《智能仪器复习题》word版.doc

1、 什么是智能仪器？它有什么特点？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？微机内嵌（内藏）式 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？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？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、 什么是虚拟仪器？它能实现什么功能？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6、 虚拟仪器的三大功能模块分别是什么？计算机、仪器模块和软件7、 智能仪器的数据采集系统包括哪几部分？8、 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？集中采集式和分散采集式两大类型9、 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？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K01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。 10、 仪用放大器的特点是什么？适用于什么样的场合？1.优点：高共模抑制比、高增益、低噪声和高输入阻抗。2.适用场合：传感器输出信号较弱，且其中包括工频、静电和电磁耦合等共模干扰。11、 如何提高程控增益放大器的放大倍数？程控增益放大器与普通放大器的差别在于反馈电阻网络可变，且受控于控制接口的输出信号。不同的控制信号，将产生不同的反馈系数，从而改变放大器的闭环增益。12、 推导典型仪用放大器的增益？13、 在设计仪用放大电路过程中的主要性能指标非线性度、温漂 、建立时间、恢复时间、电源引起的失调、共模抑制比14、 什么是隔离放大器？它主要的三种耦合方式是什么？隔离放大器是一种将输入、输出及电源在电流和电阻上进行隔离，使之没有直接耦合的测量放大器。变压器耦合、光耦合和电容耦合15、 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？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AD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”。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、 请阐述量程自动转换电路程序控制的设计步骤。首先确定两个量程阈值：升量程阈值 ULn当前量程的100%降量程阈值 DLn当前量程的95%然后分别讨论：a）假定待测电压很大b）假定待测电压稍大于所选量程c）假定待测电压很小18、 简述键盘的两种类型及其特点。编码式键盘 非编码式键盘19、 独立式键盘、矩阵式键盘原理独立式键盘：每一个按键单独占用一根检测线与主机相连，上拉电阻保证按键断开时检测线上有稳定的高电平，当某一按键按下时，对应的检测线就呈现低电平。矩阵式键盘：把检测线分成两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行列交点上，每个按键通过不同的行列线与主机相连。只需检测对应行列线的电平变化即可知按键情况。20、 简述何为键盘的抖动干扰，键盘除抖的两种方法，绘制R-S触发器除抖电路并阐明其基本原理。原因：当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象，即当按下按键时不会迅速可靠的接通，当按键释放时不会立即断开，这当中就产生了5ms到10ms之间的抖动。消除方法：硬件方法：利用RS触发器来吸收按键的抖动。软件方法：当判断有按键按下时，用软件延时10ms到20ms，等待按键稳定后在重新判断一次，以躲过触点抖动期。21、 简述矩阵式键盘电路的逐行零扫描法的工作过程。行扫描法：首先判断是否有键按下，即先进行全扫描，将所有行线置成0电平，然后读入全部列值，如果读入的列值全是1，则说明没有键 按下；如果读入的列值不全是1，则说明有键按下。第二步确定哪一个键按下：一旦发现有健按下，转入逐行扫描的办法来确定是哪一个键按下。先扫描第一行，即使它接0电平，然后读入列值。哪一列出现0值，则说明与那一列跨接的键被按下了。如果读入的列值全是1，说明该行没有键 按下，接扫描第二行。以此类推，逐行扫描，直至发现非全1的列值，就能找出被按下的键。22、 简述矩阵式键盘电路的线反转法的工作过程。线路反转法：第一步：先从P1的高四位输出“0”电平，从P1的第四位读取键盘状态，若某按键被按下，此时从P1的第四位输出的代码中对于该键的列位为0，其余为1。第二步：线路反转，从P1的低四位开始输出“0”电平，从高四位读取键盘状态，同样此时“0”所对应的为键盘的行所在位置，再将两次读入数据组成一个行列代码，即为按键准确位置。23、 了解七段式LED显示器字型码（共阴极接法与共阳极接法）。24、 简述LED显示器的两种驱动方法。静态驱动法：给欲点亮的LED通以恒定的电流。这种驱动方法要有寄存器、译码器、驱动电路等逻辑部件。动态显示法：就是将所有显示位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各显示位的共阴极点（或共阳极点）则由其他的I/O口控制。并通过CPU 定时一位一位的轮流点亮各显示位。它利用视觉暂留原理，实现显示效果。25、 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26、 分别简述模拟信号、数字信号输出种类及适用范围通常情况仪器的模拟量输出信号主要指直流电流信号和直流电压信号。直流电流信号当仪器仪表的输出模拟信号需要传输较远距离时，一般采用电流信号而不是电压信号直流电压信号当智能仪器的输出需要传输给多个其它仪表时，一般采用直流电压信号。27、 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28、 D/A转换器的工作原理？设需要转换的n位的二进制数字量是d0，d1.dn ,其大小可表示为： D= d0+ d 121 + d 2 22 + + dn-12n-1,DAC按照上式将二进制数的每一位转换成与其大小成正比的模拟量，然后相加起来，就得到与该数字量大小成正比的模拟量。DAC通过权电阻网络来实现放大器反馈电阻的调整。29、 在DA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.DAC的位数(输入二进制数码的位数)越多,输出电压的取值个数越多,越能反映输出电压的细微变化,分辨率越高.一般可用DAC的位数衡量分辨率的高低.D/A的转换误差是指实际输出的模拟电压与理想值之间的最大偏差,常用这个最大偏差与输出电压满刻度(FSR)的百分比或最低有效位(LSB)的倍数表示.一般是以下几个综合指标:(A)增益误差(B)漂移误差(C)非线性误差30、 DA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。 31、 画出DAC0832单极性和双极性输出电路示意图，并简要分析两种极性输入输出关系。从图（a）可看出电流输出型DAC外接运放组成了单极性电压输出电路，输出电压VOUT=-IOUT x RF。如果需要改变输出电压的极性，把VREF改变极性就能实现，因为VREF的极性决定了IOUT的流动方向。从图（b）可看出输出电压 VOUT=（ VREF/R i ）-IOUT x RF ，调整R i 使数字输入量为10000000时的VOUT=0V，就能得到正负极性满幅相等的输出电压。32、 DAC0832的工作方式有哪几种？每种方式如何实现？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单缓冲：两个寄存器只有一个受控，另一个直通，或者两个寄存器同步受控，应用于只有一路模拟输出，或者有多路输出，但是不需要同时输出的场合。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。 该方式可以实现多路同步输出。33、 继电器的作用是什么？继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。34、 电磁继电器的工作原理是什么？当输出回路包含感性负载是为什么要加续流二极管？只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 当输出回路包含有感性负载导通电流较大时，在触点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于烧坏触点或降低触点寿命。为防止这种情况，如果负载电源是直流的，可以在触点间并联续流二极管；如果负载电源是交流的，可以在触点间并联压敏电阻。35、 光电耦合器的工作原理是什么？输入为低电平时，流过发光二极管的电流为零，光敏三极管截止，输入为高电平时，流过发光二极管发光，光敏三极管因光信号作用而饱和导通，36、 测量误差的分类测量误差按其性质和特性可分为随机误差，系统误差、粗大误差37、 测量误差消除的方法随机误差：最常用的方法是多次测量取算数平均值的方法。系统误差：利用误差模型修正系统误差、利用校正数据表修正系统误差、通过曲线拟合修正系统误差。粗大误差：剔除明显错误的结果、测量结果中的粗大误差用莱特准则来判断。38、 数字滤波的定义，及数字滤波方法所谓数字滤波，即通过一定的计算程序，对采集的的数据惊醒某种处理，从而消除或减弱干扰和噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。数字滤波具有硬件滤波器的功效，却不需要硬件开销，从而降低了成本。方法：中值滤波、平均滤波程序、