智能仪器原理及其应用复习题

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

①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部有关部件的安排不再相互限制和牵连。②微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。③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。④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。⑤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

①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，其大小在理论上为一个单位。②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。③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。④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

积分式：先用积分器把输入模拟电压转换成中间量，再把中间量转换成数字。

优缺点：逐次比较式A/D 转换器的转换时间与转换精度比较适中，转换时间一般在us 级，转换精度一般在0.1%左右，适用于一般场合。积分式A/D 转换器的核心部件是积分器，因此速度较慢，其转换时间一般在ms 级或更长。但抗干扰性能强，转换精度可达0.01%，适用于在数字电压表类仪器中。

3、并行比较式A/D 原理及优缺点

并行比较式A/D 原理，以一个三位并行比较式A/D 转换器为例，采用（23-1）=7个比

较器，每个比较器的急转电压分别为R U 141，R U 143，……R U 1413，而输入电压i U 则是并行

加到7个比较器的输入端。工作时输入电压i U 将与七个基准电压同时进行比较。通过译码和锁存电路对7个比较器的输出状态进行译码和锁存，输出三位二进制数码，从而完成A/D 转换。

优缺点：并行比较式A/D 转换器的转换时间极短，但是需要大量的低漂移比较器和高精度电阻，成本太高，价格昂贵。

4、高速数据采集与传输的方式（DMA 、双口RAM 、FIFO ）？及其实现原理

DMA 方式：在DMA 控制器控制下的直接存储器存取方式，在这种作用下外设不经过CPU 控制直接读取内存数据。实现原理：①用指令对DMA 控制器初始化，预置地址寄存器初值。②预置状态或控制寄存器来决定读或写操作等。③启动外设并向DMA 发送DMA

请求。④DMA 接受申请后向CPU 发出总线请求信号。⑤CPU 接受申请，释放总线控制权。⑥DMA 接管总线控制权并控制外设读取和写入信号⑦DMA 控制器内的地址寄存器加1，计数器减1，进入下一循环。

双口RAM 即双端口存储器，它具有两套完全独立的数据线，地址线，读写控制线，允许两个独立的系统或模块同时对双口RAM 进行读/写操作。

FIFO 是先进先出传输方式，同一存储器配备两个数据端口，一个是输入端口，只负责写入数据；一个是输出端口，只负责数据输出。这种存储器不需要地址线参与寻址，数据读取遵循先进先出的规则，每个数据只能被读取一次。

1、D/A 转换的原理、

由电阻网络，开关及基准电源等部分组成。为便于接口，有些还含有锁存器。目前采用最多的是R-2R 梯形网络D/A 转换器，D/A 转换器电阻网络中电阻规格仅为R 和2R 两种。R U 为基准电压，它可由内电子开关在二进制代码的控制下分别控制4个支路，并使电流个自己进入A3A2A1A04个节点。这种网络的特点是：任何一个结点的三个分支的等效电阻都是2R ，因此由任意分支流入结点的电流都为R

U I R 3=,并且I 将在结点处被平分为相等的两个部分，由另外两个分支输出。经计算后当UR 为正时，D/A 转换器输出U0为负，反之为正。

2、D/A 转换器主要技术指标 分辨率:输入数字发生单位数码变化时所对应的模拟量输出的变化量。转换精度:在整个工作区间实际的输出电压与理想电压之间的偏差，可用绝对值或相对值来表示。转换时间:又称稳定时间，是输入的二进制代码，从最小值突跳到最

大值时，其模拟量电压达到其稳定值之差小于LSB 2

1±所需的时间。尖峰误差：输入代码发生变化时而使输出

模拟量产生的剑锋所造成的误差。

3、模拟信号采样/保持电路及技术指标

采样保持电路如图所示，由一个电容C做保持电容，运放接成跟随器，其运行状态由控制开关决定，闭合时为采样电路，断开为保持电路。

主要技术指标：孔径时间：从发出保持指令到开关真正打开所需时间、捕捉时间：从开始采样到保持器输出达到当前输入信号值所需时间、保持电压下降：在保持状态下，由于保持电容的漏点引起的电压下降、馈通（送）：在保持时间内由于输入信号电压变化而引起的输出电压变化的程度、电压增益精度：是指当环境和电源变化时，电压增益可以保持的精度。

1、独立式键盘、矩阵式键盘、交互式键盘原理

独立式键盘：每一个按键单独占用一根检测线与主机相连，上拉电阻保证按键断开时检测线上有稳定的高电平，当某一按键按下时，对应的检测线就呈现低电平。矩阵式键盘：把检测线分成两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行列交点上，每个按键通过不同的行列线与主机相连。只需检测对应行列线的电平变化即可知按键情况。交互式键盘：任意两检测线直接均可防止一个键，这种键盘所使用的检测线必须是有位控功能的双向I/O端口线。