智能仪器设计总复习

1.什么是智能仪器？它有什么特点？答：以微处理器为核心,将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定的智能作用。

测量范围宽、精度高、稳定性好。智能仪器一般均配有GP-IB（或RS-232C、RS-485）等通信接口，可跟另外的智能仪器组成智能仪器系统。2.按智能仪器的结构可将智能仪器分为哪两类？

答：微机内嵌（内藏）式和微机扩展式

3.什么叫做微机内嵌式智能仪器？什么叫做微机扩展式智能仪器？

答：将微机作为核心部件嵌入到智能仪器中，仪器包含一个或多个微机，属于嵌入式系统。利用微机强大的功能完成信号调理、A/D转换、数字处理、数据存储、显示、打印、通信等各项任务。将原智能仪器中测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡,插入到PC 机的总线插槽或扩展槽内，而原有智能仪器所需的键盘、显示器以及存储卡等均能借助于PC机资源（也就是利用微机的硬件、软件资源完成数据分析和显示）给使用者的感觉是一个微机系统。

4.什么叫做个人仪器？其组成方式怎样？

答：个人仪器（Personal Computer Instrumen t，PCI）亦称PC仪器，是以个人计算机为基础的仪器，其组成方法是，将原独立式智能仪器中的测量部分制作成仪器卡，插入PC的总线插槽，而原独立式智能仪器所需的键盘、显示器及存储器等均借助于PC的资源。5.分时集中采集的缺点是什么？怎样克服这样的缺点？

答：多路开关分时切换，轮流选通，相邻两路信号在时间上是依次被采集，不能获得同一时刻的数据，会产生时间偏斜误差。尽管这种时间偏差很短，但也不能满足同步采集测试的需要。

同步采集6.什么是虚拟仪器？它能实现什么功

能？

答：虚拟仪器是指在计算机为核心的硬

件平台上，由用户定义功能，具有虚拟

面板，其测试功能由测试软件实现的一

种计算机仪器系统。

虚拟仪器的三大功能为数据采集、

数据分析处理、显示结果

7.什么是网络化仪器？

答：在智能仪器中将TCP/IP协议等作

为一种嵌入式应用，使测量过程中的控

制指令和测量数据以TCP/IP方式传

送，使智能仪器可以接入Internet,构

成分布式远程测控系统。

8.网络化仪器的体系结构包括什么？

答：网络化仪器包括基于计算机总线技

术的分布式测控仪器、基于

Internet/Intranet的虚拟仪器、嵌入

式Internet的网络化仪器、基于

IEEE1451标准的智能传感系统以及基

于无线通讯网络的网络化仪器系统等。

9.智能仪器的数据采集系统包括哪几

部分？

10.按照系统中数据采集电路是各路

共用一个还是每路各用一个，多路模拟

输入通道可分为哪两大类型？

答：集中采集式和分散采集式两大类型

11.在智能仪器的数据采集通道中放

大器为什么要前置？前置放大器的放

大倍数应该如何选择？

答：多数传感器输出信号都比较小，必

须选用前置放大器进行放大。

为使小信号不被后续电路的噪声所淹

没，在后续电路前端必须加入放大倍数

K0>1的放大器，而且加入的放大器必

须是低噪声的，即该放大器本身的等效

输入噪声必须比其后级电路的等效输

入噪声低。

12.虚拟仪器的三大功能模块分别是

什么？

答：计算机、仪器模块和软件

13.网络化仪器中测量仪器接入网络的

方法有哪两种？

答：（1）用计算机做服务器（2）专用

接口转换装置做服务器

14.在智能仪器的数据采集通道中为什

么要利用采样保持电路？

答：模拟信号进行A/D转换时，从启动

转换到转换结束输出数字量，需要一定

的转换时间。在这个转换时间内，模拟

信号要基本保持不变。否则转换精度没

有保证，特别当输入信号频率较高时，

会造成很大的转换误差。要防止这种误

差的产生，必须在A/D转换开始时将输

入信号的电平保持住，而在A／D转换

结束后又能跟踪输入信号的变化。能完

成这种功能的器件叫采样／保持器。采

样／保持器在保持阶段相当于一个“模

拟信号存储器”。

15.简述AD转换器的主要性能指标？

按工作原理划分，A/D转换器分为哪几

类？

答：分辨率转换时间转换误差转

换速度满刻度范围

16.结合采样保持器电路图说明采样保

持器工作原理？

开关S导通，输入模拟信号Vi对

保持电容CH充电,当VL=1的持续时间

tw远远大于电容CH的充电时间常数

时，在tw时间内,CH上的电压Vc跟随

输入电压Vi的变化，使输出电压

Vo=Vc=-Vi，这段时间为采样时间。

开关S断开，由于运算放大器的输入阻

抗很高，存储在上CH的电荷不会泄露，

CH上的电压Vc保持不变,使输出电压

Vo能保持采样结束瞬时的电压值，这

段时间为保持时间。

17.在智能仪器设计中，一般根据哪两

项要求来选择A/D转换器位数？

应根据对采集电路转换范围与转

换精度两方面的要求选择A/D转换器

的位数。

18.说明双积分Ａ／D转换器的工作原理？

双积分式A／D转换器又称双斜式A/D转换器，其转换过程在逻辑控制电路的控制下按以下三个阶段进行：

1)预备阶段2)定时积分阶段T1 3)定值积分阶段T2

19.什么是软测量技术？

软测量技术一般是根据某种最优准则，通过选择一些容易测量且与主导变量密切联系的二次变量(辅助变量)来预测主导变量，它所建立的软测量模型可以完成一些实际硬件检测仪器所不能完成的测量任务。

20.模拟量输出通道的组成及结构形式？

D/A转换多路模拟开关采样保持

一个通路设置一个D/A转换器多个通路共用一个D/A转换器

21.在D/A转换器中通常用哪两项来描述转换精度，分别描述这两个性能指标？

在D/A转换器中通常用分辨率和转换误差来描述转换精度。

分辨率是指输入数字量最低有效位为1时，对应输出可分辩的电压变化量△V与最大输出电压Vm 之比

转换器中各元件参数的偏差，基准电压的波动，和运放的零点漂移都可以影响D/A的转换精度。

22.设计一个数据采集系统，具体要求为8路模拟量输入（交变信号，f=100Hz），电压范围为0～10V，转换

时间小于50μs，分辨率5mV（满量程

的0.05%），通道误差小于0.1%。

ADC的选择：选择12位A/D转换

器AD574，其转换时间为25μs，分辨

率为满量程的0.025%，转换误差为

0.05%，输入信号范围为0～10V或0～

20V，均满足设计要求。

多路模拟开关：选择8路模拟开关

CD4051，开关漏电流约为0.08nA，当

信号源内阻为10kΩ时，误差电压是

0.8μV，可忽略不计。开关接通电阻约

为200Ω，由于采样保持器的输入电阻

一般在10MΩ以上，因此当最大电压为

10V时，开关电阻上的压降仅为0.2mV，

也可忽略不计。

采样保持器：如果不接入采样保持

器，由式（3-21）可知，输入信号最高

频率为（保证1/2LSB的转换精度）

其中，转换时间t c=25us,因此应

增加采样保持器，选择LF398。LF398

的孔径时间t A p=35us,输入信号最高

频率为

满足输入信号频率要求。

23.智能仪器输出通道的信号种类分

为几种，分别为什么？

模拟量输出信号开关量输出

信号数字量输出信号

24.D/A转换器的输入输出形式分为哪

几种？

D/A转换器的数字量输入端有3种

情况：不含数据锁存器；含单个数据锁

存器；含双数据锁存器。对于D/A转换

器的输出，则又有单极性和双极性之

分，以及某些场合下的偏置输出方式。

25.DAC0832的工作方式有哪几种？每

种方式如何实现？

双缓冲：由于DAC0832芯片中有两

个数据寄存器，可以通过控制信号将数

据先锁存在输入锁存器中，当需要D/A

转换时，再将锁存器中锁存的数据信号

装入DAC 寄存器并进行D/A转换，从

而达到两极缓冲工作方式。

直通型：如果使两个寄存器都处于

常通状态，这时两个寄存器的输出跟随

数字输入变化而变化，D/A 转换器的输

出也同时跟着变化，这种情况应用于连

续反馈过程控制系统

26.画出DAC0832单极性和双极性输出

电路示意图，并分析两种极性的输入和

输出关系？

如下图