智能测控系统设计 思考题20120501(答案)

思考题（20120501）

一、简述题：

1.在设计智能检测/控制单元时，你会根据那些因素去选择一款微型计算机芯片？

1、功能性能分析

根据应用场合确定单片机的功能需求：智能仪器、工业控制、英特网、无线网、通信设备、人机设备、USB、CAN、触摸传感器、LCD、家电等。根据应用系统性能确定单片机的性能要求：运算速度、数据采集精度与速度、控制精度、数据传输速度等。

2、功耗和电源要求

根据供电条件确定单片机的功耗和电源，主要是功耗指标、节电模式、电源电压等。

环境要求：主要是环境温度、湿度、冲击、振动等，满足军用级、工业级、车载级等要求。

4、工作可靠性

主要是抗电磁干扰、电磁兼容性、使用寿命等。

5、价格要求

低附加值的大批量产品对芯片价格的要求，封装等对工艺成本的要求。

6、其它

封装与体积、开发的软硬件平台与工具、产品的内部标准与习惯等。

2.解释传感器的灵敏度、重复性、稳定性。

传感器的静态特性

1. 线性度：输入输出曲线与拟合直线之间的偏差。

2. 回差（滞后）：输入量增大与减小过程中，输入输出曲线的不重合。

3. 重复性：在同一测试条件下，所测得的特性曲线的一致程度。

4. 灵敏度：输出量增量与输入量增量之比。

5. 分辨率：能检测出的最小输入变化量。

6. 阈值（死区）：能产生输出的最小输入量。

7. 稳定性：相当长时间内保持其性能的能力。

8. 漂移：零点和灵敏度随时间和温度的缓慢变化。

9. 静态综合精度：在测量范围内任一点的输出值相对其理论值的偏离程度。

3.涡流传感器什么原理，检测什么物理量？

当金属导体置于线圈产生的交变磁场中时，由于导体中产生的涡流所引起的新

磁场将削弱原线圈磁场，从而导致线圈的等效电感、阻抗、品质因数发生变化。

这种效应随金属导体与线圈的距离大小而变化，可以制成线性传感器，也可以

制成接近开关。

主要用于检测位移。

4.多普勒效应可用于速度、流速等变量的检测，简述其原理。

5.半导体集成电路温度传感器的测温范围和测温精度一般为多少？输出形式有哪几种？

（4、5两题见2010年答案第二页）

6.说明半导体霍尔效应，霍尔元件有哪些用途？

当电流垂直于外磁场方向通过导电体时，垂直于电流和磁场的方向上，导体两侧会产生电势差，此现象在1879年为美国科学家霍尔发现，称为霍尔效应。如图：

一般说来，金属和电解质的霍尔效应都很小，但半导体则显著得多。霍尔元件是应用霍尔效应的半导体，是一种基于霍尔效应的磁传感器,在磁场测量及位置、位移、角度、转速等物理量的测量和自动控制中广泛应用。

7.集成运算放大器的精度由哪些技术参数反映？速度由哪些技术参数反映？（2010第三页）

8.可编程增益放大器（PGA）是如何实现增益控制的？

可编程增益放大器（PGA）是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。

采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。

9.模拟隔离放大器原理？其作用是什么？

原理：在某些情况下，输入电路与输出电路之间以及放大电路与电源电路之间不能有直接的电路连接，信号的耦合以及电源电能的传递要靠磁路或光路来实现。放大器内部采取这种隔离措施的就叫隔离放大器。隔离放大器不仅具有通用运放的性能，且输入公共地和输出公共地之间有良好的绝缘性能

隔离放大器由输入放大器、信号耦合器件、输出放大器以及隔离电源等部分组合。

作用：用于输入通道隔离，防止强电强磁干扰或损坏，消除大共模电压。

10.根据传递函数，低通滤波器有哪些种类？各有何特点？请图示。（2011第2页）

11.集成有源低通滤波器通过调节什么参数改变截止频率？

调节时钟信号频率改变滤波器的截止频率(分频比)

12.U/I变换有什么作用？采用4~20mA电流信号来传输传感器输出信号的优点是什么？（2011第4页）

电压/电流变换器（VCC）用来将电压信号变换为与电压成正比的电流信号。用途：

①常用作传感器或其他检测电路中的基准（参考）恒流源

②在磁偏转的示波装置中常用来将线性变化电压变换成扫描用的线性变化电流

③在控制系统中作为可控电流源驱动某些执行装置，如记录仪记录笔的偏转和电流表的偏转。

电流传输的优点：a.电流信号适用于远传，不会因为电阻变化而变化；b.电流信号容易还原成电压信号；c.可进行断电检查

20mA上限的优点：这是防爆的要求，20mA电流通断引起的火花容量不足以引燃瓦斯。4mA下限的有点：

a.方便断线检查

b.可有效防止4mA一下干扰信号的干扰，提高抗干扰能力。

13.何为EMC，它包括哪两个方面？

电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

14.共阻耦合有哪几种形式？如何抑制？（2010第5页、2011第4页）

15.平衡传输（对称传输）有什么好处?如何用变压器耦合实现平衡传输?

平衡传输是指信号传输线的有两个输入端，两个地线。当有共模干扰存在时，由于平衡传输的两个端子上受到的干扰信号数值相差不多，而极性相反，干扰信号在平衡传输的负载上可以互相抵消，所以平衡电路具有较好的抗干扰能力。

16.∑-∆ A/D转换器有何特点？（2010第6页）

17.高速AD转换器芯片有什么特点？（课堂作业（复印）P2-问题1）

18.怎样将数据采集系统与计算机系统隔离？（2010第7页）

19.C8051F12X系列单片机是一种混合式片上系统，它有哪些数字外设和模拟外设？（2010第8页）

20.与MCS-51单片机相比，PIC单片机在技术性能上有何特点？（2010第9页、2011-p6-18）

21.单片机点对点之间采用RS232进行通信，画出连接示意图。(2009-p7-61)

22.用一个示例说明单片机与PC机之间串行通信的接口。(2011-p8-20)

23.单片机系统为何有时需要总线驱动？(2010-p9-33)

24.TMS320F2812中的SCI的多机工作模式有哪两种？如何工作(2010-p11-39)

25.TMS320F2812有哪些片内外设资源？(2011-p8-21)

26.TMS320F2812的多通道缓冲串行口有何功能？(2009-p8-69)

27.常用的工控机I/O接口模板有哪些种类？(2011-p10-24)

28.在PC总线上扩展多路DA输出，请画出一种接口框图。(2010-p11-41)

29.工控机系统有哪几种基本通信方法？(2011-p11-25)

30.用框图表示直接数字控制系统（DDC）。