智能仪器原理与设计

1、智能仪器原理与设计课程教学大纲课程编码： 课程类型：专业课 总学时：54 学分：3第一部分 相关说明一、课程的性质和任务课程的性质：智能仪器原理与设计是电子工程本科专业必修的专业基础课程之一。智能仪器在通信、家电、自动控制、仪器仪表中得到了广泛的应用。通过本课程的学习，使学生掌握利用微处理器系统使电子仪器实现智能化的具体方法，包括硬件和软件两个方面。课程的任务：使学生掌握智能仪器的基本工作原理，具备智能仪器的初步应用能力，为将来从事智能仪器的工作打下坚实的基础。智能仪器课程侧重讨论智能仪器实际设计过程中所涉及的具体方法与技巧。旨在使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电

2、子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程，软件与硬件必须同时兼顾。二、课程的基本要求本课程主要研究智能仪器的基本原理与基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求：1、对智能仪器各组成单元的基本工作原理、性能指标以及它们在整机中的作用形成明确的认识。2、掌握这些单元电路的分析、计算和设计方法，以及实验操作技能。三、教学方法与重点、难点教学方法：针对本课程学时少，内容多，技术发展快，实践性强等的特点，应采取探讨式和启发式教学；教学过程以课堂为主。重点：人机接口电路、通

3、信接口电路和软件编程。难点：智能仪器的应用。四、本课程与相关课程的联系学习本课程主要涉及模拟电子技术、数字电子技术以及微机原理课程中有关接口和汇编程序、微机控制方法等方面的有关知识。因此，应当尽可能地在先修模拟电子技术、数字电子技术、微机原理和微机接口技术，单片机原理与应用等课程，为有关智能仪器系统设计方面的课题打下必要的基础，是该专业学生的毕业前的综合性设计课程。五、学时分配总学时：54学时，其中理论教学时数为36学时，实验教学时数为18学时。章（节）内容讲课学时实验学时总学时第一章 导论44第二章 智能仪器模拟量输入/输出通道66第三章 智能仪器人机接口 44第四章 智能仪器通信接口426

4、第五章 智能仪器典型处理功能 448第六章 基于电压测量的智能仪器44第七章 信号发生器448第八章 智能电子计数器448第九章 数字示波器246合 计361854六、考核方式1、考核方式：笔试（闭卷）2、成绩评定：平时成绩（测验及作业等）占30%，期末考试成绩占70%。七、教材与参考书1、使用教材：赵茂泰主编智能仪器原理及应用（第三版），电子工业出版社，2010.2。2、主要参考书：（1）张大彪等主编电子测量技术与仪器，电子工业出版社，2010.11第一版第二部分 课程内容第一章导论（4学时)一、本章的教学目的和要求了解智能仪器及测试系统的发展；掌握智能仪器的设计要点；熟悉智能仪器的组成及特

5、点。教学重点是智能仪器的组成及特点、智能仪器的设计要点。教学难点是智能仪器的设计。二、教学内容1、智能仪器的组成及特点2、智能仪器及测试系统的发展3、智能仪器设计的要点第二章 智能仪器模拟量输入/输出通道（6学时）一、本章的教学目的和要求了解AD转换器概述，积分式AD转换器与微处理器接口；掌握逐次比较式AD转换器与微处理器接口，高速模拟量输入通道、模拟量输出通道；熟悉智能仪器模拟量输入输出通道的设计。教学重点是积分式AD转换器与微处理器接口，逐次比较式AD转换器与微处理器接口。教学难点是输入通道、输出通道的设计。二、教学内容1、AD转换器概述2、逐次比较式AD转换器与微处理器接口3、积分式AD

6、转换器与微处理器接口4、高速模拟量输入通道； 模拟量输出通道5、数据采集系统第三章 智能仪器人机接口（4学时）一、本章的教学目的和要求了解键盘与接口，LED显示及接口；掌握微型打印机及接口；熟悉键盘/LED显示器接口设计，CRT显示及接口连接。教学重点是键盘/LED显示器接口设计，CRT显示及接口。教学难点是键盘/LED显示器接口设计。二、教学内容1、键盘与接口，LED显示及接口2、键盘/LED显示器接口设计，CRT显示及接口3、微型打印机及接口第四章 智能仪器通信接口（6学时）一、本章的教学目的和要求了解GPIB通用接口总线协议，串行通信总线协议；掌握GPIB接口电路的设计，串行通信接口电路

7、的设计；熟悉串行通信接口电路的设计。教学重点是GPIB接口电路的设计。教学难点是串行通信接口电路的设计。二、教学内容1、GPIB通用接口总线2、GPIB接口电路的设计3、串行通信总线术4、串行通信接口电路的设计5、【仪用放大器和滤波电路实验（训）】（1）实验（训）项目简介通过本实验，使学生能够根据被测对象或传感器输出信号的幅度大小、频率范围等特性，结合所设计仪器采集系统的技术指标，运用模拟电子技术、信号与系统等课程所学的有关知识，设计并实现仪用放大器和抗混叠滤波器。（2）实验（训）目的选择合适的运算放大器和阻容器件实现所设计的电路，掌握电路调试方法和主要技术指标的测试，比较理论计算和实际电路达

8、到指标的差异，分析其原因，提高对信号的滤波处理认识。（3）实验（训）内容有源或无源RC滤波电路是常用的电路，本实验要求在仪用放大器的输出后，接二阶有源RC低通滤波器(压控电压源二阶滤波器)，要求截止频率为1kHHz，根据模拟电路理论初步确定R、C的值，并通过Multisim对设计的滤波器进行仿真，确定各个元件的参数。（4）实验（训）方式与注意事项注意电压值的大小及电容的极性。（5）实验（训）预期效果实现信号的放大及滤波的处理。第五章 智能仪器典型处理功能（8学时）一、本章的教学目的和要求了解硬件故障的自检和仪器测量精度的提高措施；掌握理解测量数据的标度变换；熟悉自动测量功能的设计。教学重点是仪

9、器测量精度的提高措施、自动测量功能实现设计。教学难点是测量功能实现设计。二、教学内容1、硬件故障的自检，自动测量功能2、仪器测量精度的提高3、干扰与数字滤波，测量数据的标度变换4、【键盘及LED显示实验（训）】（1）实验（训）项目简介通过该实验，掌握并提高智能仪器信号的处理及应用（2）实验（训）目的掌握信号的输入处理及输出信号的处理（3）实验（训）内容本实验采用44矩阵式键盘及4位八段数码显示。电路如图11。由单片机P0口分时送出段选码至74HC374（1）、位选码至74HC374（2）并经VLN2003反向驱动后，作LED的位选信号。位选信号同时也可作为键盘的列扫描码，键盘扫描的行数据从74

10、HC245读回，74HC374输出的列扫描码经74HC245读入后，用来判断是否有键按下，以及按键所在位置。如果没有键按下，由于上拉电阻的作用，经74HC245读回的值为高。当有键按下时，74HC374输出的低电平经过该按键接到74HC245的端口上，这时从74HC245读回的数据就会有低电位，根据74HC374输出的列信号和74HC245读回的行信号，即可判断该按键的键号。键盘和LED显示电路的地址译码由74LS02、74LS00担任。当KEY/LED CS与实验系统的相应地址端CS0相连时，键盘行码地址为8001H、列码地址为8002H。LED显示地址为8004H。（4）实验（训）方式与注

11、意事项熟练掌握管脚极性的处理及各芯片的选取。（5）实验（训）预期效果实现输入信号的处理，并实现程序的应用。第六章 基于电压测量的智能仪器（4学时）一、本章的教学目的和要求了解智能化DVM原理；智能化DMM原理；智能化RLC 测量仪原理；掌握智能化DVM原理；智能化DMM原理；智能化RLC 测量仪原理；熟悉智能化DMM原理。教学重点是智能化DVM原理；智能化DMM原理；智能化RLC 测量仪原理。教学难点是电压测量的智能仪器的应用。二、教学内容1、智能化DVM原理2、智能化DMM原理3、智能化RLC 测量仪原理第七章 信号发生器（8学时）一、本章的教学目的和要求了解信号发生器；掌握锁相频率合成信号

12、发生器，直接数字频率合成信号发生器；熟悉信号发生器及其应用。教学重点是锁相频率合成信号发生器，直接数字频率合成信号发生器。教学难点是信号发生器的应用。二、教学内容1、信号发生器概述2、锁相频率合成信号发生器3、直接数字频率合成信号发生器及其应用4、【D/A转换实验（训）】（1）实验（训）项目简介通过该实验，加强对模数转换模块的认识及其掌握，提高对输出信号的应用能力。（2）实验（训）目的智能仪器的输出通道主要任务是将数字信号转换成模拟信号。（3）实验（训）内容由微处理器8031控制DAC0832进行模数转换，转换后的信号经运算放大器将模拟电流转换成模拟电压输出；利用按键可以控制D/A转换的启停。

13、（4）实验（训）方式与注意事项注意8031和DAC0832芯片的管脚功能。（5）实验（训）预期效果能正确输出理想的信号，实现负载的驱动。第八章 智能电子计数器（8学时）一、本章的教学目的和要求了解典型智能计数器产品；掌握典型智能计数器的组成；熟悉智能电子计数器的设计。教学重点是典型部件的分析。教学难点是智能电子计数器的设计。二、教学内容1、电子计数器测量原理2、典型部件的分析3、智能电子计数器的设计4、典型智能计数器产品介绍5、【智能频率计实验（训）】（1）实验（训）项目简介该实验是一个综合性类实验，涉及电子测量技术，单片机语言及智能输入信号的处理等知识的应用，实现学生的一次综合的掌握体现，提

14、高学生的应用分析能力。（2）实验（训）目的了解智能频率计的工作原理；掌握用单片机进行频率测量的编程方法。（3）实验（训）内容利用8031定时器1产生定时时间，即门控信号，在门控信号作用期间，8031定时器O对输入的脉冲进行计数，并进行数据处理后，送LED进行显示；LED/KEY模块用于频率测量的功能设置及结果显示。（4）实验（训）方式与注意事项对输入信号进行窄脉冲的处理，注意选择脉冲开通流过的时间。（5）实验（训）预期效果在单位时间内，通过主门的脉冲个数，实现信号的计数功能的转换。6、【基于单片机的智能仪器综合设计-8255A控制交通信号灯实验（训）】（1）实验（训）项目简介该实验是一个综合性设计实验，主要应用单片机语言及智能输入信号的处理等知识，提高学生的应用分析动手能力，提高学生的技能水平。（2）实验（训）目的了解智能仪器的整体设计；掌握用单片机进行信号灯控制的编程方法。（3）实验（训）内容编写A/D及D/A转换的程序并进行调试，以8255A控制交通信号灯为测量对象，设计检测电路和信号调理电路，编写