自动测试技术讲稿-第二章2
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工程测试技术 第2章 信号分析基础-3
第二章、信号分析基础
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2.5 信号的频域分析
信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为 频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特 征。
傅里叶 变换
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
第二章、信号分析基础
2.5 信号的频域分析
频域分析
Page 25 华中科技大学机械学院
吉布斯现象(Gibbs)
• 吉布斯现象是由于展开式在间断点邻域不能均匀收敛 引起的。
• 例：方波信号
x(t)
T
T
t
2.5 信号的频域分析
频域分析
Page 26 华中科技大学机械学院
N=1
2.5 信号的频域分析
Page 27 华中科技大学机械学院
用线性叠加定理简化
X1(f)
+Page 38 华中科技大学机械学院
5、频谱分析的应用
频谱分析主要用于识别信号中的周期分量，是信号分析 中最常用的一种手段。
在齿轮箱故障诊断中，可
以通过齿轮箱振动信号频谱分 析，确定最大频率分量，然后 根据机床转速和传动链，找出 故障齿轮。
2 T
T /2
T /2 x(t) sin n0tdt;
ω0―基波圆频率； f0 ―基频：f0= ω0/2π
An an2 bn2 ;
n
arctan bn an
;
2.5 信号的频域分析
傅里叶级数的复数表达形式：
x(t) Cne jn0t , (n 0,1,2,...) n
Page 9 华中科技大学机械学院
2.5 信号的频域分析
《测试技术》教学课件 2.1 测试系统静态响应特性
二,灵敏度
当测试装置的输入
x 有一增量 X
, 引起输出 y
定义为: 发生相应变化 Y 时,定义为:
Y S= X
y △y △x x
三,回程误差
也称迟滞. 也称迟滞.测试装置在输入量由小增大和由大 减小的测试过程中, 对于同一个输入量所得到的两 减小的测试过程中 , 个数值不同的输出量之间差值最大者为h 个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax,则定义 回程误差为: 回程误差为: (hmax/A)×100% /A)×100% y
一,线性度
衡量特性曲线与参考直线偏离程度的参数叫线性 度或直线性. 度或直线性.
max × 100%= 线形误差= =B/A×100% 线形误差= × Ymax Ymin
y
A B
x
线性度参考直线最常用的是最小二乘法回归直线法. 线性度参考直线最常用的是最小二乘法回归直线法. 最小二乘法回归直线法
∫
t 0
x (t ) dt = ∫ y (t ) dt
0
t
5)频率保持性 5)频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号, 若系统的输入为某一频率的谐波信号,则系统 的稳态输出将为同一频率的谐波信号, 的稳态输出将为同一频率的谐波信号,即 若 则 x(t)=Acos(ωt+φx) y(t)=Bcos(ωt+φy)
y = a1 x + a 2 x + a 3 x +
2 3
通常,为了简化输出输入关系, 通常,为了简化输出输入关系,总是希望输入输出 之间为线性: 之间为线性:
y = ax
测试系统的静态特性就是在静态测量情况下描述实 际测试装置与理想定常线性系统的接近程度. 际测试装置与理想定常线性系统的接近程度.
测试技术（2-6章）（李迪张春华著）华南理工大学教材供应中心课后答案
第二章 测量结果的数据处理及误差分析√2-3 用标准测力机检定材料试验机，若材料试验机的示值为5.000MN ，标准测力仪输出力值为4.980MN ，试问材料机在5.000MN 检定点的示值误差、示值的相对误差各为多少?解：示值误差=，020.0000.5980.4−=−示值的相对误差=%04.0000.5020.0−=−√2-8 设间接测量量z x y =+，在测量x 和时是一对一对同时读数的。
测量数据如下表。
试求的标准测量序号y z 偏差。
1 2 3 4 5 6 78 9 10 x 读数100 104 1029810310199101105102 y 读数51 51 5450515250505351解：101.5x =，51.3y =，0.42y σ=，0.687x σ=152.8z x y =+=z x y =+，1,1z z x y∂∂∴==∂∂ 由于10(,)()(0.55iix y x x y y ρ−−∴==∑0.98z σ∴=。
1m 距离的标准偏差为0.2mm 。
如何表示间的函数式？求测此10m 距离的标准差。
见书P27-28页的内容。
5.033，25.039，25.034mm 。
如不计其他不确定度来源，最佳值及其标准不确定度。
见书P36页例题2.8√2-9 用米尺逐段丈量一段10m 的距离，设丈量接测量解：参√2-14 用千分尺重复测量某小轴工件直径10次，得到的测量数据为25.031，25.037，25.034，25.036，25.038，25.037，25.036，2试估计解：参答案网 w w w .h k s h p .c n第三章 信号描述与分析-3 求指数函数的频谱。
√解：()e (00)atx t A a t −=>≥，3dt e Ae dt e t x X t j at t j ∫∫+∞−−+∞∞−−==0)()(ωωω220)()ωωωωω+−=+=+−=+∞+−a j a A j a A e j a Ata j （3-4 求被截断的余弦函数0cos t ω0cos ||()0 ||t t x t t Tω<⎧=⎨≥T解：⎩(题图3-4 )的傅里叶变换。
测试技术第二章答案
第二章 习题2-1：典型的测量系统有几个基本环节组成？其中哪个环节的繁简程度相差最大？典型的测试系统，一般由输入装置、中间变换装置、输出装置三部分组成。
其中输入装置的繁简程度相差最大，这是因为组成输入装置的关键部件是传感器，简单的传感器可能只由一个敏感元件组成，如测量温度的温度计。
而复杂的传感器可能包括敏感元件，变换电路，采集电路。
有些智能传感器还包括微处理器。
2-2：对某线性装置输入简谐信号x(t)=asin(φω+t )，若输出为y(t)=Asin(Φ+Ωt )，请对幅值等各对应量作定性比较，并用不等式等数学语言描述它们之间的关系。
x(t)=asin(φω+t )→y(t)=Asin(Φ+Ωt ), 根据线性装置的输入与输出具有的频率保持特性可知，简谐正弦输入频率与输出频率应相等，既有：Ω=ω，静态灵敏度：K=aA= 常数，相位差：△ϕϕ-Φ== 常数。
2-3：传递函数和频响函数在描述装置特性时，其物理意义有何不同？传递函数定义式：H （s ）=)()(s x s y =01110111a s a s a s a b s b s b s b n n n n m m m m ++++++++----ΛΛ，其中s=+αj ω称拉氏算子。
H(s)是描述测量装置传输，转换特性的数学模型，是以测量装置本身的参数表示输入与输出之间的关系，与装置或结构的物理特性无关。
频率响应函数定义式：H （ωj ）=)()(ωωj x j y =01110111)())()()()(a j a j a j a b j b j b j b n n n n n n n n ++++++++----ωωωωωωΛΛ 反映了信号频率为ω时输出信号的傅氏变换与输入信号的傅氏变换之比。
频率响应函数H （ωj ）是在正弦信号激励下，测量装置达到稳态输出后，输出与输入之间关系的描述。
H （s ）与H （ωj ）两者含义不同。
H （s ）的激励不限于正弦激励。
测试技术 第二章 测试装置的基本特性
四、分辨力
定义: 定义 引起测量装置输出值产生一个可察觉变化的 最小输入量（被测量） 最小输入量（被测量）变化值称为分辨力 表征测量系统的分辨能力 说明: 说明 1、分辨力 --- 是绝对数值，如 0.01mm，0.1g，10ms，…… 、 是绝对数值， ， ， ， 2、分辨率 --- 是相对数值： 、 是相对数值： 能检测的最小被测量的 变换量相对于 满量程的 百分数， 百分数，如： 0.1%, 0.02%
y
(a) 端点连线法 端点连线法: 算法： 检测系统输入输出曲线的两端点连线 算法： 特点： 简单、方便，偏差大， 特点： 简单、方便，偏差大，与测量值有关 (b) 最小二乘法 最小二乘法: 算法： 计算： 算法： 计算：有n个测量数据 (x1,y1), (x2,y2), … , (xn,yn)， (n>2) 个测量数据: 个测量数据 ， 残差： 残差平方和最小： 残差：∆i = yi – (a + b xi) 残差平方和最小：∑∆2i=min
线性 y 线性 y 非线性y
x
x
x
非线性原因: 非线性原因
外界干扰 温 度 湿 度 压 力 冲 击 振 动 电 磁 场 场
输入 x
检测系统
输入 y = f(x)
摩 擦
间 隙
松 动
迟 蠕 滞 变
变 老 形 化
误差因素
严格的说,很多测试装置是时变的 因为不稳定因素的存 严格的说 很多测试装置是时变的(因为不稳定因素的存 很多测试装置是时变的 但在工程上认为大多数测试装置是时不变线性系统 在),但在工程上认为大多数测试装置是时不变线性系统 但在工程上认为大多数测试装置是 (定常线性系统 该类测试装置的输入与输出的关系可 定常线性系统).该类测试装置的输入与输出的关系可 定常线性系统 用常系数线性微分方程来描述. 用常系数线性微分方程来描述
人工智能下的自动化智能测试技术研究
人工智能下的自动化智能测试技术研究第一章：引言自动化测试是软件测试中的一种重要方式，能有效提高软件测试效率，减少测试成本。
但是传统的自动化测试方式仍然存在一些缺陷，例如测试用例维护困难、执行效率低、测试结果判定不准确等问题。
随着人工智能技术的不断发展，自动化智能测试技术的应用也变得越来越普遍。
本文将对人工智能下的自动化智能测试技术进行研究和探讨，主要包括自动化测试的现状、人工智能在自动化测试中的应用、自动生成测试用例技术、测试结果判定技术以及自动修复缺陷技术等方面。
第二章：自动化测试的现状传统自动化测试主要依靠编写测试脚本或使用测试工具来执行测试，在测试人员管理大量测试用例的过程中，脚本或工具往往会产生大量的冗余代码，导致测试用例维护成本变得非常高。
另外，测试脚本在执行测试时需要等待人工干预，多次人工操作不但增加了测试时间，还可能导致测试结果的不准确性。
第三章：人工智能在自动化测试中的应用人工智能技术在自动化测试中的应用可以分为两大类，一类是基于规则的自动化测试，这种应用通过事先定义好的测试规则来执行测试，例如Google的PIT（Program-Induced-Timing)测试工具就是基于规则的测试工具；另一类是基于机器学习的自动化测试，这种应用通过学习已有的测试数据来自动生成测试用例，例如谷歌推出的TestBot就是基于机器学习的自动化测试工具。
第四章：自动生成测试用例技术自动生成测试用例技术是基于机器学习的自动化测试技术，在测试用例的生成过程中不需要人工参与，测试用例可以直接通过人工智能算法生成，大大减少了测试用例的生成成本。
自动生成测试用例技术通常利用模型学习和数据挖掘技术，对已有的测试用例进行分析和归纳，自动生成新的测试用例。
第五章：测试结果判定技术测试结果判定是自动化测试技术中非常重要的一环，通常使用断言判断的方式来判定测试结果是否正确。
但是在实际测试中出现的“人为错漏”等误判问题还无法完全解决。
第二章 测量方法与测量系统
机信号；非平稳随机信号。
2.周期性信号与非周期性信号 周期信号为时域无限信号。 3.连续信号与离散信号 4.时限信号和频限信号 时限信号在时间的有限区间内有定义、在区间外信号 值恒等于零的信号。如：矩形脉冲等。 频限信号指在频率域内只占据有限的带宽（ f1～ f2 ）、 在这一带宽之外信号值恒等于零的信号。
（5）信号的时间特性和频率特性
时间特性：随时间变化，包括信号出现时间的先后、
持续时间的长短、重复周期的大小、随时间变化速率
的快慢、幅度的大小等等。
频率特性一个复杂信号可以分解成许多不同频率的正 弦分量。将各个正弦分量的幅度和相位分别按频率高 低依次排列就成为频谱。 （6）信号的空间分布结构
许多信号，既具有时间特性、也具有空间特性
③动态（脉冲）测试技术
–自然界存在大量瞬变冲激的物理现象，如力学中
的爆炸、碰撞等，电学中的放电、闪电等，对这类
随时间瞬变对象进行测量，为动态测量和瞬态测量。
瞬态测试技术有两种方式：
1.测量有源量，测量幅值随时间呈非周期形变化
（突变、瞬变）的电信号；
2.测量无源量，以脉冲或阶跃信号作被测系统的激
励，观察输出响应，研究被测系统的瞬态特性。
第2章 测量方法与测量系统
2.1 电子测量的基本概念
2.1.1电子测量的意义
–20世纪30年代，开始了测量科学与电子科学的结 合，产生了电子测量技术
①具有极快的速度
②具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。 ③极有利于信息传递 ④极为灵活的变换技术。 ⑤巨大的信息处理能力
2.1.2 电子测量的特点
（1）测量频率范围宽。测量交流信号的频率范围低
–RLC测试仪、网络分析仪、晶体管特性图示仪等仪
2.周期性信号与非周期性信号 周期信号为时域无限信号。 3.连续信号与离散信号 4.时限信号和频限信号 时限信号在时间的有限区间内有定义、在区间外信号 值恒等于零的信号。如：矩形脉冲等。 频限信号指在频率域内只占据有限的带宽（ f1～ f2 ）、 在这一带宽之外信号值恒等于零的信号。
（5）信号的时间特性和频率特性
时间特性：随时间变化，包括信号出现时间的先后、
持续时间的长短、重复周期的大小、随时间变化速率
的快慢、幅度的大小等等。
频率特性一个复杂信号可以分解成许多不同频率的正 弦分量。将各个正弦分量的幅度和相位分别按频率高 低依次排列就成为频谱。 （6）信号的空间分布结构
许多信号，既具有时间特性、也具有空间特性
③动态（脉冲）测试技术
–自然界存在大量瞬变冲激的物理现象，如力学中
的爆炸、碰撞等，电学中的放电、闪电等，对这类
随时间瞬变对象进行测量，为动态测量和瞬态测量。
瞬态测试技术有两种方式：
1.测量有源量，测量幅值随时间呈非周期形变化
（突变、瞬变）的电信号；
2.测量无源量，以脉冲或阶跃信号作被测系统的激
励，观察输出响应，研究被测系统的瞬态特性。
第2章 测量方法与测量系统
2.1 电子测量的基本概念
2.1.1电子测量的意义
–20世纪30年代，开始了测量科学与电子科学的结 合，产生了电子测量技术
①具有极快的速度
②具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。 ③极有利于信息传递 ④极为灵活的变换技术。 ⑤巨大的信息处理能力
2.1.2 电子测量的特点
（1）测量频率范围宽。测量交流信号的频率范围低
–RLC测试仪、网络分析仪、晶体管特性图示仪等仪
自动测试技术讲稿第二章150650
课件
10
第2章 智能仪器基本系统的设计
2、扩大模式 当仪器系统的范围较大年夜、除使用片内存储器
和功能部件外还需要外接扩大存储器或寻址其它功能 部件才能满足系统要求时，可以使单片机选择在扩大 模式下工作。在这类情景下，为了实现对外部数据的 寻址读写，单片机的有些端口要按系统总线使用。例 如 8031 的 P2 口在扩大模式下常按它的第 2 功能用作 高 8 位地址总线， P3 中的 P3.6 、 P3.7 也按它们的第 2功能用作读写控制总线等等。是以，在扩大模式下 的单片机系统电路要按实际需要进展专门总线扩大设 计和地址空间的分派设计。
课件
23
第2章 智能仪器基本系统的设计
2.MCU即微控制器〔Micro Controller Unit〕阶 段，重要的手艺展开偏向是：不休扩大满足嵌入式利 用时，对象系统要求的各类外围电路与接口电路，突 显其对象的智能化控制能力。它所触及的范畴都与对 象系统相关，是以，展开MCU的重任不成避免地落 在电气、电子手艺厂家。从这一角度来看，Intel逐步 淡出MCU的展开也有其客不雅成分。在展开MCU方 面，最有名的厂家当数Philips公司。
课件
11
第2章 智能仪器基本系统的设计
不管选择哪一种工作模式，仪器根底系统中的不 合 I/O电路或功能部件总是经由过程接口电路与单片 机端口引脚毗连在一路的。为此，我们起重要熟习各 类仪用单片机引脚端口的使用特点。
课件
12
第2章 智能仪器基本系统的设计
2、单片机概览
单片机是一种集成在电路芯片，是采取超大年夜 范围集成电路手艺把具罕有据措置能力的中央措置器 CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中 断系统、准时器/计时器等功能〔可能还包孕显示驱 动电路、脉宽调制电路、摹拟多路转换器、A/D转换 器等电路〕集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计较机系统。
测试系统的基本特性new 2
可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关 的一种描述。
第二章 测试装置的基本特性
2.3 测量装置的动态特性
无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统 来看待。问题简化为处理输入量 x(t) 、系统传输 特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。
x(t)
输入量
卷积分
h(t)
系统特性
y(t)
输出
y(t)=x(t)*h(t)
2.2 测量装置的静态特性 如果测量时，测试装置的输入、输出 信号不随时间而变化，则称为静态测量。
第二章 测试装置的基本特性
静态特性指标有：
线性度
灵敏度
回程误差
分辨力 漂移
2.2 测量装置的静态特性
a) 线性度
标定曲线与拟合直线的偏离程度就是线性度。
线性度=B/A×100% y B
A
x
2.2 测量装置的静态特性
h(t)描述了系统在时域内的动态特性。
第二章 测试装置的基本特性
• 总结 系统特性描述： 时域 频域 复域 相互关系:
L-1 L
h （t ） H(ω) H(S) H(S)
S=jω
h（ t）
FT
IFT
H(ω)
测试环节的串联和并联
H1(s)和H2(s)的环节串联而成的测试系统
传递函数：
H(s) =H1(s) H2(s)
第二章 测试装置的基本特性
一、传递函数
1.定义 在初始条件为 0时，输出信号与输 入信号的拉氏变换之比称为测试装置的 传递函数。用H(s)表示:
H(s)=
Y(s) X(s)
=
bmsm + bm-1sm` + … +b1s + b0 ansn + an-1sn-1 + … +a1s + a0
2测试系统静、动态响应
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(2-15)
ϕ (ω )=-arctan(τω )
(2-16)
从式（ 和图2 看出, 时间常数τ越 从式（2 - 15 ）、 （2 - 16 ）和图 - 9 看出 时间常数 越 频率响应特性越好。 小, 频率响应特性越好。当ωτ<1时, A（ω）≈1, Φ（ω）≈0, 表 时 （ ） （ ） 明传感器输出与输入为线性关系, 且相位差也很小,输出 输出y(t)比 明传感器输出与输入为线性关系 且相位差也很小 输出 比 较真实地反映输入x(t)的变化规律。 因此 减小 可改善系统的 的变化规律。 因此, 减小τ可改善系统的 较真实地反映输入 的变化规律 频率特性。 频率特性。
第二章、 第二章、测试系统特性
静态测量时， 静态测量时，测试装置表现出的响应特 性称为静态响应特性。 性称为静态响应特性。 a)灵敏度 a)灵敏度
当测试装置的输入x有一增量 ,引起输出y发生 当测试装置的输入 有一增量△x,引起输出 发生 相应变化△y时,定义: S=△y/△x 时 定义: / y
( m −1)
传递函数H(s)的特点 的特点: 传递函数 的特点 1. H(s)和输入 和输入x(s)的具体表达式无关 的具体表达式无关; 和输入 的具体表达式无关 2.不同的物理系统可以有相同的传递函数 不同的物理系统可以有相同的传递函数; 不同的物理系统可以有相同的传递函数 3.传递函数与微分方程等价 传递函数与微分方程等价. 传递函数与微分方程等价
拉氏变换： 拉氏变换： 付氏变换: 付氏变换
H (s) = Y (s) / X (s)
H( jω) =Y( jω) / X( jω)
2 2
A(ω) = H( jω) = Re[H( jω)] + Im[ ( jω)] H
(2-15)
ϕ (ω )=-arctan(τω )
(2-16)
从式（ 和图2 看出, 时间常数τ越 从式（2 - 15 ）、 （2 - 16 ）和图 - 9 看出 时间常数 越 频率响应特性越好。 小, 频率响应特性越好。当ωτ<1时, A（ω）≈1, Φ（ω）≈0, 表 时 （ ） （ ） 明传感器输出与输入为线性关系, 且相位差也很小,输出 输出y(t)比 明传感器输出与输入为线性关系 且相位差也很小 输出 比 较真实地反映输入x(t)的变化规律。 因此 减小 可改善系统的 的变化规律。 因此, 减小τ可改善系统的 较真实地反映输入 的变化规律 频率特性。 频率特性。
第二章、 第二章、测试系统特性
静态测量时， 静态测量时，测试装置表现出的响应特 性称为静态响应特性。 性称为静态响应特性。 a)灵敏度 a)灵敏度
当测试装置的输入x有一增量 ,引起输出y发生 当测试装置的输入 有一增量△x,引起输出 发生 相应变化△y时,定义: S=△y/△x 时 定义: / y
( m −1)
传递函数H(s)的特点 的特点: 传递函数 的特点 1. H(s)和输入 和输入x(s)的具体表达式无关 的具体表达式无关; 和输入 的具体表达式无关 2.不同的物理系统可以有相同的传递函数 不同的物理系统可以有相同的传递函数; 不同的物理系统可以有相同的传递函数 3.传递函数与微分方程等价 传递函数与微分方程等价. 传递函数与微分方程等价
拉氏变换： 拉氏变换： 付氏变换: 付氏变换
H (s) = Y (s) / X (s)
H( jω) =Y( jω) / X( jω)
2 2
A(ω) = H( jω) = Re[H( jω)] + Im[ ( jω)] H
02《工程测试技术》第二章机械测试信号分析
Rx(τ)
O
t
O
τ
性质3,性质4:提取出回转误差等周期性的故障源。
2.2 信号的描述与分析
案例：自相关测转速
理想信号
实测信号
干扰信号
邵阳学院机械与能源工程系
自相关系数
性质3，性质4：提取周期性转速成分。
2.2 信号的描述与分析
邵阳学院机械与能源工程系
案例：地下输油管道漏损位置的探测—互相关分析
Rx1x2(τ)
2.1 信号的分类
邵阳学院机械与能源工程系
信号是载有信息的物理变量，是传输信息的载体。 信息是事物存在状态或属性的反映，信息蕴涵于信号 之中，因而它们是研究客观事物的依据；
例如，回转机械由于动不平衡产生振动，那么振 动信号就反映了该回转机械动不平衡的状态，因此它 就成为研究回转机械动不平衡的依据。
1）时域信号特征参数
2.2 信号的描述与分析
（1）峰值和峰峰值
A xp-p
邵阳学院机械与能源工程系
xP t
T
峰值хp ：信号在时间间隔T内的最大值，用хp表示
峰峰值xp-p：信号在时间间隔T内的最大值与最小值之 差，用хp-p表示
2.2 信号的描述与分析
邵阳学院机械与能源工程系
（2）平均值（均值）
x 0
1 x
[
T
lim
Tx T
]
2.2 信号的描述与分析
邵阳学院机械与能源工程系
（2）概率分布函数(累积概率)
概率分布函数是信号幅值小于或等于某值 R 的概率，其定义为：
R
F (x) p(x)dx
概率分布函数又称之为累积概率，表示了落在某 一区间的概率。
2.2 信号的描述与分析
第3次课-第2章测试装置静态、动态特性
2.2 测试系统静态响应特性
2.3 测试系统动态响应特性
机械工程测试技术基础
2.1 概述
的加速度
第二章测试装置的基本特性
衡量乘坐舒适性的指标之一：坐椅处 加速度计
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。 当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。 简单的温度测试装置只需一个液柱式温度计，而较完整的动 液压振动台： 刚度测试系统，则仪器多且复杂。 模拟道路的颠簸
机械工程测试技术基础
第二章测试装置的基本特性
•传递函数与微分方程两者完全等价，可以相 互转化。 •考察传递函数所具有的基本特性，比考察微 分方程的基本特性要容易得多。这是因为传递 函数是一个代数有理分式函数，其特性容易识 别与研究。
机械工程测试技术基础
第二章测试装置的基本特性
传递函数有以下几个特点： 1）H(s)和输入x(t)的具体表达式无关。
机械工程测试技术基础
第二章测试装置的基本特性
(2) 频率响应特性 考虑到拉普拉斯变换中，s = σ + jω， 令σ=0，则有 s = jω，将其代入H(s)，
得到
Y ( ) H ( ) X ( )
= P(ω)+ jQ(ω) = A(ω)ejφ(ω)
机械工程测试技术基础
第二章测试装置的基本特性
机械工程测试技术基础
第二章测试装置的基本特性
2.1.2 线性系统及其主要性质（补充内容）
若系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可以用常系 数线性微分方程来描述
any(n)(t)+an-1y(n-1)(t)+…+a1y(1)(t)+a0y(t) = bmx(m)(t)+bm-1x(m-1)(t)+b1x(1)(t)+b0x(t)
第二章,测量系统的基本特征
1 H ( s) = τs + 1
H ( s) =
Y ( s) k = X ( s ) τs + 1
令 k = 1 ，则
(1) 频率响应 一阶系统的频响函数为 H ( jω ) = 1 jωτ + 1
1 1 + (ωτ ) 2
幅频特性为： A(ω ) = H ( jω ) =
相频特性为： 下图为一阶测量的幅频与相频特性。 由图可知：响应幅值随ω的增大而减小，相位差随ω增 大而增大，误差增大。系统的频率响应还取决于时间常 数τ。当误差保持一定值时，若系统的时间常数τ越小， 则 ω可增大，工作频率范围宽，若τ越大，则ω就越小， 工作频率范围越窄。
1− ξ 2 ω n 为角 当阻尼比ξ<1时，二阶系统将出现以 频率的衰减正弦振荡；当ξ>=1时，不出现振荡。无论是 哪种情况，输出都要经过一段时间才能到达阶跃输入值 A，这个过程称为动态过渡过程。任意时刻输出与输入 之差值称为动态误差。 不同的阻尼比ξ的取值对应一定的响应曲线，即ξ的大 小决定了阶跃响应趋于最终值的长短， ξ值过大或过小， 趋于最终值的时间都过长。为了提高响应速度，减小 动误差，通常选取ξ=0.6∼0.8较为适宜。 测量系统的阶跃响应速度，随系统固有角频率ωn的变 化而不同。当ξ一定时， ωn越大则响应速度越快； ωn 越小则响应速度越慢。
∆y s= ∆x
二、非线性
一个理想的测量系统，其静态特性可用 一个多项式表示为：
y = a 0 + a1 x + a 2 x 2 + ⋅ ⋅ ⋅ + a n x n
当 a 0 = a 2 = a3 = ⋅ ⋅ ⋅ = a n = 0 时，理 想线性方程为： y = a1 x 实际的输出与输入关系并非理想情况， 由试验所得校准曲线或标定曲线是近似 曲线，它拟和直线的最大偏差B与测量 系统的满量程输出值A的比值的百分数 成为非线性。 B × 100% 非线性=
H ( s) =
Y ( s) k = X ( s ) τs + 1
令 k = 1 ，则
(1) 频率响应 一阶系统的频响函数为 H ( jω ) = 1 jωτ + 1
1 1 + (ωτ ) 2
幅频特性为： A(ω ) = H ( jω ) =
相频特性为： 下图为一阶测量的幅频与相频特性。 由图可知：响应幅值随ω的增大而减小，相位差随ω增 大而增大，误差增大。系统的频率响应还取决于时间常 数τ。当误差保持一定值时，若系统的时间常数τ越小， 则 ω可增大，工作频率范围宽，若τ越大，则ω就越小， 工作频率范围越窄。
1− ξ 2 ω n 为角 当阻尼比ξ<1时，二阶系统将出现以 频率的衰减正弦振荡；当ξ>=1时，不出现振荡。无论是 哪种情况，输出都要经过一段时间才能到达阶跃输入值 A，这个过程称为动态过渡过程。任意时刻输出与输入 之差值称为动态误差。 不同的阻尼比ξ的取值对应一定的响应曲线，即ξ的大 小决定了阶跃响应趋于最终值的长短， ξ值过大或过小， 趋于最终值的时间都过长。为了提高响应速度，减小 动误差，通常选取ξ=0.6∼0.8较为适宜。 测量系统的阶跃响应速度，随系统固有角频率ωn的变 化而不同。当ξ一定时， ωn越大则响应速度越快； ωn 越小则响应速度越慢。
∆y s= ∆x
二、非线性
一个理想的测量系统，其静态特性可用 一个多项式表示为：
y = a 0 + a1 x + a 2 x 2 + ⋅ ⋅ ⋅ + a n x n
当 a 0 = a 2 = a3 = ⋅ ⋅ ⋅ = a n = 0 时，理 想线性方程为： y = a1 x 实际的输出与输入关系并非理想情况， 由试验所得校准曲线或标定曲线是近似 曲线，它拟和直线的最大偏差B与测量 系统的满量程输出值A的比值的百分数 成为非线性。 B × 100% 非线性=
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在计算机领域,系列机是指同一厂家生产的具有相同 系统结构的机器。Intel推出有MCS-48、MCS-51、 MCS-96系列单片机。
20世纪80年代中期以后,Intel以专利转让的形式把 8051内核给了许多半导体厂家,如AMTEL、PHILIPS、 ANANOG DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯 片是MCS-51系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51指令 系统兼容的单片机。这些单片机与8051的系统结构（只 要是指令系统）相同,采用CMOS工艺,因而常用80C51系 列来称呼所有具有8051指令系统的单片机。他们对8051 一般都作了一些扩充,更有特点、功能更强、市场竞争力 更强,不应该把他们成为MCS-51系列单片机。
第2章 智能仪器基本系统的设计 12、83C752 28引脚的80C51器件，适用于汽车、机电、消费类场合。 是飞利浦80C51系列中结构最紧凑,体积最小的单片机;内部 总线不对外开放,没有用于扩展外部程序存储器和数据存储 器的并行扩展总线口;CMOS工艺制造; 83C752 2k字节ROM,87C752为2k字节EPROM; 64k字节RAM; 21位I/O线; 1个16位的常数可自动装入定时器/计数器,1个固定速率的 定时器; 7个中断源,1个中断优先级; 五路8位A/D和一路脉冲宽度调制输出; I2C总线接口； 带有窗口的紫外线可擦除的EPROM型87C752和不带窗 口的塑封的1次性编程的EPROM型
第2章 智能仪器基本系统的设计 （ 5 ）片内除拥有 2 个功能与 8031 中 T1 、T0 相同的定时 /计数器外，又增设了一个16位定时计数 器 T2 。该 T2 可以用作记录具有输入捕捉功能端口所 输入的有效跳变的输入时间；也可以用来设置和控制 具有比较输出功能端口要输出的有效信号的输出时间。 这种功能在定时测控仪器设计中十分有用。 （ 6 ）片内增设了一个有 8 个通道的 10bitADC 部件，模拟通道输入电压范围 0 ～ 5v, 在 12MHz 时钟 下 ADC 时间与约 50μs 。这个片内ADC部件对简化自 动检测仪器中数据采集系统的硬件设计是十分有利的。 （ 7 ） 8 位通用 I/O 口增加为 5 个，另外只要事 前设置好， ADC 入口也可作一般输入口使用，因此 具有比 8031 更大的 I/O 接口能力。
第2章 智能仪器基本系统的设计 <3> 80c552的封装引脚
第2章 智能仪器基本系统的设计 <3> 80c552的封装引脚
第2章 智能仪器基本系统的设计 80c552的封装引脚
第2章 智能仪器基本系统的设计
（ 1 ） P0 、 P2 、 P3 三个 8 位I/O口 ，EA 、 ALE 、PSEN等端口的作用与 8031 完全一样，因 此使用方法也是一样。
第2章 智能仪器基本系统的设计 从2003 年6 月开始在中国市场发动增强型标准 P89C51X2 、P89C52X2(主要针对标准兼容MCS 51 系列单片机)与OM4368BN(OM4368BN 与P89C58BP 管芯完全相同，OM4368BN 仅仅是针对中国市场的 特价销售价格策略，而P89C58BP 则是针对全球市场 销售的定价策略) 、OM4358BA(OM4358BA 与 P89C58BA 管芯完全相同，OM4358BA 仅仅是针对中 国市场的特价销售价格策略，而P89C58BA则是针对 全球市场销售的定价策略)单片机的销售攻势，将高 性价比的增强型80C51单片机降到用户完全能够接受 的价格心理程度,这就是PHILIPS中国市场最重要的战 略之一，即茅台酒的质量、二锅头的价格。从而可以 看出，对于PHILIPS来说，中国市场的份额是何等地 重要。现在全世界的公司都在关注中国，PHILIPS半 导体公司同样也不甘落后。
主要用作电视机控制器，提供调谐控制功能，和屏幕显 示功能。
8KB ROM（ 83C053 ）或16k EPROM（ 87C054 ）
192字节RAM
片内具有屏幕显示控制器 3路数字视频输出
扫描/混频器和背景亮度控制器
60*18*14字符发生器 8路6位脉冲宽度调制输出PWM；1路14位PWM
内部程序存储器增加到8K
无 ROM型的8052是8032， EPROM型的是8752 4、80C52 CMOS型的8052，功能和8052完全相同，但CMOS的 工作电流比NMOS要小得多。
第2章 智能仪器基本系统的设计 5、83C053
MICROCONTROLLER FOR TELEVISION AND VIDEO
第2章 智能仪器基本系统的设计 7、83C451 增加了I/O口的80C51器件。 7个8位准双向口（PLCC型（贴片封装的一种，这种封装的引脚在芯
片底部向内弯曲，因此在芯片的俯视图中是看不见芯片引脚的 ））
6个8位和1个4位准双向口（DIP型（双列直插式封装技术 ）） P6口具有握手功能，适合作为微处理机接口、并行打 印机接口 无ROM型为80C451， EPROM型为87C451
在单片模式下， P0 、P2 、P3 可作为一般 I/O 口 使用； 在扩展模式下，P0 、P2、P3口按第2功能操作， P0 用作数据 / 地址总线 AD0 ～ AD7 ; P2 口用作 高 8位地址总线 A8 ～ A15 ;P3的第2功能与表2-1 所示完全一样。
第2章 智能仪器基本系统的设计 到目前为止PHILIPS 半导体公司已经推出了 51LPC 、80C51 、51AX(主要市场在北美) 、80C51+、 LPC900 、51MX、 LPC2100(ARM)等更多系列品种 的单片机，累计达到100 种以上的单片机。 飞利浦旗下的半导体部门从06年开始从飞利浦独 立出来并改名叫恩智浦NXP。NXP单片机在国内比较 大的代理商一直是广州周立功单片机公司 进去后可以看到“NXP半导体”， 在那里你可以找到飞利浦单片机的中文数据手册。
第2章 智能仪器基本系统的设计 10、83C552 采用CMOS工艺,是飞利浦80C51系列微处理器控制器的改型。 增加了很多功能模块的80C51器件。 8k×8ROM,可在外部扩展64k字节; 2个标准的16位定时器/计数器;1个附加的16位定时器/计数器, 配有4个捕捉寄存器和3个比较寄存器; 八路输入的10位A/D转换器; 两路8位分频器的脉冲宽度调制输出; 6个8位I/O口; I2C串行总线接口; 和80C51兼容的全双工异步串行口UART; 1个监视定时器; 15个中断向量;时钟速率最高为12MHz或16MHz;12MHz晶振 时,58％的指令执行时间1μs、40％为2μs,乘除法指令4μs 80C552是无ROM型87C552;87C552有8k字节用户可编程 EPROM。
第2章 智能仪器基本系统的设计 （ 8 ）具有先进的 串行总线的接口能力，许多 I/O操作只用2条信号线就能实现。 与此同时还拥有全 双工的异步通讯接口 UART 和监视定时器 T3 （ 9 ）随着片内功能部件的增加，中断向量也扩 充至 15 个。 （ 10 ）拥有 2 路 8位分辨率的宽度可调制脉冲信 号输出部件，为实现数模转换和脉宽可调信号源设计 提供了方便。 83c552 的这些优异性能可使以它为核心所设计的 仪器系统更加紧凑。
第2章 智能仪器基本系统的设计 四、 PHILIPS 系列单片机的端口特性
与 51 系列单片机兼容的芯片有 80c51 、 80c31 、 87c51 和 80c552 等多种品型。这些 CMOS 芯片具有 高速、高集成度和低功耗的特点。
标准单片机芯片的电源电流最大值约为 120mA左 右，而 CMOS 型单片机的最大工作电源电流仅 24mA ，在系统进入暂停状态后只有 10μA ，因此可 在高速低功耗和便携式仪器仪表中使用。
视频信号输入输出极性可程序控制
第2章 智能仪器基本系统的设计 6、83CL410 可工作在很低电源电压和很低工作频率的80C51器件。 极大地减小了电源功耗，对于低电压的电池供电情况下 工作是非常理想的。除了无UART外，具有80C51的所有 功能。
I2C 掉电方式下的热启动 工作频率32kHz-20MHz(外时钟时可低至直流) 电源电压范围1.5V-6V 无ROM型产品为80CL410，没有 EPROM型。
西安电子科技大学 机电工程学院 第2章 智能仪器基本系统的设计
测控工程与仪器系
贺华
自动测试技术 第2章 智能仪器基本系统的设计
自动测试技术 第2章 智能仪器基本系统的设计
2.1 仪器中单片机的工作模 式与端口特性计
第2章 智能仪器基本系统的设计
第2章 智能仪器基本系统的设计 <1> 80C51系列单片机产品简介
1、8051
最早期的产品，CPU为8051
2、80C51 CMOS型的8051，功能和8051完全相同，但CMOS的
工作电流比NMOS要小得多。
无 ROM型的80C51是80C31， EPROM型的是87C51
第2章 智能仪器基本系统的设计 3、8052 是8051的增强型产品，采用NMOS技术制造。 片内数据 RAM增加到256个字节 具有3个16位的 定时/ 计数器
第2章 智能仪器基本系统的设计 11、83C751 24引脚的80C51器件，适用于体积小、价格低的应用 场合。 2KB ROM 64B RAM I2C（无UART） 19位I/O线 单级中断 1个16位T/C 没有外部存储器扩展功能，数据存储器的扩展可以 利用I2C接口和具有I2C接口的存储器来实现。 没有无ROM型， EPROM型为87C751
第2章 智能仪器基本系统的设计 8、83C528 增加了存储器的80C51器件。 32K字节的ROM 512字节的RAM 增加了一个16位的定时器 I2C串行总线 掉电方式下的热启动 无ROM型为80C528， EPROM型为87C528
第2章 智能仪器基本系统的设计 9、83C550 增加了模拟信号特性的80C51器件。 8路8位ADC 监视定时器（Watchdog Timer） 无ROM型为80C550， EPROM型为87C550 83C550虽然是40引脚封装，但和80C51插座不兼容， 因为增加了模拟信号。