自动控制第一章 概述

23
程环境，其功能强大，简单易学，可以开发出满足用户需要 的仪器面板。也有LabWindows/CVI，主要基础Windows编 程环境和C语言。
15
ASIC、FPGA/CPLD技术在智能仪器中的应用
• ASIC技术
ASIC可分为数字ASIC和模拟ASIC，数字ASIC又分成 全定制和半定制两种。全定制是一种基于晶体管级的 ASIC设计方法；半定制又分成门阵列ASIC和标准单元 ASIC芯片设计。模拟电路受布局布线影响大，模拟ASIC 以采用全定制ASIC方式为主。
14
虚拟仪器的出现和快速发展
虚拟仪器: 具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。它
由通用的PC机、模块化硬件和软件组成。与传统仪器相比， 其功能由用户自己定义，硬件、软件都可以重新配置。
硬件模块:有基于PCI总线、串行口、并行口、GPIB、
VXI、PXI总线的各种功能模块。
软件开发:广泛使用的是NI公司的LabVIEW图形化编
13
数据域测试仪器的兴起
微电子技术的发展，推动了各种数字设备、 计算机以及大规模与超大规模集成电路的研究与 生产，为此，需对二进制数据流进行测试与分析。 这类信息，传统的频域是时域测量技术是无能为 力的。20世纪70年代以来，数据域测量分析的概 念逐渐形成，从而也兴起了新的仪器——数据域 测试仪器。典型的数据域测试仪器有：数字集成 电路测试仪、逻辑分析仪、仿真器、特征信号分 析仪等。
2)微机扩展式：以个人计算机（PC）为核心 的应用扩展型测量仪器。（个人仪器） 体积较大。 （书图1.2)
6

1、智能仪器的结构
7
总线制仪器向个人仪器发展
8

个人仪器结构组成的智能仪器比采用总线 制结构组成的智能仪器具有更高的性价比 ，研制周期短。

智能仪器的特点:
1.功能丰富,性价比高。测量过程的软件控制, 使得灵活性和可靠性提高。 2.具有自校准、自检和自诊断功能。 3.能实现复杂的运算和控制功能。 4.人机对话能力强。 5.多个仪器可构成自动化测试系统。
教学目的：智能仪器设计为测控技术与仪器专业的 一门主要技术基础课程。让学生掌握以微处理器为 基础构成的新一代仪器——智能仪器的原理及设计 过程中的共性问题。 使学生在面对一项具体设计任务时，通过分析有能 力开发出要求实现的智能仪器。
先修课程：单片机原理
1
课程内容
第一章 第二章 第三章 概述 智能仪器中数字量的输入、输出 智能仪器中模拟量的输入、输意义：智能仪器的出现， 极大地扩充了传统仪器的应用范围。
智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低 等优势，迅速地在家用电器、科研单位和 工业企业中得到了广泛的应用。


智能仪器的结构:

1)微机内藏式(总线制)：将单片或多片微处理 器芯片与仪器有机的结合在一起形成的单机。 体积较小。 （书图1.1）
网络化测试系统主要有两大部分组成：基本功能单 元（PC仪器、网络化测量仪器、网络化传感器、网络化 测量模块）；连接各基本功能单元的通信网络（工业以 太网）。 网络化测试系统要考虑的几个问题：系统的开放型 和互操作性；系统的实时性；系统成本；基本功能单元 的完善性。
17
其 他
• 集成电路的CMOS化
第四章 智能仪器的人机对话通道
第五章 智能技术
第六章 智能仪器中的通信技术 第七章 智能仪器的抗干扰技术
2
1

概述

仪器仪表:是信息获取，认识世界的工具,是一个 系统或装置。 仪器仪表的发展分为三代：
模拟式
第一代
数字式
第二代
智能式
第三代
3
1.1智能仪器的结构与特点

智能仪器的核心:微处理器
智能仪器的定义:智能仪器是计算机技术与 测量技术相结合的产物,是含有微型计算机 或微处理器的测量(或检测)仪器。
FPGA和CPLD都是可编程逻辑器件，比其他的逻辑器 件规模大，适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，可 以替代几十甚至几百块通用IC芯片。典型的有：Xinlinx 公司的FPGA器件系列和Altera公司的CPLD器件系列。
• FPGA/CPLD技术
16
仪器的网络化测试技术受到广泛关注
“网络就是仪器”确切地概括了测试和仪器的网络化 发展趋势。
智能仪器实例简介—多点分布式尘埃粒子计 数控制与测试系统
21

智能传感器是具有信息处理功能的传感器 。智能传感器带有微处理机，具有采集、 处理、交换信息的能力，是传感器集成化 与微处理机相结合的产物。
22

一般智能机器人的感觉系统由多个传感器 集合而成，采集的信息需要计算机进行处 理，而使用智能传感器就可将信息分散处 理，从而降低成本。与一般传感器相比， 智能传感器具有以下三个优点：通过软件 技术可实现高精度的信息采集，而且成本 低；具有一定的编程自动化能力；功能多 样化。
12
信号检测与处理技术正在推动智能仪器的发展
• 信号检测技术飞速发展
信号检测是通过传感器实现的，作为现代信息技术 三大核心技术之一的传感器技术，已经经历了聋哑传感 器、智能传感器、网络化传感器的发展历程。
• DSP的广泛应用
数字滤波、FFT、相关、卷积是信号处理的常用方 法，这些算法都是由迭代式的乘和加组成，通常都是由 微机上的软件完成，运算时间较长。DSP芯片的内部结 构（哈佛总线结构），可以通过硬件来完成乘法和加法 运算，因此，DSP芯片可大大简化具有数字信号处理功 能的智能仪器的结构，并提高其性能。
CMOS电路的优点：抗干扰能力强；工作温度范 围宽；功耗低；对供电电压的稳定性要求较低。
• 单台智能仪器中采用多个微机基本系统
18
智能仪器实例简介—多功能数字煤气表
19

用户首先将 IC卡插入智能表，表内的微功耗识别器识别密 码正确后，并将智能 IC卡的预购煤气量读入表内的存储器 （ EEPROM）中，控制器向控制阀电路发出指令，控制 阀自动打开，用户开始用气。当用户使用气时，计量传感 电路将用户使用煤气量送到控制器微电子处理器中减去用 户的使用量，当用户的预购煤气量用完时，控制器又会发 出指令，阀门关闭，用户须重新持卡购气方能继续使用。




10
智能仪器的概念
• 所谓智能仪器：以微处理器为基础，并充分利 用现代科技成果而设计制造出来的具有上述特 点的一代新型仪器，仪器的功能可替代或延伸 一部分脑力劳动。
11
智能仪器的发展
• 信号检测与处理技术正在推动智能仪器的发展
• 数据域测试仪器的兴起
• • • • •
总线制仪器向个人仪器发展 虚拟仪器的出现和快速发展 ASIC、FPGA、CPLD技术在智能仪器中的广泛应用 仪器的网络化测试技术受到广泛关注 其他