智能仪器-课件1
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智能仪器课件
三代仪器仪表： ●第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 ●第二代为数字式仪器仪表 ●第三代就是智能式仪器仪表
智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器，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) 。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
2、八类测试计量仪器 ■几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器等 ■机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等 ■热工量：温度、湿度、流量测量仪器等 ▲光学参数：如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。 ▲电离辐射：各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。
同学在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？
★时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时 间频率测量仪等 ★电磁量：交、直流电流表、电压表、功率表、RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等 ★无线电参数测量仪器 ：如示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等。 ★集成电路测试仪器:
软件
插件
接口
插件
仪器插件
电源
PC总线
GPIB总线
扩展底板或外部插件箱
…
PC 机
USB 设备
个人仪器结构图
普通台式PCI
工控机PCI
笔记本PCI
微机扩展式
◆测量过程的软件控制： CPU→ 软件控制测量过程 “以软代硬” →灵活性强、可靠性强 ◆数据处理 ： 数字滤波、随机误、系统误差、非线性校准等处理→改善测量的精确度 相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息 ◆多功能化 ：一机多用(智能化电力需求分析仪)
智能仪器课件1.1(2)
12
网络化测试系统主要由两大部分组成：
◆ 组成系统的基本功能单元 (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。用于测试和控制的 网络与以信息共享为目的的信息网不同，前者采用工业 Ethernet，后者采用快速Ethernet。
构建网络化测试系统需考虑的问题：
6
（ 4 ） FPGA ／ CPLD 芯片的电路设计周期很短。软件 包中不但有各种输入工具和仿真工具，而且还有版图设 计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时 间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最 后芯片的制作(物理版图映射)。当电路有少量改动时， 更能显示出FPGA／CPLD的优势。它大大加快了新产品的 试制速度，减少了库存风险与设计错误所带来的危险， 从而提高了企业在市场上的竞争能力和应变能力。
ASIC、FPGA/CPLD技术
FPGA/CPLD
FPGA（Field Programmable Gates Array），现场可编 程门阵列，这里的门指的是与或非逻辑电路，其内部结 构为门阵列构成的静态存储器（SRAM）。该SRAM可构成 函数发生器，即查找表，通过查找表可实现逻辑函数功 能。 CPLD（Complex Programmable Logic Device），复杂 可编程逻辑器件，其内部结构为“与或阵列”。该结构 来自于典型的PAL、GAL器件的结构。任意一个组合逻辑 都可以用“与-或”表达式来描述，所以该“与或阵列” 结构能实现大量的组合逻辑功能。
9
FPGA/CPLD的数据处理能力较弱，现在发 展出了嵌入DSP的FPGA,可大大提高数据 处理速度。
10
LabVlEW等图形化软件技术→虚拟仪器
智能仪器讲义
第一章键盘和显示器控制专用芯片在单片机应用系统中，为了控制系统的工作状态要使用按键向系统中输入数据，或者使用显示器让用户了解系统的当前运行状态及某些过程值，常常设置键盘和显示器，以便实现简单的人——机对话。
键盘/显示器如果直接和单片机连接要占用单片机大量的I/O口资源，使用键盘/显示专用芯片来连接单片机与键盘/显示器就可以大大减少对单片机I/O 口的占用，例如CH451就是一款基于串行总线的键盘/显示控制专用芯片。
1.1 CH451芯片简介1.1.1 CH451特点CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及μＰ监控的多功能外围芯片，通过3线或者4线串行接口与单片机、DSP、微处理器等控制器交换数据，如图1.1所示。
图1.1 CH451外部接口方块图它具有以下特点：（1）显示驱动●内置大电流驱动级，段电流不小于30mA，字电流不小于160mA。
●动态显示扫描控制，直接驱动8 位数码管或者64 位发光管LED。
●可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD 译码方式。
●字数据左移、右移、左循环、右循环。
●各数字独立闪烁控制。
●通过占空比设定提供16 级亮度控制。
●支持段电流上限调整，可以省去所有限流电阻。
●扫描极限控制，支持1 到8 个数码管，只为有效数码管分配扫描时间。
（2）键盘控制●内置64 键键盘控制器，基于8×8 矩阵键盘扫描。
●内置去抖动电路。
●键盘中断，低电平有效输出。
●提供按键释放标志位。
（3）外部接口●可选高速的4 线串行接口，支持芯片级联，时钟速度从0 到10MHz。
●可选简洁的3 线串行接口。
●内置RC 阻容振荡电路，同时支持外接阻容振荡。
●内置上电复位，提供高电平有效复位输出和低电平有效复位输出。
●内置看门狗电路Watch-Dog。
1.1.2 CH451的引脚说明CH451提供有28引脚的和24引脚的封装形式如图1.2，28脚与24脚在功能上稍有差别，它们的引脚定义见表1.1。
智能仪器原理及设计课件第1、2、6章
第1章 绪论
2. 仪器的性能优越 智能仪器中通过微处理器进行数据存储
和处理，很容易实现多种自动补偿、自动校 正、多次测量平均等技术，使测量精度大大 提高。通过执行适当和巧妙的算法，常常可 以克服或弥补仪器硬件本身的缺陷和弱点， 改善仪器的性能。智能仪器中，对于随机误 差通常用求平均值的方法来克服； 对于系统 误差，则根据误差产生的原因采用适当的方 法处理。
第1章 绪论
我国电磁测量信息处理仪器学会于 1984年正式成立“自动测试与智能仪器 专业学组”，1986年国际测量联合会以 “智能仪器”为主题召开了专门的讨论 会，1988年国际自动控制联合会在其当 年的理事会上正式确定“智能元件及仪 器”为其系列学术委员会之一。
第1章 绪论
此外，1989年5月在我国武汉召开了第一 届测试技术与智能仪器国际学术讨论会。 以后，在国内外的学术会议上，以智能 仪器为内容的研讨已层出不穷。近年来， 智能仪器已开始从较为成熟的数据处理 向知识处理发展，它体现为模糊判断、 故障诊断、容错技术、传感器融合、机 件寿命预测等，使智能仪器的功能向更 高层次发展。
第1章 绪论
1.3.1独立式智能仪器及GP-IB自动测试系统 独立式智能仪器（简称智能仪器）是自
身带有微处理器和GP-IB接口的能独立进行 测试工作的电子仪器。独立式智能仪器在结 构上自成一体，因而使用灵活方便，并且仪 器的性能可以做得很高。这类仪器在技术上 比较成熟，同时借助于新技术、新器件和新 工艺的不断进步，这类仪器还在不断发展， 不断推陈出新。
第1章 绪论
例如HP3455型数字电压表的实时自动校 正是先进行三次不同方式的测量，然后 由微处理器自动把测量数据代入校准方 程进行计算，以消除由漂移、增益不稳 定所带来的误差。借助于微处理器，不 仅能校正由漂移、增益不稳定等引起的 误差，还能校正由各种传感器、变换器 及电路引起的非线性或频率响应等误差。
《智能仪器设计》课件
技术更新
智能仪器技术不断发展，如何及时更新设 备和技术以保持其竞争力是一个挑战。
THANK YOU
通信技术
通信技术是智能仪器实现远程 控制和数据传输的关键技术之 一。
通信技术包括有线通信和无线 通信两种方式，能够实现仪器 与计算机、仪器与仪器之间的 数据传输和控制。
通信技术的性能指标包括传输 速率、传输距离、传输质量和 可靠性等，直接影响智能仪器 的远程控制和数据传输效果。
随着通信技术的不断发展，智 能仪器可以实现更快速、更稳 定、更可靠的数据传输和控制 。
04
智能仪器设计实例
智能温度计设计
总结词
实时监测、远程控制、高精度测量
详细描述
智能温度计采用高精度传感器和微处理器，能够实时监测环境温度，并通过无 线通信技术将数据传输到手机等设备上。用户可以通过手机应用程序远程查看 温度数据和控制温度计的开关，方便实用。
智能血压计设计
总结词
一键测量、自动分析、云端存储
智能仪器的发展历程
01
02
03
04
20世纪70年代
随着微处理器和计算机技术的 快速发展，智能仪器开始出现
。
20世纪80年代
智能仪器在工业生产中得到广 泛应用，成为工业自动化领域
的重要支柱。
20世纪90年代
随着计算机技术的不断进步， 智能仪器的功能越来越强大，
智能化程度越来越高。
21世纪
智能仪器已经成为工业自动化 领域不可或缺的重要部分，广
详细描述
智能血压计具备一键测量功能，用户只需将手臂放在血压计的感应区域内，血压计即可自动测量并记录数据。同 时，血压计内置的微处理器会对测量结果进行自动分析，并将数据上传至云端存储，方便用户随时查看和跟踪自 己的血压状况。
智能仪器课件第1章ppt
•举例
前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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《智能仪器概述》课件
3 自动化程度
智能仪器能够自动完成测量、监测和分析的 过程，减少了人工操作的误差。
4 数据信息化
智能仪器可以将采集的数据进行信息化处理， 实现数据的存储、传输和分析。
总结
智能仪器的特点与应用
智能仪器具备自主感知和处理能 力，广泛应用于工业、医疗、环 保和教育等领域。
未来智能仪器的发展趋势
智能仪器将与人工智能结合，普 及到更多领域，并实现自主创新 和环保可持续发展。
2 智能化
智能仪器具备学习和适应 能力，能够根据不同情境 和需求，自主地调整工作 模式和参数。
3 高效性
智能仪器能够快速、准确 地进行数据采集和分析， 大大提高了工作效率。
智能仪器的Leabharlann 型传感器用于测量和检测各种物理量和环境参数的设备， 如温度、湿度、光强等。
分析仪器
用于对物质进行定性和定量分析的设备，如光谱 仪、质谱仪等。
人工智能与智能仪器
人工智能技术的发展将进一步提升智能 仪器的自主感知和决策能力。
智能仪器的自主创新
智能仪器制造商将不断推动技术创新， 开发出更智能、高效的仪器设备。
智能仪器的优势
1 可靠性
智能仪器经过严格测试和质量控制，具备较 高的可靠性和稳定性。
2 精度
智能仪器采用精密传感器和先进算法，能够 提供较高精度的测量和分析结果。
环境监测
智能仪器可用于空气、 水质和土壤等环境参 数的实时监测和分析。
能源管理
智能仪器在能源生产 和消耗中的应用，可 以提高能源利用效率 和环境可持续性。
智能仪器的发展趋势
1
智能仪器的普及
2
随着科技的进步和成本的降低，智能仪
器将逐渐普及到各个领域和行业中。
智能仪器-第1章 智能化测控系统概述
多功能化 例如 自检、自修 自动记录及控制 人机对话
◆其它特点 灵活性强
轻松一刻
智 能 测 控 系 统 中 的 微 型 机 不 再 是 简 单 的 发 布 命 令 和
完 成 测 量 数 据 运 算 的 工 具 ， 而 是 与 测 控 系 统 融 为 一
体 ， 它 可 以 改 变 测 量 的 原 理 及 方 法 ， 创 造 出 新 的 一
第一章
智能化测控系统概述
检测技术是信息技术的核心之一。自从70年代微型 机问世之后，不久就被用到检测技术领域中，随着 微型机价格的下降和功能的不断改善，以及解决了 许多传统检测装臵难于解决的难题，使它成为检测 技术不可缺少的部分。微处理器与传感器、测量仪 表相结合的技术也越来越引起人们的广泛关注，带 微处理器 的传感器和带微处理器的测量仪表， 我们称之为智能传感器和智能仪表。 由智能传感器和智能仪表组成的测 控系统就称之为智能化测控系统。
如数字电压表、 数字频率表等
70年代初期 智能仪器仪表
含有微计算机或微处理器的 测量控制一体化系统，拥有 对数据的存储，运算，逻辑 判断及控制决策等功能， 有着智能作用
概括起来讲，智能化测控系统与传统测 控系统相比有以下特点： ◆ 可编程特性 ◆可记忆特性 ◆数据处理功能 具体解释 具体解释 具体解释
§1.1 什么是智能测控系统
1.1.1智能化测控系统的定义和特点
先让我们来回顾一下仪器 的测量原理 用指针来显示最终 测量值
如 万用表、 电压表等
仪 器 仪 表 的 发 展 进 程
60年代中期 数字式的仪表
基本原理是基于将 模拟信号的测量转 化为数字信号测量， 以数字显示或打印 最终结果
高性能，专用或多功 能，小型化，便携或 手持干电池供电
智能仪器教学课件
2.1 键盘接口
按键的特点及输入原理 独立式按键 矩阵式按键
智能仪器教学课件
1．键盘工作方式： （1）键盘工作方式 （2）定时扫描方式 （3）中断扫描方式 2．编写键盘程序四步 （1）判断是否有键闭合 （2）去抖动 （3）求键值 （4）等待按键的释放
AJMP TRYK LINE3: JB ACC.3,LINE4
MOV A,#0CH AJMP TRYK LINE4: INC R3 MOV A,R2 RL A JNB ACC.3,BACK MOV R2,A AJMP LINE0 TRYK: ADD A,R3 BACK: RET
智能仪器教学课件
定时扫描方式
LINE0: MOV A,R2 MOV P1,A MOV A,P1 JB ACC.3,LINE1 MOV A,#00H AJMP TRYK
LINE1: JB ACC.2,LINE2 MOV A,#04H AJMP TRYK
LINE2: JB ACC.1,LINE3 MOV A,#08H
智能仪器教学课件
智能仪器教学课件
SL0～SL3 扫描输出。用来扫描键盘和显示器。可编程设定为 编码输出，即SL0～SL3需外接4-16译码器，输出16 取1的扫描信号，也可编程设定为译码输出，即由 SL0～SL3直接输出4取1的扫描信号。 （3）与键盘连接的引脚 RL0～RL7
智能仪器教学课件
A0 A0=1，写入8279的字节是命令字;从8279读出的字节是 状态字。A0=0，写入或读出的字节均为数据。 RD*、WR* 读、写控制引脚 IRQ 中断请求线。 在键盘方式中，当键盘RAM（先进先出）中存有按下键 的数据时，IRQ为高电平，向CPU提出中断申请。CPU 每次从键盘RAM中读出一个字节数据时，IRQ就变为低 电平。如果键盘RAM中还有未读完的数据，IRQ将再次 变为高电平，再次提出中断请求。 （2）扫描信号输出引脚
按键的特点及输入原理 独立式按键 矩阵式按键
智能仪器教学课件
1．键盘工作方式： （1）键盘工作方式 （2）定时扫描方式 （3）中断扫描方式 2．编写键盘程序四步 （1）判断是否有键闭合 （2）去抖动 （3）求键值 （4）等待按键的释放
AJMP TRYK LINE3: JB ACC.3,LINE4
MOV A,#0CH AJMP TRYK LINE4: INC R3 MOV A,R2 RL A JNB ACC.3,BACK MOV R2,A AJMP LINE0 TRYK: ADD A,R3 BACK: RET
智能仪器教学课件
定时扫描方式
LINE0: MOV A,R2 MOV P1,A MOV A,P1 JB ACC.3,LINE1 MOV A,#00H AJMP TRYK
LINE1: JB ACC.2,LINE2 MOV A,#04H AJMP TRYK
LINE2: JB ACC.1,LINE3 MOV A,#08H
智能仪器教学课件
智能仪器教学课件
SL0～SL3 扫描输出。用来扫描键盘和显示器。可编程设定为 编码输出，即SL0～SL3需外接4-16译码器，输出16 取1的扫描信号，也可编程设定为译码输出，即由 SL0～SL3直接输出4取1的扫描信号。 （3）与键盘连接的引脚 RL0～RL7
智能仪器教学课件
A0 A0=1，写入8279的字节是命令字;从8279读出的字节是 状态字。A0=0，写入或读出的字节均为数据。 RD*、WR* 读、写控制引脚 IRQ 中断请求线。 在键盘方式中，当键盘RAM（先进先出）中存有按下键 的数据时，IRQ为高电平，向CPU提出中断申请。CPU 每次从键盘RAM中读出一个字节数据时，IRQ就变为低 电平。如果键盘RAM中还有未读完的数据，IRQ将再次 变为高电平，再次提出中断请求。 （2）扫描信号输出引脚
智能仪器-课件1
仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医 疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪 表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民 经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。
2019/12/11
2019/12/11
2.仪器仪表的重要性
1）仪器及检测技术已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；
随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改 善测量的精确度
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相 位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息量
◆多功能化 ：一机多用
2019/12/11
1.3 推动智能仪器发展的主要技术
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）嵌入式系统与片上系统SOC的应用； 5）ASIC、FPGA／CPLD技术； 6）LabVlEW等图形化软件技术； 7）网络与通信技术。
2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前 提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要 体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的 组成部分；
3）仪器是信息的源头技术。
仪器仪表是：
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”
2019/12/11
外部仪用 标准总线
卡式仪器将智能仪器 中的测量部分配以相应的 接口，制成各种功能的仪 器卡，插入到PC机的扩展 槽中，而原智能仪器中的 微机系统、键盘、显示器、 存贮器、电源等均借助于 PC机的资源而构成的。
卡式仪器的硬件结构
计算机
仪器卡
缺少仪器面板
2019/12/11
2019/12/11
2019/12/11
2.仪器仪表的重要性
1）仪器及检测技术已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；
随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改 善测量的精确度
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相 位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息量
◆多功能化 ：一机多用
2019/12/11
1.3 推动智能仪器发展的主要技术
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）嵌入式系统与片上系统SOC的应用； 5）ASIC、FPGA／CPLD技术； 6）LabVlEW等图形化软件技术； 7）网络与通信技术。
2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前 提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要 体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的 组成部分；
3）仪器是信息的源头技术。
仪器仪表是：
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”
2019/12/11
外部仪用 标准总线
卡式仪器将智能仪器 中的测量部分配以相应的 接口，制成各种功能的仪 器卡，插入到PC机的扩展 槽中，而原智能仪器中的 微机系统、键盘、显示器、 存贮器、电源等均借助于 PC机的资源而构成的。
卡式仪器的硬件结构
计算机
仪器卡
缺少仪器面板
2019/12/11
智能仪器设计基础I正式PPT课件
历程4
20世纪70年代以后，随着微处理器的广泛应用，出现了突破传统概念的 新一代仪器，即—智能仪器。这类仪器内置单片机或体积很小的微处理 器，仪器的功能由硬件和软件结合来完成。1974年出现电压电流波形等 间隔采样技术，揭开了智能仪器应用大幕。
历程5
虚拟仪器是智能仪器发展的新的里程碑， 虚拟仪器以PC为核心，由测 量应用软件支持，具有虚拟的仪器操作面板，足够的仪器硬件或通信功 能的测量信息处理装置。“软件就是虚拟仪器”。
知识点5
高速数字电路的信号完整性分析：信号完整性原理，传输线理论基础，信号完 整性分析实例
6/24
第6页/共24页
《第二章 智能仪器的硬件设计基础》
2.4 智能仪器的后向通道设计
知识点1
D/A的基本原理和信号的直接数字合成
① D/A的基本原理，性能指标； ② DDS的技术原理；
知识点2
输出信号的功率放大技术
微处理器与存储器和外围IC的接口技术：SRAM，Flash，EEPROM，A/D和 D/A，双口RAM；并行接口，SPI接口，IIC接口，SCI接口
知识点3 智能仪器的人机接口：LCD显示，LED显示，键盘设计
知识点4
基于CPLD和FPGA的接口电路设计方法：CPLD和FPGA原理，硬件描述语言， 接口设计举例
第11页/共24页
11/24
第一讲 绪论
1.1 智能仪器的重要作用（1）
概念1
信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，而测量技术是关键和 基础。智能仪器是对物质世界的信息进行测量和控制的基础手段和设备 ，使信息产业的源头和组成部分
概念2
智能仪器是认识世界的工具，是人们对物质实体及其属性进行观察、监 视、测定、验证、记录、传输、变换、显示、分析和处理与控制的各种 器具与系统的总称。
智能仪器课件
Βιβλιοθήκη 智能仪器中的通信接口技 术
数据通讯基础
数据通信基础
• 多个智能仪器通过其通信接口可构成自动测试系统是智 能仪器的一个主要特点。仪器的网络化测试技术是智能 仪器的发展方向之一。 • 通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和，一般 由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几 部分组成。通信系统分为模拟通信系统（如语音电话系 统）和数字通信系统（如计算机通信系统）。
多路复用技术
• 在一条物理通道上同时传送多路信息的技术称为多路复用技术。 频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）和 时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）。 • 频分多路复用指物理信道可提供的带宽很宽，允许将物理信道的 总带宽分割成若干个和传输单个信号带宽相同的子信道，每个信 道传输一路子信号。 • 时分多路复用是将一条物理传输线路按时间分成若干时间片轮换 地为多个信号所使用，每个时间片由一个信号占用。
噪声干扰 发送设备 信 息 源 编 码 调 制 传 输 介 质 解 调 接收设备 译 码 接 收 者
信道的带宽和数据速率
数字调制技术
• 由信源产生的原始电信号通常称为基带信号。所谓调制，就是利 用调制信号（即携带有信息的基带信号）去改变高频振荡载波的 某个（或某几个）参数的波形变换过程。 • 用正弦型高频信号作为载波的正弦波调制和用脉冲串作为载波的 脉冲调制。
数据通讯基础
数据通信基础
• 多个智能仪器通过其通信接口可构成自动测试系统是智 能仪器的一个主要特点。仪器的网络化测试技术是智能 仪器的发展方向之一。 • 通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和，一般 由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几 部分组成。通信系统分为模拟通信系统（如语音电话系 统）和数字通信系统（如计算机通信系统）。
多路复用技术
• 在一条物理通道上同时传送多路信息的技术称为多路复用技术。 频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）和 时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）。 • 频分多路复用指物理信道可提供的带宽很宽，允许将物理信道的 总带宽分割成若干个和传输单个信号带宽相同的子信道，每个信 道传输一路子信号。 • 时分多路复用是将一条物理传输线路按时间分成若干时间片轮换 地为多个信号所使用，每个时间片由一个信号占用。
噪声干扰 发送设备 信 息 源 编 码 调 制 传 输 介 质 解 调 接收设备 译 码 接 收 者
信道的带宽和数据速率
数字调制技术
• 由信源产生的原始电信号通常称为基带信号。所谓调制，就是利 用调制信号（即携带有信息的基带信号）去改变高频振荡载波的 某个（或某几个）参数的波形变换过程。 • 用正弦型高频信号作为载波的正弦波调制和用脉冲串作为载波的 脉冲调制。
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随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改 善测量的精确度
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相 位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息量
◆多功能化 ：一机多用
2019/9/29
1.3 推动智能仪器发展的主要技术
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）嵌入式系统与片上系统SOC的应用； 5）ASIC、FPGA／CPLD技术； 6）LabVlEW等图形化软件技术； 7）网络与通信技术。
将单片或多片的 微机芯片与仪器 有机地结合在一 起形成的单机。
以个人计算机(PC)为核 心的应用扩展型测量仪 器。个人计算机仪器或 称微机卡式仪器。
2019/9/29
传感器
非 电 量
输出通道 单片机或
D/A A/D
DSP RAM、
EPROM I/O接口
电 输入通道 量
键盘、开关、 显示器
外部通信
RS232 USB
仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医 疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪 表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民 经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。
2019/9/29
2019/9/29
2.仪器仪表的重要性
1）仪器及检测技术已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；
卡式仪器将智能仪器 中的测量部分配以相应的 接口，制成各种功能的仪 器卡，插入到PC机的扩展 槽中，而原智能仪器中的 微机系统、键盘、显示器、 存贮器、电源等均借助于 PC机的资源而构成的。
卡式仪器的硬件结构
计算机
仪器卡
缺少仪器面板
2019/9/29
——
建立软面板
个人计算机 总线扩展槽
PC总线
仪仪
2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前 提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要 体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的 组成部分；
3）仪器是信息的源头技术。
仪器仪表是：
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”
2019/9/29
打印机
内嵌微处理器智能仪器的基本结构
2019/9/29
智能仪器
微处理器 MPU
卡式仪器的演变
程序存储器 (ROM)
数据存储器 (RAM)
测
I/O接口
试
部 A/D 分 转换器
D/A 转换器
被测量 输入 电路
模拟 执行器
2019/9/29
键盘显示接口
键盘
显示
计算机部分
标准仪用 通讯接口
外部仪用 标准总线
智能仪器
• 主讲人 张重雄 教授
南京理工大学电光学院
南京理工大学在职研究生河南教育中心
2019/9/29
2019年12月
教学内容
第1章 概述 第2章 内嵌微处理器的智能仪器 第3章 虚拟仪器
2019/9/29
教学参考书
张重雄.虚拟仪器技术分析与设计
电子工业出版社
2019/9/29
第1章
概述
2019/9/29
虚拟仪器的特点： • 软件是虚拟仪器的核心； • 虚拟仪器的性价比高； • 具有良好的人机界面； • 具有与其它设备互联的能力。
2019/9/29
虚拟示波器
2019/9/29
3. 智能仪器的主要特点
◆测量过程的软件控制：
CPU→ 软件控制测量过程 “以软代硬” →灵活性强、可靠性强
◆数据处理 ：
第1章 智能仪器概述
• 教学重点
• 智能仪器的组成结构 • 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
2019/9/29
1.1 仪器仪表概述
1. 仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是 一个系统或装置；
最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、 触觉等器官的功能。
• 王大珩院士：“能不能创造高水 平的科学仪器和设备体现了一个 民族、一个国家的创新能力。发 展科学仪器设备应当视为国家战 略”
•科学仪器是信息的源头 •科学仪器产业是信息产业
2019/9/29
1.2 智能仪器的基本概念
• 智能仪器是计算机技术与测量仪器相结 合的产物，是含有微计算机或微处理器 的测量(或检测)仪器，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。
器器
电 源
插 插…
件件
1
2
软件
仪通 器用 插接 件口
n
扩展底板或外部插件箱
GPIB总线
2019/9/29
个人仪器结构图
普通台式PCI
个人仪ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构图
2019/9/29
工控机PCI 笔记本PCI
• 虚拟仪器：虚拟仪器是指，在以通用计算机 为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义， 具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件 来实现的一种计算机仪器系统。
2019/9/29
1.4 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
2019/9/29
本章结束
南京理工大学电光学院
2019/9/29
2019/9/29
1. 智能仪器分类
智能仪器四个层次
高级智能仪器类
兼
容
模型化智能仪器类
初级智能仪器类
趋
高级 智能
势
人工智能
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
201聪9/9敏/29仪器类
2. 智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相 位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息量
◆多功能化 ：一机多用
2019/9/29
1.3 推动智能仪器发展的主要技术
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）嵌入式系统与片上系统SOC的应用； 5）ASIC、FPGA／CPLD技术； 6）LabVlEW等图形化软件技术； 7）网络与通信技术。
将单片或多片的 微机芯片与仪器 有机地结合在一 起形成的单机。
以个人计算机(PC)为核 心的应用扩展型测量仪 器。个人计算机仪器或 称微机卡式仪器。
2019/9/29
传感器
非 电 量
输出通道 单片机或
D/A A/D
DSP RAM、
EPROM I/O接口
电 输入通道 量
键盘、开关、 显示器
外部通信
RS232 USB
仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医 疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪 表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民 经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。
2019/9/29
2019/9/29
2.仪器仪表的重要性
1）仪器及检测技术已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；
卡式仪器将智能仪器 中的测量部分配以相应的 接口，制成各种功能的仪 器卡，插入到PC机的扩展 槽中，而原智能仪器中的 微机系统、键盘、显示器、 存贮器、电源等均借助于 PC机的资源而构成的。
卡式仪器的硬件结构
计算机
仪器卡
缺少仪器面板
2019/9/29
——
建立软面板
个人计算机 总线扩展槽
PC总线
仪仪
2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前 提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要 体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的 组成部分；
3）仪器是信息的源头技术。
仪器仪表是：
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”
2019/9/29
打印机
内嵌微处理器智能仪器的基本结构
2019/9/29
智能仪器
微处理器 MPU
卡式仪器的演变
程序存储器 (ROM)
数据存储器 (RAM)
测
I/O接口
试
部 A/D 分 转换器
D/A 转换器
被测量 输入 电路
模拟 执行器
2019/9/29
键盘显示接口
键盘
显示
计算机部分
标准仪用 通讯接口
外部仪用 标准总线
智能仪器
• 主讲人 张重雄 教授
南京理工大学电光学院
南京理工大学在职研究生河南教育中心
2019/9/29
2019年12月
教学内容
第1章 概述 第2章 内嵌微处理器的智能仪器 第3章 虚拟仪器
2019/9/29
教学参考书
张重雄.虚拟仪器技术分析与设计
电子工业出版社
2019/9/29
第1章
概述
2019/9/29
虚拟仪器的特点： • 软件是虚拟仪器的核心； • 虚拟仪器的性价比高； • 具有良好的人机界面； • 具有与其它设备互联的能力。
2019/9/29
虚拟示波器
2019/9/29
3. 智能仪器的主要特点
◆测量过程的软件控制：
CPU→ 软件控制测量过程 “以软代硬” →灵活性强、可靠性强
◆数据处理 ：
第1章 智能仪器概述
• 教学重点
• 智能仪器的组成结构 • 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
2019/9/29
1.1 仪器仪表概述
1. 仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是 一个系统或装置；
最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、 触觉等器官的功能。
• 王大珩院士：“能不能创造高水 平的科学仪器和设备体现了一个 民族、一个国家的创新能力。发 展科学仪器设备应当视为国家战 略”
•科学仪器是信息的源头 •科学仪器产业是信息产业
2019/9/29
1.2 智能仪器的基本概念
• 智能仪器是计算机技术与测量仪器相结 合的产物，是含有微计算机或微处理器 的测量(或检测)仪器，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。
器器
电 源
插 插…
件件
1
2
软件
仪通 器用 插接 件口
n
扩展底板或外部插件箱
GPIB总线
2019/9/29
个人仪器结构图
普通台式PCI
个人仪ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构图
2019/9/29
工控机PCI 笔记本PCI
• 虚拟仪器：虚拟仪器是指，在以通用计算机 为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义， 具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件 来实现的一种计算机仪器系统。
2019/9/29
1.4 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
2019/9/29
本章结束
南京理工大学电光学院
2019/9/29
2019/9/29
1. 智能仪器分类
智能仪器四个层次
高级智能仪器类
兼
容
模型化智能仪器类
初级智能仪器类
趋
高级 智能
势
人工智能
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
201聪9/9敏/29仪器类
2. 智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式