《智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)》試題及答案.docx

智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)試題及答案一、判斷題（每題 2 分，共 20 分）1. 因中值濾波滿足比例不變性，所以是線性的濾波器。（2 ）2. 基準電壓Vr 的精度和穩(wěn)定性影響零位誤差、增益誤差的校正效果。（ 1）3. 測量獲得一組離散數(shù)據(jù)建立近似校正模型，非線性校正 精度與離散數(shù)據(jù)精度無關(guān)，僅與建模方法有關(guān)。（ 2）4. RS232 通信采用的是TTL電平，因此它的傳輸距離比485 短。（ 2）5. USB協(xié)議為設(shè)備定義了2種供電模式:自供電和總線供電。在自供電模式下，USB設(shè)備不需要任何外接電源設(shè)備。（ 2）6. LCD顯示器有靜態(tài)驅(qū)動和疊加驅(qū)動兩種驅(qū)動方式，這兩種驅(qū)動方式可在使用時隨時改變。 （ 2）7. 智能儀器中的噪聲與干擾是因果關(guān)系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果。 ( 1)8. 軟件開發(fā)過程的三個典型階段是定義、開發(fā)和測試。（ 2）9. RAM 測試方法中，谷值檢測法無法檢測 “ 粘連 ” 及 “ 連橋 ” 故障。（2 ）10.曲線擬合要求 y=f（ x ）的曲線通過所有離散點（ x i ， y i ）。（ 2）二、選擇題（每題 2 分，共 20 分）1. 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖如下圖所示。其中（ 1 ）（ 4 ）各部分的組成為:(b)A. 放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、計算機B. 多路開關(guān)、放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、計算機C. 多路開關(guān)、放大器、D/A 轉(zhuǎn)換器、計算機D. 放大器、多路開關(guān)、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器2. 儀器采集數(shù)據(jù)中存在隨機誤差和系統(tǒng)誤差，基本數(shù)據(jù)處理順序是:(b )A. 系統(tǒng)誤差消除數(shù)字濾波標度變換B. 數(shù)字濾波系統(tǒng)誤差消除標度變換C. 標度變換系統(tǒng)誤差消除數(shù)字濾波D. 數(shù)字濾波標度變換系統(tǒng)誤差消除3. 設(shè)采集數(shù)據(jù)由信號加噪聲構(gòu)成，應(yīng)根據(jù)( b)確定濾波算法？A. 噪聲統(tǒng)計規(guī)律B. 信號特征和 噪聲統(tǒng)計規(guī)律C. 信號特征D. 只能用多種濾波算法試驗，由處理效果確定。4. 采樣保持器的作用是( c)A. 提高系統(tǒng)的采樣速率B. 保持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定C. 保證在A/D轉(zhuǎn)換期間ADC前的模擬信號保持不變D. 使A/D 轉(zhuǎn)換器前信號能跟上模擬信號的變化5. 采集數(shù)據(jù)中含有脈沖性干擾，信號為直流，則應(yīng)選擇( d)濾波算法。A. 算數(shù)平均法B. 加權(quán)平均法C. 限幅濾波法D. 去極值平均法6. 在開發(fā)USB系統(tǒng)的時候，首要的任務(wù)是利用( b)實現(xiàn)設(shè)備的枚舉過程，提供各種設(shè)備信息。A. 中斷傳輸B. 控制傳輸C. 同步傳輸D. 批量傳輸7若非編碼矩陣鍵盤的列線外接下拉電阻，該矩陣的掃描碼應(yīng)是( a)。A行線輸出高電平B列線輸出高電平C行線輸出低電平D列線輸出低電平8在智能儀智中，A/D 轉(zhuǎn)換的抗干擾技術(shù)包括( d)。A. 對差模干擾的抑制B. 對共模干擾的抑制C. 采用軟件方法提高A/D抗干擾能力D. 以上三種都包括9在進行數(shù)字電路的可測試性設(shè)計時，下面說法錯誤的是( c)。A設(shè)計上應(yīng)避免“線或”邏輯B所有不同相位和頻率的時鐘都應(yīng)來自單一主時鐘C數(shù)字電路應(yīng)設(shè)計成主要以異步邏輯電路為基礎(chǔ)的電路D電路應(yīng)初始化到一明確的狀態(tài)，以便確定測試的方法10下面(b)調(diào)試方式在目標機不存在的情況下也可以進行代碼的調(diào)試。AROM 仿真器B在線仿真器C片上調(diào)試DJTAG三、填空（每空2分，共20分）1假設(shè)一 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，其滿量程電壓為 10V ，則它的分辨率是_ 。2某儀器的非線性采用分段線性插值法進行校正，設(shè)段數(shù)為4，最少需要_對（X i ，Y i ）已知實驗數(shù)據(jù)。3利用 8 片模擬多路開關(guān) CD4051 設(shè)計 64 路的輸入通道。已知 CD4051 的漏電流為 20nA ，開關(guān)導(dǎo)通電阻300 ，設(shè)信號源內(nèi)阻 1000 。則多路開關(guān)漏電流和導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的誤差大小為_ 。如果采用級連方式連接，則需要多路開關(guān)_片。用級連方式連接電路產(chǎn)生的誤差大小為_ 。4 某智能溫度測量儀采用 8 位ADC ，測量范圍為10 100 ，儀器采樣數(shù)據(jù)經(jīng)濾波和非線性校正后的數(shù)字量為0028H 。A0=10 ，Am=100 ，Nm=FFH=255 ，Nx=28H=40 。則對應(yīng)的實測溫度是_ 。5. 設(shè)在某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對正弦信號 U=（ U msin t ）/2 采樣。采/保的孔徑時間tAP=20ns ， A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為 12 位，求采樣精度達到 1LSB 的最高信號頻率是_ 。若 S/H 的捕捉時間tAC=3 s ，穩(wěn)定時間ts=2 s ， A/D 轉(zhuǎn)換時間tCONV=40 s ，輸出時間tOUT=4 s 則通道的吞吐率是_ 。6檢測直流電壓信號由于50Hz 工頻干擾使測量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)周期性波動。設(shè)采樣周期Ts=1ms ，采用算數(shù)平均濾波算法，消除工頻干擾。選擇平均點數(shù) _。7某種儀器 100 臺，工作 1000h ，假設(shè)有 2 臺發(fā)生故障，則這種儀器的千小時的可靠率為_ 。三、12.4mv 2. 5 3. 1.6mv，9，0.36mv；4. 2453.888KHz，20.4KHz；6. 207. 0.98四、簡要回答下列問題（ 25 分）1. 簡述推動智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。2. 簡述智能儀器設(shè)計的基本原則。3. 簡述 USB 既插既用機制實現(xiàn)的原理。4. 可靠性是智能儀器中一個重要的技術(shù)指標。請寫出智能儀器中常用的提高硬件和軟件可靠性的方法。5. 什么是可測試性？智能儀器設(shè)計中引入可測試性設(shè)計有什么優(yōu)缺點？四、1傳感器技術(shù)： 信號檢測是通過傳感器實現(xiàn)的，為適應(yīng)智能儀器發(fā)展的需要，各種新型傳感器不斷涌現(xiàn)。A/D 等新器件的發(fā)展顯著增強了儀器的功能與測量范圍。DSP 的廣泛應(yīng)用：由于 DSP 芯片是通過硬件來完成上述乘法和加法運算，因此，采用DSP 芯片可大大簡化具有此類數(shù)字信號處理功能的智能儀器的結(jié)構(gòu)并提高其相應(yīng)的性能，極大地增強了智能儀器的信號處理能力。ASIC 、FPGA CPLD 技術(shù)在智能儀器中的廣泛使用：使儀器的可靠性、成本、速度等方面有提高。LabVlEW 等圖形化軟件技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)：智能儀器要上網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)傳輸、遠程控制與故障診斷等；構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)，將分散的各種不同測試設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源、信息共享，協(xié)調(diào)工作，共同完成大型復(fù)雜系統(tǒng)的測試任務(wù)。2從整體到局部（自頂向下）的設(shè)計原則：這種設(shè)計原則的含義是，把復(fù)雜的、難處理的問題分為若干個較簡單、容易處理的問題，然后在一個個地加以解決。較高的性能價格比原則：在滿足性能指標的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單的方案，因為方案簡單意味著元器件少，開發(fā)、調(diào)試、方便，可靠性高。組合化與開放式設(shè)計原則： 開放系統(tǒng)是指向未來的 VLSI 開放，在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機會的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，在服務(wù)上兼顧通用的基本設(shè)計和用戶的專用要求等等。 。3即插即用技術(shù)包含 2 個技術(shù)層面，既熱插拔和自動識別配置。熱插拔的關(guān)鍵技術(shù)在于電路接插件插、拔期間強電流的處理。USB 在電纜以及接插件的設(shè)計上充分考慮了這一點，使得這個瞬時的強電流被安全地吸收，從而使 USB 設(shè)備實現(xiàn)了熱插拔。系統(tǒng)設(shè)備的自動識別是通過在 USB 主機或 Hub 的下行端口信號線上接有下拉電阻和在設(shè)備端的信號線上連接上拉電阻來實現(xiàn)的。既當(dāng) USB 主機或 Hub 的下行端口處于斷開狀態(tài)時，信號線電平將恒為 0 。當(dāng) USB 設(shè)備連接上的瞬間，會造成 USB 主機或 Hub 端信號線的上沖，這樣當(dāng) USB 主機或 Hub 檢測到這個上沖過程， USB 主機可認定有一設(shè)備接入。4提高硬件可靠性：元器件的選擇；篩選；降額使用；可靠電路的設(shè)計； 冗余設(shè)計；環(huán)境設(shè)計；人為因素設(shè)計；儀器可靠性實驗；提高軟件可靠性：認真地進行規(guī)范設(shè)計；可靠的程序設(shè)計方法；程序驗證技術(shù)；提高軟件設(shè)計人員的素質(zhì)；消除干擾；增加試運行時間。5可測試性（ Testability ）是指產(chǎn)品能夠及時準確地確定其自身狀態(tài)（如可工作，不可工作，性能下降等）和隔離其內(nèi)部故障的設(shè)計特性。智能儀器設(shè)計中引入可測試性設(shè)計的優(yōu)點1提高故障檢測的覆蓋率；2縮短儀器的測試時間；3可以對儀器進行層次化的逐級測試：芯片級、板級、系統(tǒng)級；4降低儀器的維護費用；缺點：1額外的軟/硬件成本；2系統(tǒng)設(shè)計時間增加。五、設(shè)計題（15分）試設(shè)計一溫度檢測系統(tǒng)。要求系統(tǒng)能檢測 8 路溫度信號（假設(shè)溫度傳感器的輸出信號幅度 025mV ），測試的溫度范圍為 0500 ，溫度分辨率為 0.5 。測試的最終結(jié)果用 LCD 顯示器或 LED 顯示器顯示出來。對多通道的測量信號要有自動巡回檢測的功能和選擇某一通道進行單一測量的功能。若采用自動巡回檢測方式，要求每一通道每秒鐘檢測 100 次。儀器要具有與其它儀器或微機進行通訊的能力。畫出儀器的硬件框圖，并說明每部分的參數(shù)及其選擇原則。（1） 根據(jù)設(shè)計要求，放大器的放大倍數(shù)至少應(yīng)為多少？（2） A/D 轉(zhuǎn)換器至少應(yīng)選擇多少位的？（3） A/D 轉(zhuǎn)換器的速率至少為多少？（4） 根據(jù)設(shè)計要求，如果選用 LED 顯示器，至少應(yīng)用幾位 LED 顯示？（5） 測試系統(tǒng)與外界的通訊如選用串行通信，你準備選擇哪種總線？它的最遠傳輸距離是多少？（6） 如果系統(tǒng)用 89C51 單片機做控制器，用字符式 LCD 顯示模塊做顯示器，請畫出圖 2 中單片機與顯示模