智能仪器原理与设计
第4章开关量信号的输入输出
智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出第四章开关信号的输入/输出1．开关和开关量信号的区别？开关是一种有二个可选择的、有固定位置的装置，主要用于向单片机输入电平信号。
开关量信号就是通过拨动开关的位置，使单片机得到的一个固定不变的电平信号。
在智能仪器中用于向单片机输入控制命令或数据，开关信号可以通过机械式开关、电子式开关、温度开关等方式产生。
2．开关量信号的特点是什么？只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状态的信号叫开关量信号，在智能仪器的电子电路中，通常用二进制数0和1来表示。
1智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出3．开关量信号的作用？开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联系部件，智能仪器通过接受来自外部设备的开关量输入号和向外部设备发送开关量信号，实现对外部设备状态的检测、识别和对外部执行元器件的驱动和控制。
4．常见电子开关都有哪些？常见电子开关有：扳键开关、BCD码拔盘开关、磁性开关、光敏器件开关（光电开关、光纤开关等）、温度超限开关。
5.电子开关的缺点是什么？如何解决该缺点？由于外部装置输入的开关量信号的形式一般是电压、电流和开关的触点，这些信号经常会产生瞬时高压、过电流或接触抖动等现象。
因此为使信号安全可靠，在输入到单片机之前必须接入信号输人电气接口电路，对外部的输入信号进行滤波、电平转换和隔离保护等。
2智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出外界的开关量信号在一般情况下可直接连入以单片机为核心的智能仪器中。
但当外界的开关量信号的电平幅度与单片机I／O端口的信号电平不相符时（由于这些电平信号功率有限，加上外界还存在各种干扰和影响），应在电平转换后(采用各种缓冲、放大、隔离和驱动电路等措施），再输入到单片机的I／O端口上。
34.1开关量信号的输入开关量信号和单片机的电气接口有TTL电平、CMOS 电平、非标准电平、开关或继电器的触点等，请说明TTL电平和CMOS电平的特征？4TTL电平（晶体管-晶体管逻辑电平）,通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。
智能仪器原理及设计教学设计
智能仪器原理及设计教学设计前言随着科技的不断发展，智能化已经成为现代制造业的趋势。
在这个背景下，智能仪器作为关键的工具，在检测、测量、实验等方面扮演着越来越重要的角色。
为此，本文将介绍智能仪器的原理及设计教学设计。
一、智能仪器原理智能仪器的核心是芯片，通过将芯片技术与检测技术相结合来实现智能化。
现代芯片技术的高度发展为我们提供了一种全新的思路。
芯片作为控制部分是智能仪器的核心，通过内部的程序实现对设备的控制和管理，同时也是设备数据采集、传输和处理的核心。
智能仪器的原理还牵涉到一些特殊的检测方法和技术，如红外线、紫外线、激光等。
这些检测方法和技术通常用于一些特殊的检测和测量领域，例如光学、材料、环保等。
此外，智能仪器的原理还包括中央处理器、传感器和信号处理器，它们共同构成了智能仪器的核心系统。
中央处理器负责控制系统的运行，传感器负责检测并采集样品的相关数据，而信号处理器则对采集得到的数据进行处理和分析。
二、智能仪器设计在智能仪器的设计中，首先要考虑的是设备的制造材料。
制造材料的选取直接影响到设备的质量、使用寿命和处理效率。
通常情况下，智能仪器的制造材料包括金属、陶瓷、塑料和玻璃等。
其次，需要考虑的是智能仪器的功能需求。
智能仪器的功能设计应当围绕着样品的测量对象和测量对象的物理特性等进行考虑。
在此基础上进行关键部件的选择，包括芯片、传感器和信号处理器等。
最后，需要考虑的是智能仪器的软件设计。
软件设计的重点包括控制指令的设计、控制模式的选用、编码技术的应用等。
在软件设计过程中，需要根据设备的功能需求和硬件设计进行相应的编程和测试。
三、智能仪器原理及设计教学设计在智能仪器原理及设计的教学设计中，需要将理论和实践相结合。
理论部分应包括智能仪器的原理、发展历程、重要技术和应用领域等；实践部分则应包括智能仪器的制造材料、关键部件的选择、软件设计等。
另外，在教学过程中还应注意以下几点：1.突出基础理论。
智能仪器原理及设计的授课应以基础理论为主，特别是芯片技术和传感器技术等。
智能仪器 第6章 总线与通讯系统
智能仪器原理与设计------第6章 总线和通信系统
测试仪器一般需要配置除控者功能(C)外的 其它9种功能，而输 出设备类的信号源、打印
机等就不需要配置控者功能(C)、讲者功能(T)、
源挂钩功能(SH)、服务请求功能(SR)、并行点 名功能(PP)。
接口功能通过接口消息来实现，接口消息
分为单线消息和多线消息。3根挂钩线和5根接 口管理线用来传送单线接口消息，而多线消息
串行通信按照数据流的传送方式可以分为 单工、半双工和全双工，见图6-2。 (1) 单工通信：如图6-2(a)所示，在单工 通信方式中，信号只能在单一通信信道上向同 一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传 送方向。 (2) 半双工通信：如图6-2(b)所示，在半 双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须 交替进行，同一个时刻只能向一个方向传送数 据。
逻辑地 线和屏 蔽线
8
地线和屏蔽线
智能仪器原理与设计------第6章 总线和通信系统
3.三线挂钩原理
图6-3 三线挂钩时序图
智能仪器原理与设计------第6章 总线和通信系统
当控者已经将讲者和若干听者安排就绪后，通信过程如下： ①听者使NRFD为高电平(逻辑0)，表示已经准备就绪，可以接 收数据。 ②讲者检测到NRFD为高电平(逻辑0)后，将数据放到数据线 (DIO1一DIO8)上，并将DAV设置为低电平，表示数据线上的数 据有效。 ③听者检测到DAV为低电平后，首先将NRFD设置为低电平， 表示开始接收数据。 ④听者在读取数据并妥善保存好数据的过程中，一直将NDAC 维持低电平，直到数据收过程结束，才使NDAC为高电平。 ⑤讲者检测到NDAC为高电平后，得知全部听者已经可靠接收 到本次数据，便将DAV设置为高电平，表示数据线上的数据已经 完成任务，不再有效。 ⑥听者检测到DAV为高电平后，得知讲者已经收到收条，本次 收条的任务已经完成，便将NDAC设置为低电平，使收条作废， 然 后 将 NRFD 设 置 为 高 电 平 ， 准 备 接 收 下 一 字 节 的 数 据 。
智能仪器的设计与实现技术研究
智能仪器的设计与实现技术研究在当今科技飞速发展的时代，智能仪器已经成为了各个领域不可或缺的重要工具。
从工业生产中的质量检测，到医疗领域的疾病诊断，再到科研实验中的数据采集与分析，智能仪器以其高效、精确和智能化的特点，为人们的工作和生活带来了极大的便利。
那么，智能仪器是如何设计与实现的呢？这背后涉及到一系列复杂的技术和原理。
智能仪器的设计首先要明确其应用场景和功能需求。
例如，在工业自动化领域，可能需要一款能够实时监测生产线上温度、压力、流量等参数的智能仪器，并且能够在参数异常时及时发出警报；而在医疗领域，可能需要一款便携式的智能血糖仪，能够快速、准确地测量血糖值，并将数据传输到手机 APP 上供患者和医生查看。
因此，在设计之前，必须对用户的需求进行深入的调研和分析，以确定智能仪器的性能指标、测量范围、精度要求、操作方式等。
确定了需求之后，接下来就是硬件设计。
硬件是智能仪器的物理基础，其性能直接影响着仪器的稳定性和可靠性。
传感器是智能仪器获取外界信息的“眼睛”，它负责将各种物理量（如温度、压力、光强等）转换为电信号。
例如，温度传感器可以采用热电偶、热电阻或半导体温度传感器，根据测量范围和精度要求进行选择。
信号调理电路则对传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、线性化等处理，使其能够被后续的 ADC（模数转换器）准确转换为数字信号。
微控制器（MCU）是智能仪器的“大脑”，它负责控制整个仪器的运行。
常见的微控制器有单片机、ARM 处理器等。
在选择微控制器时，需要考虑其运算速度、存储容量、接口资源等因素。
此外，还需要为智能仪器配备合适的电源电路、通信接口（如USB、蓝牙、WiFi 等）、显示模块（如液晶显示屏、LED 数码管等）以及按键等输入设备。
软件设计是智能仪器实现智能化的关键。
软件通常包括底层驱动程序、操作系统（如果需要）和应用程序。
底层驱动程序负责与硬件进行通信，实现对传感器、ADC、通信接口等的控制和数据读取。
《智能仪器仪表》课件
空气质量监测
01
智能仪器仪表可以实时监测空气质量，为环境保护部门和公众
提供准确的数据。
水质监测
Байду номын сангаас
02
通过智能仪器仪表，可以检测水体的各种参数，如pH值、浊度
、溶解氧等，确保水质安全。
气象监测
03
智能仪器仪表在气象监测中发挥着重要作用，如风速、风向、
温度、湿度等参数的监测。
05
智能仪器仪表的未来展望与挑战
1 2
医疗诊断设备
智能仪器仪表广泛应用于医疗诊断设备中，如心 电图机、血压计等，提高诊断准确率。
病人监护系统
通过智能仪器仪表，可以实时监测病人的生理参 数，为医护人员提供及时准确的病人信息。
3
医疗影像设备
智能仪器仪表在医疗影像设备中发挥着重要作用 ，如CT、MRI等设备中的图像处理和数据分析。
环境监测领域的应用
总结词
随着智能仪器仪表的普及，安全与隐私保护成为亟待解决的问题，需要加强数据 加密、访问控制和安全审计等方面的措施。
详细描述
由于智能仪器仪表通常需要收集和处理大量敏感数据，因此需要采用强大的加密 技术和访问控制机制来保护数据安全。同时，应加强安全审计和监控，及时发现 和应对潜在的安全威胁。
成本与普及率的考量
04
智能仪器仪表的实际应用案例
工业自动化领域的应用
自动化生产控制
智能仪器仪表在工业自动 化领域中主要用于实时监 测和控制生产流程，确保 产品质量和生产效率。
智能传感器
通过智能传感器，可以实 时监测机器的运行状态， 预测潜在故障，并及时采 取措施，减少停机时间。
数据集成与分析
智能仪器仪表能够收集大 量生产数据，通过数据分 析，帮助企业优化生产流 程，降低成本。
智能仪器原理与设计教学大纲
智能仪器原理与设计教学大纲《智能仪器原理与设计》教学大纲课程代码：31040180学位课程/非学位课程：非学位课程学时/学分：46/3（其中实验8学时）先修课程：《电子技术基础》、《传感器原理与应用》、《微机原理与接口技术》适用专业：电子信息工程专业课程简介：本课程是电子信息工程专业的主干专业课。
本课程介绍智能仪器的特点、技术标准、发展概况、基本构成和先进控制技术。
本课程还着重介绍了智能仪器的设计思想和设计方法。
一、教学目标1、知识水平教学目标掌握智能仪器的输入输出通道及接口技术、常用组件的原理及性能指标；理解智能控制系统误差的形成原理及自动校准和自诊断技术、基本抗干扰技术；2、能力培养目标在学习电子技术基础，传感器原理及微机原理等技术基础课程的基础上，了解智能仪器的概念及其设计内容，学会利用单片机设计智能仪器的各种功能模块，了解每个环节上的抗干扰措施。
以便今后能从事智能仪器的设计、研发工作。
3、素质培养目标（1）求实精神：通过本课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。
（2）创新意识：通过学习，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。
二、教学重点与难点1、教学重点：掌握智能仪器的输入输出通道及接口技术、常用组件的原理及性能指标；理解智能控制系统误差的形成原理及自动校准和自诊断技术、基本抗干扰技术；了解智能仪器设计的基本原则、步骤；了解智能控制系统的控制软件的基本结构及设计方法、硬件的基本构成及设计方法以及系统的调试方法。
2、教学难点：智能仪器中的抗干扰技术以及智能仪器系统的设计思想。
三、教学方法与手段四、教学内容、学习目标与学时分配教学内容教学目标课时分配（38学时）1导论了解22智能仪器模拟量输入/输出通道82.1模拟量输入通道掌握22.2高速模拟量输入通道掌握22.3模拟量输出通道掌握22.4数据采集系统掌握23智能仪器人机接口83.1键盘与接口掌握23.2LED显示及接口掌握23.3键盘/LED显示器接口设计掌握23.4CRT显示及接口了解13.5微型打印机及接口掌握14智能仪器通信接口84.1GPIB通用接口总线掌握24.2GPIB接口电路的设计掌握24.3串行通信总线掌握24.4串行通信接口电路的设计掌握25智能仪器典型处理功能65.1硬件故障的自检掌握25.2自动测量功能掌握25.3仪器测量精度的提高掌握15.4干扰与数字滤波掌握16电压测量为主的智能仪器66.1智能化DVM原理掌握26.2智能化DMM原理掌握26.3智能化RLC测量仪原理掌握2实验项目与学时分配表注：实验类型代码为1—演示性；2—验证性；3—综合性；4—设计研究；5—其它五、作业要求1、课外作业：布置与授课知识点相关课后习题2、阅读与自学：自学各种智能仪器的实用电路六、考核方式与考试范围1、考核方式：考试2、考试范围：全部教学内容1、教材。
智能仪器原理及应用的认知和理解
智能仪器原理及应用的认知和理解1. 引言智能仪器是一种利用人工智能技术来实现数据分析、自动化控制和智能决策的仪器设备。
随着人工智能技术的不断进步和应用，智能仪器在各个领域的应用越来越广泛。
本文将介绍智能仪器的原理和应用，并对其进行认知和理解。
2. 智能仪器的原理智能仪器的原理主要包括数据采集、数据处理和智能决策三个方面。
2.1 数据采集智能仪器通过传感器等设备对所监测对象的数据进行采集。
传感器可以是温度传感器、压力传感器、光传感器等，用于感知环境中的各种物理量。
采集到的数据可以是数字信号或模拟信号。
2.2 数据处理采集到的数据需要经过处理才能得到有用的信息。
智能仪器使用各种数据处理算法对采集到的数据进行分析、处理和筛选，提取出其中的特征和规律。
数据处理可以包括数据滤波、数据降噪、数据压缩等。
2.3 智能决策根据经过处理的数据，智能仪器可以进行智能决策。
智能决策是指基于数据分析和算法模型，对采集到的数据进行判断、预测和控制。
智能仪器根据预设的算法和规则，对采集到的数据进行评估和决策，并输出相应的结果或指令。
3. 智能仪器的应用领域智能仪器在各个领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域。
3.1 工业自动化智能仪器在工业生产过程中的自动化控制和监测中起到了重要的作用。
通过对工业设备的监测和控制，可以实现生产过程的自动化和优化。
3.2 医疗健康智能仪器在医疗健康领域的应用也越来越广泛。
通过监测患者的生理参数，如心率、血压等，可以实现对患者的实时监测和智能预警。
3.3 环境监测智能仪器在环境监测领域的应用可以帮助人们了解环境质量和资源利用情况。
通过对大气、水质、噪音等环境参数的监测，可以及时预警和采取相应的措施。
3.4 交通运输智能仪器在交通运输领域的应用可以提高交通流量的效率和安全。
通过对交通信号、车流量等数据的实时监测和智能控制，可以优化交通运输系统的运行。
4. 智能仪器的优势和局限性智能仪器具有许多优势，但同时也存在一些局限性。
智能仪器原理与设计课后答案
智能仪器原理与设计课后答案【篇一：《智能仪器设计》复习题及答案】>答：智能仪器有以下特点：（1）自动校正零点、满度和切换量程（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。
2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。
答：智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。
智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。
3、在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个i/o端口？答：在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用p0和p2口。
4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？答：因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的为片外程序存储器的读选通信号，而和为片外数据存储器的读和写选通信号。
5、mcs-51有哪些中断源？它们各自的中断服务程序入口地址是什么？答：mcs-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。
它们各自的中断服务程序入口地址见下表。
6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？答：首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。
7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。
答：模拟量输入通道有单通道和多通道之分。
多通道的结构通常又可以分为两种：（1）每个通道有独自的放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于高速数据采集系统。
（2）多路通道共享放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。
智能仪器实验实验报告
一、实验目的1. 了解智能仪器的原理和功能。
2. 掌握智能仪器的操作方法和使用技巧。
3. 学会使用智能仪器进行实验数据的采集和处理。
4. 提高实验技能和创新能力。
二、实验原理智能仪器是一种集传感器、微处理器、执行器和通信接口于一体的智能化设备。
它能够自动检测、测量、处理和传输信息，实现对各种物理量、化学量、生物量等参数的实时监测和智能控制。
本实验主要介绍智能仪器的原理、操作方法和应用。
三、实验仪器与设备1. 智能仪器：温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声波传感器等。
2. 信号采集与处理系统：数据采集卡、计算机等。
3. 电源：直流稳压电源。
4. 其他辅助设备：导线、连接器、实验台等。
四、实验步骤1. 实验准备（1）将智能仪器按照实验要求连接到信号采集与处理系统。
（2）检查电源电压，确保仪器正常工作。
（3）熟悉实验仪器的操作方法和注意事项。
2. 实验操作（1）打开信号采集与处理系统，设置采样频率、采样点数等参数。
（2）启动智能仪器，开始采集实验数据。
（3）观察实验数据的变化，分析实验现象。
（4）根据实验需求，调整智能仪器的参数，进行多次实验。
3. 数据处理（1）将采集到的实验数据导入计算机，进行初步分析。
（2）使用统计软件对实验数据进行处理，求取平均值、方差等统计量。
（3）绘制实验数据的图表，分析实验结果。
4. 实验总结（1）对实验过程进行总结，记录实验数据。
（2）分析实验结果，得出结论。
（3）提出改进意见，为后续实验提供参考。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）通过实验，我们成功采集了温度、湿度、光照和声波等实验数据。
（2）实验数据经过处理，得到了相应的统计量。
（3）绘制了实验数据的图表，直观地展示了实验结果。
2. 实验分析（1）温度、湿度、光照和声波等参数的变化对实验结果有一定影响。
（2）通过调整智能仪器的参数，可以实现对实验数据的精确采集。
（3）实验数据表明，智能仪器在实验过程中具有较好的稳定性和可靠性。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基本系统设计原理与要求
第2章 智能仪器基本系统的设计
EPROM
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程 ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能 写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在 其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口， 可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯 片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到 EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程 器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压 （VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。
自动测试技术自动测试技术智 智能仪器基本系统的设计
EEPROM
EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是可用户更 改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的 作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片， EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个 EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编 程的。EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常 是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
第2章 智能仪器基本系统的设计 EPROM的型号是以27开头的，包括低功耗的 COMS 器件 27Cxxx，如：27C32、27C64、27C128、27C512 。 如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。 EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布 把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部 的每一个存储单元的数据都为1（高电平）。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
智能化仪器原理及应用(第三版)课件：智能型温度测量仪
智能型温度测量仪
在RAM区中还开辟了4个通用工作寄存区， 共有32个通 用寄存器， 可以适用于多种中断或子程序嵌套的情况。 在MCS-51系列单片机内部， 还有1个由直接可寻址位组 成的布尔处理机， 即位处理机。 指令系统中的位处理指 令专用于对布尔处理机的各位进行布尔处理， 特别适用 于位线控制和解决各种逻辑问题。
智能型温度测量仪
MCS-51 简化结构框图与逻辑符号如图4-3所示。
XTAL1、 XTAL2： 内部振荡电路的输入/ RESET：
EA ： 内外程序存储器选择端。 当 EA 为高电平时， 访问内部程序存储器； 当 EA 保持低电平时， 只访问外部 程序存储器， 不管是否有内部存储器。
智能型温度测量仪
P2.０相连。 存储器和8155的控制信号线分别与8031的相应端
相接， 从而可实现各种器件的读写操作。
智能型温度测量仪
4.2.2
温度是一个很重要的物理参数， 也是一个非电量， 自然界中任何物理化学过程都紧密地与温度相联系。 在 很多产品的生产过程中， 温度的测量与控制都直接和产 品质量、 生产效率、 节约能源以及安全生产等重要经济 技术指标相联系。 因此， 温度的测量是一个具有重要意 义的技术领域， 在国民经济各个领域中都受到相当的重 视。
智能型温度测量仪
与此同时， 将数据显示和打印出来； 也可将输出的开关 量经D/A 转换成模拟量输出， 或者利用串、 并行标准接 口实现数据通信。 整机工作过程是在系统软件控制下进 行的。 工作程序编制好后写入只读存储器中， 通过键盘 可将必要的参数和命令存入读/写存储器中。
智能型温度测量仪 图 4-2 智能型温度测量仪的工作流程
智能型温度测量仪
智能化仪器原理及应用
智能仪器原理与设计课后答案
智能仪器原理与设计课后答案【篇一：《智能仪器设计》复习题及答案】>答：智能仪器有以下特点：（1）自动校正零点、满度和切换量程（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。
2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。
答：智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。
智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。
3、在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个i/o端口？答：在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用p0和p2口。
4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？答：因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的为片外程序存储器的读选通信号，而和为片外数据存储器的读和写选通信号。
5、mcs-51有哪些中断源？它们各自的中断服务程序入口地址是什么？答：mcs-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。
它们各自的中断服务程序入口地址见下表。
6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？答：首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。
7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。
答：模拟量输入通道有单通道和多通道之分。
多通道的结构通常又可以分为两种：（1）每个通道有独自的放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于高速数据采集系统。
（2）多路通道共享放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。
智能仪器原理与设计-采样保持器和模拟多路开关
从发出保持命令开始到采样/保持器输出达到保持终值（在确定的
一个n位二进制数共有2n个离散值，定义基本度量单
位 Q = VFS / 2n 。 模拟量的量化就是算出模拟量Vin用多少个Q表示，即
D=rnd（Vin/Q）
注：函数“rnd”表示对括弧中的项取整到最接近的整数（用n位二进制数表示）。
量化过程的输入输出关系
图中特性曲线呈阶梯状，每个台阶的宽度称为量化带。输入模拟量的 幅度在DQ与(D+1)Q之间时，输出都以D表示。显然，这是以有限的量 化值代替无限数目的模拟量的过程，因此，必然存在量化误差。由图
1.低速ADC（≥1ms） 2.中速ADC（1ms～10µs） 3.高速ADC（10µs～1µs） 4.超高速ADC（<1µs）
ADC的发展是在三个方面进行的。
一是专攻速度，牺牲一些精度指标。例如，速度已达 1000MHz的超高速ADC的分辨率只有8位，实际应用时的 有效精度只有6～7位。
二是专攻精度。24位的ADSl210/1211在保证精度下工作， 转换速度仅为10Hz，这是由于校正、滤波要花费大量的时 间，特别是滤波，需要有很多个周期数据才能完成。
3.5.2.4 量化噪声和有效分辨率 该部分内容请同学自学
3.5.3 ADC的种类及特点
分类方法 按器件工艺结构
类型
1.组件型ADC 2.混合（集成）电路型ADC 3单片式ADC （1）双极型；（2）MOS型；（3）双极MOS型
智能仪器原理及应用教学设计
智能仪器原理及应用教学设计1. 引言随着科技的发展，智能仪器已经被广泛应用于工业、医学、能源等领域，并成为现代生产、科研中不可替代的重要工具。
智能仪器不仅可以提高生产效率，减少人力浪费，更可以提高检测精度，确保产品质量。
因此，掌握智能仪器原理及应用已成为现代科技人才必备技能之一。
而智能仪器原理及应用教学设计，就是为了让学生更好地掌握智能仪器原理及应用，从而更好地适应未来的科技发展。
2. 教学目标本教学设计旨在让学生掌握智能仪器的原理、体系结构、应用等基本知识，以及相关软件的使用方法，培养学生的工程实践能力和创新意识，使其能够适应未来的科技发展，具备较好的应用能力。
3. 教学内容1.智能仪器基本概念–仪器的概念–智能仪器的定义及特点2.智能仪器的体系结构–测量系统的组成–智能传感器的原理及应用–智能执行器的原理及应用3.智能仪器的工作原理–信号处理原理–控制原理4.智能仪器的应用与发展–智能仪器在工业上的应用–智能仪器在医学上的应用–智能仪器在能源上的应用5.相关软件的使用方法–Matlab的基本操作–LabVIEW的基本操作–Python的基本操作4. 教学方法1.课堂讲授：通过讲解基本理论及实际应用案例，传授智能仪器的基本概念、体系结构、工作原理、应用等相关知识。
2.实验操作：通过实际操作智能仪器及相关软件，让学生对仪器的工作原理有更深入的了解，同时培养学生的实践能力。
3.讨论交流：在课堂上组织学生进行讨论及交流，引导学生自主思考，提高学生的创新意识。
4.课堂练习：通过课堂练习，检验学生对课程内容的掌握情况，提高学生的学习积极性。
5. 教学评估针对本课程的教学评估，将分为以下三个方面：1.学生课前管理情况评估：通过查看学生的课前学习情况，了解学生对课程内容的掌握程度。
2.学生日常表现评估：通过学生的实验操作、课堂讨论、课堂练习等进行评估，了解学生的学习态度、学习效果等。
3.学生成果评估：通过学生独立完成实验报告等进行评估，了解学生的实践能力和掌握情况。
智能仪器设计实例
读时序
写时序
3.4 波形数据存取电路 采用RAM作为波形存储器是最方便的。波形存储器用来存储波形的量化 数据。512K×8的高速CMOS静态RAM,一片存储高8位数据，另一片存 储低8位数据，地址线共用。该存储器功耗低，单电源供电，读写时序 简单，易于程序控制。
波形数据存取电路
3.5 DA转换电路
四、整体方案设计及工作原理
1、整体设计方案：
采用虚拟仪器技术、直接数字合成技术和计算机技术设计并研制低成本、高精度、人机界面友好的函数信号发生器。此方案硬件实现电路简单，电路中省去了单片机、液晶显示以及按钮等，节省仪器成本。
四、整体方案设计及工作原理
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
根据公式1，正弦波在一个周期内的采样点值是： 再将f(i)按DAC的比特数取整，从而得到： 式中：n—数模转换器DAC的位数，n=16，INT— 取整函数 每个周期共有N个点， 式中：fosc是时钟发生器频率，fout是输出波形频率，由用户设定，是已知量。
五、波形数据的获取
双极性工作方式
五、波形数据的获取
DA转换电路
3.6 DAC的基准电源电路
智能化仪器的设计与开发研究
智能化仪器的设计与开发研究在当今科技飞速发展的时代，智能化仪器已经成为各个领域不可或缺的重要工具。
从医疗保健到工业生产，从环境监测到科学研究，智能化仪器以其高效、精准和便捷的特点，为我们的生活和工作带来了巨大的改变。
本文将深入探讨智能化仪器的设计与开发，包括其基本原理、关键技术以及未来的发展趋势。
一、智能化仪器的基本概念智能化仪器是指将计算机技术、传感器技术、通信技术等多种先进技术融合在一起，能够自动采集、处理、分析和传输数据的仪器设备。
与传统仪器相比，智能化仪器具有更高的精度、更强的适应性和更便捷的操作方式。
它能够根据不同的测量任务自动调整测量参数，对测量数据进行实时处理和分析，并通过网络将数据传输到远程终端，实现远程监控和管理。
二、智能化仪器的设计原则1、准确性原则准确性是智能化仪器设计的首要原则。
仪器的测量结果必须准确可靠，能够满足实际应用的要求。
为了保证准确性，在设计过程中需要选择高精度的传感器、优化测量电路、采用先进的信号处理算法等。
2、可靠性原则可靠性是智能化仪器长期稳定运行的保障。
仪器应具备良好的抗干扰能力，能够在恶劣的环境条件下正常工作。
同时，仪器的硬件和软件应经过严格的测试和验证，确保其稳定性和可靠性。
3、便捷性原则便捷性是提高用户体验的关键。
智能化仪器应具有简洁直观的操作界面，方便用户进行操作和设置。
此外，仪器的维护和维修也应简单便捷，降低使用成本。
4、开放性原则开放性是指智能化仪器应具备良好的兼容性和扩展性。
能够与其他设备进行无缝连接，方便数据共享和系统集成。
同时，仪器的软件和硬件应支持升级和扩展，以满足不断变化的需求。
三、智能化仪器的关键技术1、传感器技术传感器是智能化仪器的核心部件，它负责将物理量、化学量等转换成电信号。
目前，各种新型传感器不断涌现，如微机电系统（MEMS）传感器、光纤传感器、生物传感器等，这些传感器具有体积小、精度高、响应快等优点，为智能化仪器的发展提供了有力支持。
智能仪器设计实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过设计和搭建一个基于嵌入式技术的智能仪器，了解智能仪器的整体设计流程，掌握嵌入式系统硬件和软件的设计方法，提高动手实践能力，并加深对嵌入式系统原理的理解。
二、实验原理智能仪器是一种集测量、计算、显示和通信等功能于一体的自动化设备。
本实验所设计的智能仪器以嵌入式系统为核心，结合传感器、执行器等外围模块，实现数据的采集、处理、显示和传输等功能。
三、实验器材1. 嵌入式开发板：STM32F103C8T6核心板2. 传感器：温度传感器、湿度传感器3. 执行器：继电器4. 显示屏：LCD16025. 电源模块6. 连接线、焊接工具等四、实验步骤1. 系统设计根据实验要求，设计智能仪器的硬件和软件架构。
硬件部分包括微控制器、传感器、执行器、显示屏等；软件部分包括数据采集、处理、显示和通信等模块。
2. 硬件搭建（1）根据设计图纸，将微控制器、传感器、执行器、显示屏等模块焊接在开发板上。
（2）连接传感器和执行器，确保其正确连接。
（3）连接显示屏，设置合适的参数。
3. 软件编程（1）编写数据采集模块，实现温度、湿度等数据的采集。
（2）编写数据处理模块，对采集到的数据进行处理，如滤波、转换等。
（3）编写显示模块，将处理后的数据显示在LCD1602屏幕上。
（4）编写通信模块，实现数据传输功能。
4. 系统调试（1）检查硬件连接，确保各模块正常工作。
（2）调试软件程序，观察数据采集、处理、显示和通信等模块是否正常。
（3）根据实验要求，调整系统参数，确保系统稳定运行。
五、实验结果与分析1. 硬件搭建经过硬件搭建，智能仪器各模块连接正常，能够实现数据采集、处理、显示和通信等功能。
2. 软件编程通过软件编程，实现了数据采集、处理、显示和通信等功能。
实验结果显示，采集到的数据准确可靠，处理后的数据显示在LCD1602屏幕上清晰易懂。
3. 系统调试经过调试，智能仪器能够稳定运行，实现了预期的功能。
在实验过程中，对系统参数进行了调整，确保了系统的稳定性。
第二章智能仪器仪表设计
五、智能抢答器设计（单片机） 1. 键盘电路设计（AT89S51） 智能抢答器设计（单片机） 键盘电路设计（AT89S51）
键盘电路1设计 （1）.键盘电路 设计 ） 键盘电路 键盘输入-查询 键盘输入 查询 复位电路 时钟电路 ROM电路 电路
原理设计？ 原理设计？ 参数选择？ 参数选择？
参照/自行 参照 自行 经验/计算 经验 计算
....
二、智力抢答器设计
3.方案论证 3.方案论证 智能抢答器：采用单片机完成抢答器设计，特点是显示清晰、 （3）智能抢答器：采用单片机完成抢答器设计，特点是显示清晰、 操作方便、检测精度高、定时精确和智能性强。 操作方便、检测精度高、定时精确和智能性强。
输入按键1 输入按键1 输入按键2 输入按键2 数码显示1 数码显示1
5V 0V
K1 K8 K16
接收状态。 可扩展并入串出键盘接口（ 利用串行口方式 0 接收状态。 可扩展并入串出键盘接口（K1-K16) 74LS165为并入串出芯片，P1.0移位和置位控制端。 为并入串出芯片， 移位和置位控制端。 为并入串出芯片 移位和置位控制端
五、智能抢答器设计（单片机） 1. 键盘电路设计（AT89S51） 智能抢答器设计（单片机） 键盘电路设计（AT89S51）
二、智力抢答器设计
3.方案论证 3.方案论证 （1）模拟抢答器：采用模拟电路完成抢答器设计，特点是电路简单、 ）模拟抢答器：采用模拟电路完成抢答器设计，特点是电路简单、 操作方便，但检测精度差、定时不够精确。 操作方便，但检测精度差、定时不够精确。
输入按钮1 输入按钮1 输入按钮2 输入按钮2
输出显示1 输出显示1
晶闸管
■
叙述抢答电路工作原理并说明电路各个元件作用。 叙述抢答电路工作原理并说明电路各个元件作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《智能仪器原理与设计》课程教学大纲课程编码：课程类型：专业课总学时：54 学分：3第一部分相关说明一、课程的性质和任务课程的性质：《智能仪器原理与设计》是电子工程本科专业必修的专业基础课程之一。
智能仪器在通信、家电、自动控制、仪器仪表中得到了广泛的应用。
通过本课程的学习，使学生掌握利用微处理器系统使电子仪器实现智能化的具体方法，包括硬件和软件两个方面。
课程的任务：使学生掌握智能仪器的基本工作原理，具备智能仪器的初步应用能力，为将来从事智能仪器的工作打下坚实的基础。
智能仪器课程侧重讨论智能仪器实际设计过程中所涉及的具体方法与技巧。
旨在使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。
本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程，软件与硬件必须同时兼顾。
二、课程的基本要求本课程主要研究智能仪器的基本原理与基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。
通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求：1、对智能仪器各组成单元的基本工作原理、性能指标以及它们在整机中的作用形成明确的认识。
2、掌握这些单元电路的分析、计算和设计方法，以及实验操作技能。
三、教学方法与重点、难点教学方法：针对本课程学时少，内容多，技术发展快，实践性强等的特点，应采取探讨式和启发式教学；教学过程以课堂为主。
重点：人机接口电路、通信接口电路和软件编程。
难点：智能仪器的应用。
四、本课程与相关课程的联系学习本课程主要涉及模拟电子技术、数字电子技术以及微机原理课程中有关接口和汇编程序、微机控制方法等方面的有关知识。
因此，应当尽可能地在先修《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理》和《微机接口技术》，《单片机原理与应用》等课程，为有关智能仪器系统设计方面的课题打下必要的基础，是该专业学生的毕业前的综合性设计课程。
五、学时分配总学时：54学时，其中理论教学时数为36学时，实验教学时数为18学时。
六、考核方式1、考核方式：笔试（闭卷）2、成绩评定：平时成绩（测验及作业等）占×30%，期末考试成绩占×70%。
七、教材与参考书1、使用教材：赵茂泰主编《智能仪器原理及应用》（第三版），电子工业出版社，2010.2。
2、主要参考书：（1）张大彪等主编《电子测量技术与仪器》，电子工业出版社，2010.11第一版第二部分课程内容第一章导论（4学时)一、本章的教学目的和要求了解智能仪器及测试系统的发展；掌握智能仪器的设计要点；熟悉智能仪器的组成及特点。
教学重点是智能仪器的组成及特点、智能仪器的设计要点。
教学难点是智能仪器的设计。
二、教学内容1、智能仪器的组成及特点2、智能仪器及测试系统的发展3、智能仪器设计的要点第二章智能仪器模拟量输入/输出通道（6学时）一、本章的教学目的和要求了解A／D转换器概述，积分式A／D转换器与微处理器接口；掌握逐次比较式A／D转换器与微处理器接口，高速模拟量输入通道、模拟量输出通道；熟悉智能仪器模拟量输入输出通道的设计。
教学重点是积分式A／D转换器与微处理器接口，逐次比较式A／D转换器与微处理器接口。
教学难点是输入通道、输出通道的设计。
二、教学内容1、A／D转换器概述2、逐次比较式A／D转换器与微处理器接口3、积分式A／D转换器与微处理器接口4、高速模拟量输入通道；模拟量输出通道5、数据采集系统第三章智能仪器人机接口（4学时）一、本章的教学目的和要求了解键盘与接口，LED显示及接口；掌握微型打印机及接口；熟悉键盘/LED显示器接口设计，CRT显示及接口连接。
教学重点是键盘/LED显示器接口设计，CRT显示及接口。
教学难点是键盘/LED显示器接口设计。
二、教学内容1、键盘与接口，LED显示及接口2、键盘/LED显示器接口设计，CRT显示及接口3、微型打印机及接口第四章智能仪器通信接口（6学时）一、本章的教学目的和要求了解GPIB通用接口总线协议，串行通信总线协议；掌握GPIB接口电路的设计，串行通信接口电路的设计；熟悉串行通信接口电路的设计。
教学重点是GPIB接口电路的设计。
教学难点是串行通信接口电路的设计。
二、教学内容1、GPIB通用接口总线2、GPIB接口电路的设计3、串行通信总线术34、串行通信接口电路的设计5、【仪用放大器和滤波电路实验（训）】（1）实验（训）项目简介通过本实验，使学生能够根据被测对象或传感器输出信号的幅度大小、频率范围等特性，结合所设计仪器采集系统的技术指标，运用模拟电子技术、信号与系统等课程所学的有关知识，设计并实现仪用放大器和抗混叠滤波器。
（2）实验（训）目的选择合适的运算放大器和阻容器件实现所设计的电路，掌握电路调试方法和主要技术指标的测试，比较理论计算和实际电路达到指标的差异，分析其原因，提高对信号的滤波处理认识。
（3）实验（训）内容有源或无源RC滤波电路是常用的电路，本实验要求在仪用放大器的输出后，接二阶有源RC低通滤波器(压控电压源二阶滤波器)，要求截止频率为1kHHz，根据模拟电路理论初步确定R、C的值，并通过Multisim对设计的滤波器进行仿真，确定各个元件的参数。
（4）实验（训）方式与注意事项注意电压值的大小及电容的极性。
（5）实验（训）预期效果实现信号的放大及滤波的处理。
第五章智能仪器典型处理功能（8学时）一、本章的教学目的和要求了解硬件故障的自检和仪器测量精度的提高措施；掌握理解测量数据的标度变换；熟悉自动测量功能的设计。
教学重点是仪器测量精度的提高措施、自动测量功能实现设计。
教学难点是测量功能实现设计。
二、教学内容1、硬件故障的自检，自动测量功能2、仪器测量精度的提高3、干扰与数字滤波，测量数据的标度变换4、【键盘及LED显示实验（训）】（1）实验（训）项目简介通过该实验，掌握并提高智能仪器信号的处理及应用（2）实验（训）目的掌握信号的输入处理及输出信号的处理（3）实验（训）内容本实验采用4×4矩阵式键盘及4位八段数码显示。
电路如图1―1。
由单片机P0口分时送出段选码至74HC374（1）、位选码至74HC374（2）并经VLN2003反向驱动后，作LED 的位选信号。
位选信号同时也可作为键盘的列扫描码，键盘扫描的行数据从74HC245读回，74HC374输出的列扫描码经74HC245读入后，用来判断是否有键按下，以及按键所在位置。
如果没有键按下，由于上拉电阻的作用，经74HC245读回的值为高。
当有键按下时，74HC374输出的低电平经过该按键接到74HC245的端口上，这时从74HC245读回的数据就会有低电位，根据74HC374输出的列信号和74HC245读回的行信号，即可判断该按键的键号。
键盘和LED显示电路的地址译码由74LS02、74LS00担任。
当KEY/LED CS与实验系统的相应地址端CS0相连时，键盘行码地址为8001H、列码地址为8002H。
LED显示地址为8004H。
（4）实验（训）方式与注意事项熟练掌握管脚极性的处理及各芯片的选取。
（5）实验（训）预期效果实现输入信号的处理，并实现程序的应用。
第六章基于电压测量的智能仪器（4学时）一、本章的教学目的和要求了解智能化DVM原理；智能化DMM原理；智能化RLC 测量仪原理；掌握智能化DVM原理；智能化DMM原理；智能化RLC 测量仪原理；熟悉智能化DMM原理。
教学重点是智能化DVM原理；智能化DMM原理；智能化RLC 测量仪原理。
教学难点是电压测量的智能仪器的应用。
二、教学内容1、智能化DVM原理2、智能化DMM原理3、智能化RLC 测量仪原理第七章信号发生器（8学时）一、本章的教学目的和要求了解信号发生器；掌握锁相频率合成信号发生器，直接数字频率合成信号发生器；熟悉信号发生器及其应用。
教学重点是锁相频率合成信号发生器，直接数字频率合成信号发生器。
教学难点是信号发生器的应用。
二、教学内容1、信号发生器概述2、锁相频率合成信号发生器53、直接数字频率合成信号发生器及其应用4、【D/A转换实验（训）】（1）实验（训）项目简介通过该实验，加强对模数转换模块的认识及其掌握，提高对输出信号的应用能力。
（2）实验（训）目的智能仪器的输出通道主要任务是将数字信号转换成模拟信号。
（3）实验（训）内容由微处理器8031控制DAC0832进行模数转换，转换后的信号经运算放大器将模拟电流转换成模拟电压输出；利用按键可以控制D/A转换的启停。
（4）实验（训）方式与注意事项注意8031和DAC0832芯片的管脚功能。
（5）实验（训）预期效果能正确输出理想的信号，实现负载的驱动。
第八章智能电子计数器（8学时）一、本章的教学目的和要求了解典型智能计数器产品；掌握典型智能计数器的组成；熟悉智能电子计数器的设计。
教学重点是典型部件的分析。
教学难点是智能电子计数器的设计。
二、教学内容1、电子计数器测量原理2、典型部件的分析3、智能电子计数器的设计4、典型智能计数器产品介绍5、【智能频率计实验（训）】（1）实验（训）项目简介该实验是一个综合性类实验，涉及电子测量技术，单片机语言及智能输入信号的处理等知识的应用，实现学生的一次综合的掌握体现，提高学生的应用分析能力。
（2）实验（训）目的了解智能频率计的工作原理；掌握用单片机进行频率测量的编程方法。
（3）实验（训）内容利用8031定时器1产生定时时间，即门控信号，在门控信号作用期间，8031定时器O 对输入的脉冲进行计数，并进行数据处理后，送LED进行显示；LED/KEY模块用于频率测量的功能设置及结果显示。
（4）实验（训）方式与注意事项对输入信号进行窄脉冲的处理，注意选择脉冲开通流过的时间。
（5）实验（训）预期效果在单位时间内，通过主门的脉冲个数，实现信号的计数功能的转换。
6、【基于单片机的智能仪器综合设计-8255A控制交通信号灯实验（训）】（1）实验（训）项目简介该实验是一个综合性设计实验，主要应用单片机语言及智能输入信号的处理等知识，提高学生的应用分析动手能力，提高学生的技能水平。
（2）实验（训）目的了解智能仪器的整体设计；掌握用单片机进行信号灯控制的编程方法。
（3）实验（训）内容编写A/D及D/A转换的程序并进行调试，以8255A控制交通信号灯为测量对象，设计检测电路和信号调理电路，编写标度变换程序并进行调试（4）实验（训）方式与注意事项对计时的处理，注意选择开关的切换。
（5）实验（训）预期效果在仿真软件中必须实现通过。
第九章数字示波器（6学时）一、本章的教学目的和要求了解数字示波器的组成；掌握数字示波器的组成及其原理；熟悉智能电子计数器的设计。
教学重点是数字示波器的组成及原理。
教学难点是数字示波器的设计。