0 0 0=0=0=0=0，这样式（，这样式（，这样式（，这样式（4-14-14-14-1）可简化为：）可简化为：）可简化为：）可简化为：式式式式4 4 4 42 2 2 2l l 例如某热处理炉温度测量仪表的量程设定为例如某热处理炉温度测量仪表的量程设定为例如某热处理炉温度测量仪表的量程设定为例如某热处理炉温度测量仪表的量程设定为200200200200800800800800，在某一时刻仪表进行数据采集所得结果为，在某一时刻仪表进行数据采集所得结果为，在某一时刻仪表进行数据采集所得结果为，在某一时刻仪表进行数据采集所得结果为CDH(8CDH(8CD
17、H(8CDH(8位位位位)。按。按。按。按标度变换公式（标度变换公式（标度变换公式（标度变换公式（4-24-24-24-2）可知，）可知，）可知，）可知，A A A A0=200,0=200,0=200,0=200,A A A Am=800,m=800,m=800,m=800,N N N Nm=FFH,m=FFH,m=FFH,m=FFH,N N N NX=CDHX=CDHX=CDHX=CDH，因此通过标度变换计算可以确定此，因此通过标度变换计算可以确定此，因此通过标度变换计算可以确定此，因此通过标度变换计算可以确定此时的温度为：时的温度为：时的温度为：时的温度为：例：例：例：例：已知某温度测量
18、系统测温范围已知某温度测量系统测温范围已知某温度测量系统测温范围已知某温度测量系统测温范围500500500500，采，采，采，采用用用用ADC0809ADC0809作为作为作为作为A/DA/D转换芯片，当转换后的数值为转换芯片，当转换后的数值为转换芯片，当转换后的数值为转换芯片，当转换后的数值为0CDH0CDH，温度实际为多少度？，温度实际为多少度？，温度实际为多少度？，温度实际为多少度？，代入得，代入得，代入得，代入得303.9303.9 n n2 2 什么是数字滤波？简述几种常用的静态什么是数字滤波？简述几种常用的静态滤波方法。滤波方法。数字滤波就是通过一定的计算程序减少干扰的比重，数字
19、滤波就是通过一定的计算程序减少干扰的比重，数字滤波就是通过一定的计算程序减少干扰的比重，数字滤波就是通过一定的计算程序减少干扰的比重，提高信号提高信号提高信号提高信号/干扰比。干扰比。干扰比。干扰比。常用的静态滤波程序主要有：常用的静态滤波程序主要有：常用的静态滤波程序主要有：常用的静态滤波程序主要有：1.1.算术平均滤波，算术平均滤波，算术平均滤波，算术平均滤波，2.2.中中中中值滤波，值滤波，值滤波，值滤波，3.3.加权平均滤波，加权平均滤波，加权平均滤波，加权平均滤波，4.4.程序判断滤波。程序判断滤波。程序判断滤波。程序判断滤波。1.1.3 什么是积分饱和？它有哪些危害？有什么是积分饱
20、和？它有哪些危害？有哪几种克服积分饱和的方法？哪几种克服积分饱和的方法？2.2.4 插值法插值法第五章第五章 多单片机系统与通信总线多单片机系统与通信总线n n1 什么是现场总线？它有哪些特点？什么是现场总线？它有哪些特点？n n2 现场总线的通信标准中，主要有现场总线的通信标准中，主要有物理层物理层、数据链路层数据链路层、应用层应用层和和用户层用户层。n n3 IEEE-488通信标准中，每个设备都具有通信标准中，每个设备都具有三个基本功能中的一个或多个，是哪三个功三个基本功能中的一个或多个，是哪三个功能？能？n n4 以太网的一个特色是采用以太网的一个特色是采用_的控制方的控制方式来实现高
21、效率的数据传输。式来实现高效率的数据传输。n n5 USB系统 第第6章章 智能技术智能技术n n1 什么是模糊控制技术？有哪些特点？什么是模糊控制技术？有哪些特点？2 模糊集合中，采用模糊集合中，采用隶属度函数隶属度函数来描述一来描述一个元素属于某个集合的程度。个元素属于某个集合的程度。n n3 从模糊控制系统的结构看，要设计一个从模糊控制系统的结构看，要设计一个模糊控制器，必须解决哪四个方面的问题模糊控制器，必须解决哪四个方面的问题？n n4 软测量技术软测量技术 已知地址总线A9-A3经I/O地址译码器形成片选信号 ，选择8个I/O地址300H-307H，每个I/O口地址对应于一个模拟量
22、输入通道。EOC引脚通过一个三态门接到数据总线中的D7，构成一个状态口，其地址为308H，8259的口地址是20H和21H，请完成一个中断服务程序，其功能是对每个通道均采集一个数据，存放到DBUF中。中断服务子程序中断服务子程序n n设置通道计数初值（总通道数）设置通道计数初值（总通道数）设置通道计数初值（总通道数）设置通道计数初值（总通道数）CXCXn n0 0通道地址通道地址通道地址通道地址DXDXn n启动启动启动启动ADAD转换转换转换转换n n检测检测检测检测EOCEOC引脚，若为高，表明引脚，若为高，表明引脚，若为高，表明引脚，若为高，表明ADAD转换还未开始，等待；转换还未开始，
23、等待；转换还未开始，等待；转换还未开始，等待；n n检测检测检测检测EOCEOC引脚，若为低，表明引脚，若为低，表明引脚，若为低，表明引脚，若为低，表明ADAD转换已经开始了，等待转转换已经开始了，等待转转换已经开始了，等待转转换已经开始了，等待转换结束；换结束；换结束；换结束；n n检测检测检测检测EOCEOC引脚，若为高，表明引脚，若为高，表明引脚，若为高，表明引脚，若为高，表明ADAD转换已经结束了，读取转换已经结束了，读取转换已经结束了，读取转换已经结束了，读取ADAD转换的结果转换的结果转换的结果转换的结果n nDXDXDX+1DX+1，指向下一个通道，指向下一个通道，指向下一个通道，指向下一个通道n nSISISI+1SI+1，指向下一个缓冲区，指向下一个缓冲区，指向下一个缓冲区，指向下一个缓冲区n nCXCXCX-1CX-1，进行下一个通道的转换，进行下一个通道的转换，进行下一个通道的转换，进行下一个通道的转换n n全部通道转换完后，全部通道转换完后，全部通道转换完后，全部通道转换完后，BXBXBX-1BX-1，缓冲区计数器减，缓冲区计数器减，缓冲区计数器减，缓冲区计数器减1 1n n结束中断，中断返回结束中断，中断返回结束中断，中断返回结束中断，中断返回