智能儀器第二部分復(fù)習(xí)題(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上智能儀器設(shè)計復(fù)習(xí)題1. 簡述智能儀器的概念？智能儀器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？對其作簡要描述。智能儀器是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子集成技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)與傳統(tǒng)測量儀器相結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微計算機(jī)或微處理器的測量(或檢測)儀器。兩種結(jié)構(gòu)形式：微機(jī)內(nèi)嵌式和微機(jī)擴(kuò)展式。微機(jī)內(nèi)嵌式是將單片或多片的微處理器與傳統(tǒng)儀器有機(jī)地結(jié)合在一起形成的單機(jī)，其形態(tài)是儀器。微機(jī)擴(kuò)展式是以個人計算機(jī)(PC)為核心的應(yīng)用擴(kuò)展型測量儀器。個人計算機(jī)儀器(PCI)或稱微機(jī)卡式儀器。其形態(tài)可以是計算機(jī)。2. 結(jié)合你對智能儀器概念的理解，討論“智能化”的層次。四個層次：聰敏儀器類、初級智能儀器類、模型化

2、智能儀器類和高級智能儀器類。聰敏儀器類是以電子、傳感、測量技術(shù)為基礎(chǔ)；初級智能儀器除了應(yīng)用電子、傳感、測量技術(shù)外，主要特點是應(yīng)用了計算機(jī)及信號處理技術(shù)；模型化儀器是在初級智能儀器的基礎(chǔ)上應(yīng)用了系統(tǒng)識別和模式識別方法；高級智能儀器類特點是具有人工智能。3. 試述智能儀器的特點和典型功能。特點：匯集各種高新技術(shù)，測量過程軟件控制，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，多功能化，操作自動化，對外開放性。 典型功能：數(shù)據(jù)分析和處理功能，自測功能和友好人機(jī)對話功能。4. 畫出智能儀器的基本結(jié)構(gòu)，并說明各部分的功能。內(nèi)嵌式擴(kuò)展式5. 智能儀器的微處理器主要有哪些系列？基于8051內(nèi)核的單片機(jī)、PIC系列單片機(jī)、AVR系列單

3、片機(jī)、MSP-430系列單片機(jī)、基于ARM內(nèi)核的單片機(jī)、數(shù)字信號處理器DSP6. 以8051為內(nèi)核的單片機(jī)制造公司有哪些？它們各有什么特點？Intel公司：技術(shù)性能及開發(fā)手段都較成熟，價格低廉，可重復(fù)編程和方便功能擴(kuò)展Atmel公司：采用CMOS工藝、ISP（在系統(tǒng)編程），對8051的接口功能作了必要的擴(kuò)充Philips公司：可以通過關(guān)閉不用的ALE，改善單片機(jī)的EMI電磁兼容性能；特有雙DPTR指針；UART串行口增加了從地址自動識別和幀錯誤檢測功能Silicon Lab公司：采用CIP-51內(nèi)核大力提升CISC結(jié)構(gòu)運行速度；I/O口從固定方式到交叉開關(guān)配置7. C8051系列單片機(jī)增加了哪

4、些數(shù)字外設(shè)？在實際應(yīng)用中有什么優(yōu)勢？數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。8. 什么是ARM？它有什么特點？ARM是英國的著名半導(dǎo)體設(shè)計公司，也是一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。ARM公司設(shè)計的基于精簡指令集計算機(jī)（RISC）結(jié)構(gòu)的微處理器核，具有耗電少、成本低、功能強(qiáng)、特有16/32位雙指令集的特征。9. DSP芯片的主要用途是什么？簡述DSP的特點。主要應(yīng)用是能夠?qū)崟r快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。特點：在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；片內(nèi)具有快速RAM，可通過獨立數(shù)據(jù)總線在2種RAM中同時訪問；快

5、速的中斷處理和硬件I/O支持；具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；可以并行執(zhí)行多個操作；支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。10. 設(shè)計智能儀器時怎樣選擇微處理器？應(yīng)考慮哪些因素？選擇處理器時，應(yīng)根據(jù)任務(wù)需求，考慮微處理器的性能、片內(nèi)硬件資源、成本和實現(xiàn)是否方便來選擇?？紤]因素：速度、精度、字長和尋址空間。11. 簡述串行外設(shè)接口（SPI）和多通道緩沖串行口（McBSP）的基本原理。答案暫無12. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)哪些基本功能？信號采集、信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、微機(jī)顯示數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)。13. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有哪幾種組成結(jié)構(gòu)？簡要說明幾種結(jié)構(gòu)的特點和適用的

6、場合。單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，只能采集一路信號。多通道一般型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：多路信號共用一個S/H和ADC，電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低；采集速度低，分時采集，不能獲得多路信號同一時刻的數(shù)據(jù)，對于要求多路信號嚴(yán)格同步采集的系統(tǒng)是不適用的。多通道同步型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：可以實現(xiàn)同步采集和分時A/D轉(zhuǎn)換；多路信號的A/D轉(zhuǎn)換是分時進(jìn)行的，工作速度較低。多通道獨立型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：每一通道有獨立的S/H、ADC電路，可以實現(xiàn)同步采集和高速采集；成本較高。網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu): 采集通道數(shù)多，采集數(shù)據(jù)量大，便于橫向擴(kuò)展，數(shù)據(jù)易于存儲、集中管理；設(shè)計復(fù)雜、成本高、重點要考慮站點間數(shù)據(jù)同步的準(zhǔn)確性和效率14.

7、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的前置放大器一般設(shè)置在調(diào)理電路的最前端，為什么（圖，計算過程，比較，結(jié)論）15. 為什么要在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用測量放大器？如何選擇？在測量時，來自傳感器的信號一般都是比較弱的低電平信號，不適合直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。放大器的作用是將微弱信號進(jìn)行放大，以便能充分地利用ADC的滿刻度分辨率。測量放大器應(yīng)高輸入阻抗，反應(yīng)時間快；頻率響應(yīng)范圍寬；高抗共模干擾能力；低漂移、低噪聲及低輸出阻抗。放大器的增益K應(yīng)滿足兩個條件：既不能使A/D溢出，又要滿足轉(zhuǎn)換精度的要求 所需放大器增益K：16. 通用運算放大器的主要參數(shù)有哪些？主要參數(shù)：輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓的溫漂、共模抑制比輸入偏置電流、

8、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流的溫漂；差模開環(huán)直流電壓增益、電源電壓抑制比；輸出峰-峰值電壓、最大共模輸入電壓、最大差模輸入電壓；開環(huán)帶寬、單位增益帶寬、全功率帶寬；轉(zhuǎn)換速率、建立時間；等效輸入噪聲電壓；差模輸入阻抗、共模輸入阻抗、輸出阻抗。17. 在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，選擇模擬多路開關(guān)要考慮的主要因素是什么？通道數(shù)量、泄漏電流、導(dǎo)通電阻、開關(guān)速度、芯片電源電壓范圍。18. 采樣周期與哪些因素有關(guān)？如何選擇采樣周期？（答案待定）采樣周期與被轉(zhuǎn)換信號周期有關(guān)，采樣周期應(yīng)小于被轉(zhuǎn)換信號最大周期的1/2。19. 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的滿標(biāo)度模擬輸入電壓為+5V時，8位、12位ADC的絕對量化誤差和相對量化誤差

9、分別為多少？（計算）20. 在設(shè)計一個測量儀器系統(tǒng)時，選用A/D轉(zhuǎn)換器時，應(yīng)考慮哪些問題？模擬輸入電壓的量程、能測量的最小信號、非線性誤差、每完成一次轉(zhuǎn)換需要時間、對輸入信號的要求、是否需要預(yù)處理。21. 簡述ADC的主要技術(shù)指標(biāo)。1）轉(zhuǎn)換精度：a分辨率和量化誤差；b轉(zhuǎn)換誤差；2）轉(zhuǎn)換時間22. 能否說一個帶有采樣/保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采樣頻率可以不受限制？為什么？答案暫無23. 設(shè)計一個模擬量輸入通道，輸入為交變信號，f=200Hz，電壓范圍020V，轉(zhuǎn)換時間小于50s，分辨率為10mV，通道誤差小于0.1%。（計算）課件智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)-4（數(shù)據(jù)采集2）36頁24. 簡述-型A/D轉(zhuǎn)換

10、器中，過采樣、噪聲整形及數(shù)字抽取濾波的原理。25. 如果一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求有1%級精度性能指標(biāo)，在設(shè)計該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，怎樣選擇系統(tǒng)的各個器件？26. 一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣對象是糧庫的溫度和濕度，要求測量精度分別是±1和±3%RH，每10min采集一次數(shù)據(jù)，應(yīng)選擇何種類型的A/D轉(zhuǎn)換器和通道方案？27. 模擬量輸出通道一般有哪幾種形式？每種結(jié)構(gòu)的特點是什么？28. D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接時一般有哪幾種接口形式？試舉例說明當(dāng)DAC數(shù)據(jù)總線寬度與微處理器總線寬度相同或高于微處理器總線寬度時，微處理器對DAC的控制方式。29. 微處理器的輸出信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)時應(yīng)考慮哪些

11、問題？30. 電路如下圖所示，圖中R10k，RF30k，d0、d1為輸入的數(shù)字量。當(dāng)數(shù)字量為“0”時，電子開關(guān)S0、S1接地；為“1”時，開關(guān)接+5V。要求寫出輸電壓u0與輸入的數(shù)字量d0、d1之間的表達(dá)式。31. 說明DAC0832的特點。其輸出信號是電流信號還是電壓信號？其輸出的信號還需要怎么處理？畫出其處理的電路圖。32. 試設(shè)計一個用數(shù)字輸出口控制光電耦合器的電路，分析其工作原理。33. 設(shè)計一個由8位D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的任意波形發(fā)生器（電路中包括時鐘、地址發(fā)生器、偏移地址累加器、數(shù)據(jù)存儲器等），說明其工作原理，并給出改進(jìn)設(shè)計的意見。34. 量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本要求有哪些？為防止大幅值

12、信號進(jìn)入輸入級造成電路的損害，量程轉(zhuǎn)換電路中一般怎樣進(jìn)行保護(hù)？35. 下圖是一個由輸入衰減器和放大器組成的量程轉(zhuǎn)換的原理性電路（K5閉合時為自測試狀態(tài)，本題中的問題是在K5斷開時進(jìn)行的）。S為繼電器開關(guān)，控制1001衰減器是否接入。K5K10是場效應(yīng)管模擬開關(guān)，控制放大器不同的增益。繼電器開關(guān)S、K5K10在微機(jī)發(fā)出的控制信號的控制下，形成不同的通、斷組合，構(gòu)成0.1V、1V、10 V、100 V和1000 V五個量程以及自動測試狀態(tài)。請問：（1） 若后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入范圍為03.2 V，請分析各種組態(tài)（不同量程）時的開關(guān)狀態(tài)，并給出當(dāng)前狀態(tài)下的電路放大倍數(shù)；（2） 根據(jù)量程變換的基本要

13、求設(shè)計五個量程時的電壓輸入范圍（升、降量程的閾值）；（3） 設(shè)計電路，用微機(jī)控制實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換，并編寫轉(zhuǎn)換的程序流程或編寫程序。36. 簡述鍵抖動現(xiàn)象，說明軟件去抖處理方法。37. 如何消除鍵連擊及串鍵現(xiàn)象；說明如何合理利用鍵連擊現(xiàn)象實現(xiàn)“長按”和“短按”功能。38. 觸摸屏的種類主要有哪些？簡述電阻式和電容式觸摸屏的原理及特點。39. 請敘述用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序的步驟，并說明該方法的特點。40. 以一8回路溫控儀為例說明用狀態(tài)矩陣法設(shè)計鍵盤監(jiān)控程序的設(shè)計過程。要求根據(jù)儀器功能繪制狀態(tài)圖，根據(jù)狀態(tài)圖給出狀態(tài)表，確定按鍵編碼值，并給出程序設(shè)計流程圖。8回路溫控儀面板CPRS6個按鍵定義：Ø C鍵：回路號18，第8路為環(huán)境溫度補(bǔ)償信號，其余為溫控點的溫度信號；Ø P鍵：參數(shù)號，對應(yīng)設(shè)定值、實測值、PID參數(shù)值、上下限報警值、輸出控制值等8個參數(shù)；Ø 鍵：加1；Ø 鍵：減1；Ø R鍵：運行；Ø S鍵：停止。溫控儀按鍵序列定義按鍵序列功能回路號、 運行啟動17路中的一路運行停止停止當(dāng)前回路的運行回路號回路號+1回路號、參數(shù)號參數(shù)號+1，執(zhí)行CiPi對應(yīng)的子程序回路號、參