智能仪器原理与设计

《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

3

4、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