微机自动检测与系统设计期末复习提纲

1、微机自动检测与系统设计期末复习提纲1.1什么是测量，检测和自动检测？ 广义而言，测量就是使用专门的技术工具，依靠实验和计算，找到被测量值（包括大小和正负）的过程。测量是以确定量值为目的的一组操作”测量又被定义为 实验比较过程”，即用同性质的标准量与被测量比较，并确定被测量对标准量的倍数。整个 测量过程包括对比、示差、平衡和读数4个基本动作。检测：人们常把检验和测量结合在一起，统称为检测。自动检测：在整个测量过程中，对比、示差、平衡和读数4个基本动作以及检验过程完全不需要或仅需要很少的人工干预，由系统自动完成。图L5 撫査墩检测系统1.2常用的基本检测方法有哪几种 ？各自的结构，特点是什么？ 直

2、接按照物理定律检测法 ：采用此种方法时，从被测对象中取得 能量时不应影响被测对象的物理状态。根据是否需要辅助能源， 可分为：1.无需辅助能源的直接变换式 2需要辅助能源的调制变换 式。探查型检测法：探查型检测法的输入信号是由探查部件发出的探 查信号与被测物体的被测量以某种规律变换而成的 比较型检测法：包括：平衡法、偏差法、微差法 优点：精度高；不需要标准量具，也无需平衡操作； 测量速度快，比较适用于工程测试。图1-11侥恳处理型检筒系统信息处理型检测法：经过对检测所得信息进行处理分析后，才能得到 所需的被测量的检测方法。1.3常用检测系统的动态特性有哪几种？一阶检测系统、二阶检测系统1.4检测

3、系统有哪几种基本结构 ？ 重复（串联）结构、反馈结构、差动结构、扫描结构、多次测量操作结构1.5检测系统的静态指标有哪些 ？其主要含义各是什么？精确度：精密度、正确度、精确度等级稳定性：在规定时间内，在规定工作条件保持恒定时，检测系统性能保持不变的能力。 分辨率：检测系统可有意义地区分两个紧邻所示量的定量表示 灵敏度：检测系统在稳态下输出增量对输入增量的比值线性度：系统的实际输入输出特性对理想直线性输入输出特性的近似程度重复性：检测系统在同一工作条件下，输入量按同一方向做全量程变化，进行多次测量，确定输入输出特性的不一致程度再现性：检测系统对被测量进行一次测量后，经过一段时间，在同样的条件下再

4、进行测量，确定输入输出特性的不一致程度1.8将微机应用于自动检测方面的典型方式有哪些？智能仪器仪表、自动测试系统、计算机辅助测试、微机自动检测1.9智能仪器仪表的特点是什么 ？微机在智能仪器仪表中的作用是什么？简述智能仪器仪表的发展的趋势。特点：（1 ）功能增多，性能提高；（2）具有数据处理功能；（3）可靠性高，设计制造相对容易，使用维修简单， 价格低廉；（4）集中控制；（5）绝大多数智能仪器仪表具有对外接口技术；（6）多数仪器有选择功能，量程和数据处理程序，也有用 菜单”方式选择。作用：（1）能自动修正各类测量误差；（2）能自动切换量程；（3）能对信号进行复杂的运算和处理；（4）能以多种形式

5、输出信息；（5）能对仪器本身进行自检和故障监控，发现故障能及时报警。发展趋势：（1）采用新的微处理器和 VLSI ；（ 2）智能仪器仪表向组合型发展； （3）加强智能仪表的自检和故障 诊断功能；（4）逐步将间接测量参数变成直接测量参数； （5）数据域测试仪器正兴起；（6）专家系统仪器是一个 颇具前途的发展方向。1.10计算机辅助测试 CAT和自动测试系统有何区别？画出计算机辅助测试系统的典型结构。 计算机辅助测试（CAT）：用计算机及其外部设备取代人的动作，感觉功能和人的思想功能所进行的测试。 自动测试系统：在人工最少参与情况下， 能自动进行测量、数据处理，并以适当方式显示或输出测试结果的系统

6、。1.12什么是自适应测试？自适应测试中需要解决的几个关键问题是什么？简述自适应测试的几种实现途径。能根据待测试件、待测试量或测试环境变化而自动改变其结构或参数，以获得最优测试性能。1、确立最优测试性能的目标。2、建立自适应测试模型。3、实现自适应算法的结构由硬件及软件组成。可在测试系统的三个主要环节上实现：1、自适应采样；2、自适应数据处理；3、测试系统结构参数自适应调节。1.13画出微机自动监测系统的典型结构，简述各部分的作用。带檸斟1 -悄福葛上數据采羅 于療统-B_予馬貌 -慣聘4* ”.fet他仅SU亠A接口被测试粗件 控制Q以他挖制対驚 st 示-打口】握蛊牌入I/O 设备图1-4

7、4 微机白动楡测系统的典型结构微机基本子系统：整个系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用。数据采集子系统及接口用于和传感器、检测元件、变送器连接，实现数据采集、选路控制、零点校正、量程自动 切换等功能。基本I/O子系统及接口用于实现人-机对话、输入或改变系统参数、改变系统工作状态，输出检测结果、动态显 示测控过程，实现以多种形式输出、显示、记录、报警等功能。通信子系统及接口用于实现本系统与其他仪器仪表、系统的通信与互连。数据分配子系统及接口实现对被测测控对象、被测试组件、测试信号发生器，甚至于系统本身和检测操作过程的自动控制。接口完成它所连接的设备之间的信号转换和交换、信号传输、信号拾取

8、、对信息进行必要的缓冲或锁存，增强微 机自动检测系统的功能。2.1数据采集系统的应用场合和它的作用是什么？ 数据采集系统已在工业、农业、气象、医学等科技部门中获得了广泛应用，尤其是在空间技术中应用更为普遍和 重要。人们可以通过对信号的测量、处理、控制及管理来实现测、控、管的自动化与一体化。2.2说明数据采集系统的典型结构及其各部分的作用。由4部分组成：数据采集器，微机接口电路，DA转换器，应用软件1、 包括多路开关 MUX、测量放大器IA、采样保持器SHA、模数转换器 ADC等。将多个现场模拟信号按某种 规则逐个采集，再量化后送入微型计算机进行处理。2、用来传送数据采集系统运行所需的数据、状态

9、及控制信号。3、将计算机输出的数字信号转换为模拟信号，以实现系统要求的显示、记录与控制任务。4、 在众多的应用场合，多路开关MUX之前或之后还要配置滤波、前置放大等信号调理电路。2.3数据采集系统的常用分类方法有哪些？多通道数据采集系统的常用结构形式有哪些？说明各自的特点和使用 场合。1、根据数据采集系统的功能分类；2、根据数据采集系统适应环境分类；3、根据数据采集系统的控制功能分类；4、根据模拟信号的性质分类；5、根据信号通道的结构方式分类。高电平单端输入分时多通道收集结构：特点：1、可方便地用增加多路开关的办法来扩充模拟信号通道数；2、高电平信号，只需要从机械方面考虑接线端的问题。使用场合

10、：高电平单端输入低电平差动输入分时多路收集结构：特点：1、在每个输入通道中的信号调理电路要加入差分放大器，放大倍数由程控方法自动改变；2、在输入端子板中，除了要从机械方面考虑外，还需从电方面考虑，特别要注意热电势 及共模电压引起的误差；3、低电平放大器必须有足够的增益，以使低电平信号满量程放大后续的缓冲放大器输入满量程；4、低电平多路开关切换必须使用三线切换，各通道应加屏蔽和抗干扰措施；5、低电平传输因各接点、引线端和开关等的接触电阻而产生干扰，可用补偿方法予以校正。使用场合：低电平差动输入伪同步多通道收集结构：特点：1、多个通道加了采样保持放大器，控制作用可使输入信号实现同时采样，可对各通道

11、信号进行瞬时比较，消除了前述分时采样带来的时间歪斜误差；2、经采样后仍由多路模拟开关进行分时选通和转换；3、同时采样的各通道采样保持时间内的变化量各不相同，仍然非完全同步。使用场合：可用于高电平模拟信号输入等同步多通道收集结构：特点：完全与实际、自然时间同步，消除了分时采样的歪斜误差，且实现了同步转换，各 通道转换值完全瞬时对应。使用场合：用于高电平单端输入和低电平输入。2.4模拟量输出子系统的常用结构有哪些？各自的特点和选用条件是什么？数据分配分时转换结构：多个通道配置一套输入寄存器和D/A转换器，微型计算机的结果数据通过数据总线分时地选通到哥通道输入寄存器，当数据选通到输入寄存器的同时，D

12、/A立即实现数字数据到模拟信号的转换。其特点是可靠性高，速度快，即使某一路出现故障也不会影响其他通道的工作。数据分配同步转换结构：在数据总线与 D/A转换器的输入寄存器之间增加了一个数据缓冲寄存器。各通道模拟量输出量是瞬时对应的，不存在时间歪斜。各D/A转换器的输出仍需要信号调理电路进行所需的处理。分时转换多通道模拟分配结构：各通道共用一个 D/A转换器和一个数据输入寄存器。2.5数据采集系统的时序控制方法有哪些？各自的特点是什么？1硬件定时法；利用硬件定时的顺序控制数据采集系统2程序控制通道I/O传送（PIO结构）：是最基本的控制结构，包括查询和中断方式，都视为程序控制通道I/O方式。3.D

13、MA法：又称为数据通道传送方式，用它传送数据比中断方式快得多4帧格式结构：为了使不同频率的参数获得相应的采样频率，常采用主交换子、畐肢换子和次交换子所构成的组合交换子，来实现在同一数据采集系统中以不同采样频率对不同类型的参数进行数据采集5. PIO与DMA结合的复合结构：在复合结构中，多路切换的控制部分包含了一个用户可编程的随机存储器2.7A/D转换器有哪些品种，其特点是什么？说明它的主要参数，输入输出方式和控制信号。衰2各种类型集咸扣口性能总用途一览険转换方式tt点続点主妾用逢线性度好梢度与穩宦性取决于时钟血 率和屯容元件 速墮较低 需惮时问不定嫌忧的爼和仪表 线性度妹 易自胡岡零®

14、;与元件犒度无捱 与时钟連麼无芜速度较低译通用谨的數卞仪器仪表 速度较快 糟度，分辨率较髙 价格适中 功耗诸中 蓿攬岂分驟爭取决于权电阳SKtt定性 战蛊馆葺輕有S/H电瞎 分析仪黠 更齐仪髓 晋频的数宇足计數型 可庄续眼粽输人何号 叮提供正、负坤的信息 町提供離人信号的症北WA馆息的带宽受廉制井行比较阿战性度尚好 元ftstra分菇卓牌求的挝高 功耗大®实睁分嫌率壁元杵的甩制 信号的IW悲甘忻 观頻伯号散字化2.8A/D转换器如何与 CPU接口？ 8位以上A/D如何与8位CPU进行接口？这类接口在设计中的要点是什么？ 一种是片内包含可控的三态门构成的输出缓冲器，输出数据线直接与CP

15、U的数据线相连接；另一种是输出数据线不允许与CPU数据总线直接连，而必须通过I/O通道与CPU交换信息。8位以上的A/D和8位CPU连接需增加读取控制逻辑，对8位以上的数据分两次读出。2.9 D/A转换器有哪几类？其主要技术指标有哪些？8位以上D/A转换器如何与8位CPU进行接口？8位数据送入第一级锁存器，再将高4位数»2-7几孙器血芯片删点和讎WA邂号fi t魏电曲V）M%w)与TIL籍DO83281000町卡-10-+ 10加是$5000.1+ 5' + 15-10-+ 10曲星AHZ520io500105-0.2+ 5- + 15-25' + 25是AD5611

16、0” 2500.025-0.051+5 + 16Vg-HH-16正电整：8-10 负电甌12-14是AD7521125000.0-0.05+5- +15-25-+2510是DAC12101210000.05+S-+15 1卜+山是8位以上D/A与CPU连接常采用双缓冲器结构。当转换时，先将低据送入第一级锁存器， 然后同时选通第二级高 4位和低8位锁存器，将第一级缓冲器中的数据送入第二级缓冲器 中，D/A转换器将12位数据同时进行转换。2.10D/A转换电路如何实现双极性电压输出？图2-49晦D/A连接成取极性输出的电路2.11说明模拟多路开关 MUX在数据采集中的作用及其使用方法。在多通道共享

17、A/D数据采集系统中，需要用模拟多路开关轮流切换各通道模拟信号并进行A/D转换，以达到分时切换各路模拟信号进行测量的目的。选用时必须注意有不同的引出管脚形式。1、输出完全独立的，输出立即与相应的输入配对，可作为独立开关使用；2、多路转换器：一种输出端都连接在一起；另一种把输入分成两组，每组一个输出端，专门提供转换差分 信号，在共模干扰较大时，必须选用这种。2.12说明采样保持电路在数据采集中的作用及其使用方法。采样保持电路分为哪两种类型？对数据采集系统的精度有决定性的影响。采样保持电路作为A/D转换器的前级，主要起信息隔离缓冲作用。如果要对变化速度高的模拟信号进行A/D转换，转换精度要求又比较

18、高，这时为防止A/D转换过程中的信号发生变化就必须使用采样保持电路。利用采样保持电路和多路转换器配合可以加快采样过程。采样保持电路有采样和保持两种运行模式。3.1试比较PC系列总线的性能。PC/XT总线：PC/XT机有8个62芯扩展槽，在扩展槽上可以插入不同功能的插件版，用来扩充系统的功能。ISA总线：采用80286CPU的PC/AT机及其兼容机所使用的扩展总线。在8位的PC-XT总线基础上扩展为 16位总线。EISA总线：在ISA总线基础上发展起来，其数据总线宽度增加到32位，地址总线宽度也增加到32位，并具有高速同步传送功能。在结构上，凡原ISA的连线均被EISA保留。PCI总线：是先进的

19、高性能局部总线，可同时支持多组外围设备。PCI总线不受制于处理器，为中央处理器及高速外围设备提供一座桥梁，提高数据吞吐量。3.9简要说明使用RS-232C标准的几种通信系统的结构及通信过程。信号地(AB)计尊机DCE清求发送忙汕终端DTE後收鴨(BB)* - MODEMMODEM接收救摒(SB)”计算机DCE煤护地(AA)终端DTE信号地刚S® O(BA)f接收数据但別谪求发送(CA)梢除发送(CB)做据雙端就绪标准通馆系统2)简单iS宿系统3.11何谓同步通信和异步通信？试将这两种通信方式做比较。同步通信：同步通信需要与数据一起传送时钟信息。传输的一帧信息中，可以将多个要传送的字符

20、放在同步字符的后面，这样，每个字符的起始位和停止位就不用了。发送和接受移位寄存器的初始同步是使用一个同步字符来完成的。异步通信：它用一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束，构成一帧。发送的每一个数据字符带起 始位、停止位和可选择的奇偶位。异步数据发送器先送出一个起始位，紧跟着是具有一定格式的串行数据位和停止位。停止位通常被接收器用来判别接收过程中的某些错误。同步传送的速度高于异步。3.13如何实现MCS-51单片机与PC机的数据通信？它们之间的数据交换通常采用串行通信的方式。PC机内装有异步通信适配器板，其主要器件为可编程的8250UART芯片，它使该机有能力与其他具有标准RS-23

21、2串行通信接口的计算机或设备进行通信。而8031本身具有一个全双工的串行口，因此，只要匹配一些驱动、隔离电路就可以组成一个简单可行的通信接口。3.14说明IEEE-488并行通信标准的基本性能和系统工作方式。1、 可用一条总线连接若干台装置(最多不超过15台)；2、 互连电缆的传输路径总长不超过20m；3、 数据传输采用位并行(8位)、字节串行、双向异步传输方式，其最大数据传输速率为1Mbps ；4、 信息逻辑采用负逻辑，低电平为1,高电平为0；5、一般情况下，一个自动测控系统内只有一个控制器发送各种控制信息，进行数据处理；系统中每一设备按三种基本方式之一进行工作：1、听者方式：从数据总线上接

22、收数据，在同一时刻可以有两个以上的听者在工作。2、讲者方式：向数据总线上发送数据，一个系统的多个讲者在每一时刻只能有一个讲者在工作。3、控者方式：控制其他设备。每一时刻系统中的多个控者只能有一个起作用。3.19VXI总线有哪些技术优势？1. VXI总线标准是在 VME总线和GPIB总线基础上发展起来的一种新型仪器系统总线。2. 与GPIB或RS-232比较，VXI总线的技术优势：? VXI总线易于集成化；? 用VXI组建测控系统时，硬件和软件更容易谐调合；? 用VXI组建的系统，比 GPIB组建的系统占用的空间小；? VXI总线系统的并行数据数传速率高于GPIB传输速率；? VXI总线系统的可

23、靠性明显高于GPIB ；? VXI总线系统适用于位数不同的多种微机和寻址方式，灵活方便。3.28什么是现场总线？现场总线有何技术特点？现场总线是应用在生产现场，在微型计算机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。特点：系统的开放性；互操作性与户用性；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性；一对N结构；可控状态；互换性；综合功能；统一组态。3.30LON总线的特点是什么？其通信协议是什么？? 有三个处理单元的神经元芯片Neuron，可完成网络控制功能；? 支持多种通信介质；? 给用户一个完整的开发平台；? 支持面向对象编程，易实现网络的互操作使用开放式通信协议 Lon Talk。4

24、.10简述远程虚拟仪器的原理和典型结构。远程虚拟仪器是虚拟仪器在网络领域的扩展，它能通过局域网或In ternet与远端相连，获取远端的动态数据,或将控制信号传送到远端，使在本地PC上监控远端成为可能。J5+-7远恳倉扭収器系堀结构4.11简述相位差测量的原理及常用方法。常用相位-时间转换法、FFT谱分析法、相关法。5.1与硬件滤波器相比较，采用数字滤波法克服随机误差有何优点？ 无需硬件，因此可靠性高，不存在阻抗匹配问题。 用软件算法实现，可以使多个输入通道共用一个软件滤波器”，降低硬件成本。 适当改变软件滤波器的滤波程序和运算参数，即可改变滤波特性。 5.2常用的数字滤波算法有哪些？说明各种

25、滤波算法的特点和使用场合。程序判断法：又称限幅滤波，对于随机脉冲或尖脉冲干扰，限幅滤波是一种十分有效的方法。 中位值滤波法：这种方法能有效地克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等造成的脉冲干 扰。适合于对温度、液位等缓慢变化的被测参数进行滤波。算术平均滤波法：这种算法适用于一般具有随机干扰的信号进行滤波。对信号的平滑程度完全取决于N值，N值较大时，平滑度高，但灵敏度低；N值较小时，平滑度低，但灵敏度高。递推平均滤波法：此种方法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；对于偶然出现的脉冲干 扰抑制作用差，因此不适用于脉冲干扰比较严重的场合，而适用于高频振荡系统。加权递推平均滤

26、波法：加权递推平均滤波法：是递推平均滤波算法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权，通常越接近现时刻的数据，权取得越大。此种算法适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系 统。一阶惯性滤波法：是一种以数字形式通过算法来实现的动态RC滤波方法，它能很好的克服模拟滤波器的缺点。一阶惯性滤波算法对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频繁的参数滤波。不足：易带来相位滞后，灵敏度低；不能消除频率高于采样频率二分之一的干扰信号。复合滤波法：把前面介绍的两种以上的方法结合起来使用。防脉冲扰动平均滤波算法就是一种应用实例。优点：无论是缓慢信号变化的过程变量，还是对快速变化的过程变量，都能起到较好的滤

27、波效果。5.3如何克服系统的非线性误差？ 1代数插值法（线性插值、抛物线插值）2、最小二乘法（直线拟合、曲线拟合）3. 最佳一致逼近法（线性最佳一致逼近、分段线性最佳一致逼近）5.4举例说明系统零位误差和增益误差校正法。1. 零位误差的校正方法在每次测量过程中，每次测量后，均从采样值中减去原先存入 的零位输出值，从而实现零位校正。在每一个测量周期或中断正常的测量过程中，把输入接地，此时包括传感器在内的整个测量输入通道的输出即为 零位输出N。；再把输入接基准电压 V测得数据Nr，并将N。和Nr存于内存；然后输入 V接测得Nx，则测量结果可用以下式子计算出来VrNr _N。(Nx- No)2增益误

28、差的校正方法（1）全自动校正（2 ）人工校正5.5说明量程自动切换的目的和具体实现方法。如果传感器和显示器的分辨率一定，而系统的一起范围很宽时，为了提高测量精度，系统应具有量程自动切换功能。有选用程控放大器和不同量程的传感器这两种途径。5.6为什么要进行工程量变换？非线性系统如何进行工程量变换？实际应用中，被测模拟信号被检测出来并转换成数字量后，常需要转换成操作人员所熟悉的工程量，因为被测对象的各种数据的量纲与 A/D转换的输入值是不一样的。这些单数经传感器和A/D转换后得到一系列的数码，这些数码值并不等于原来带有量纲的参数值。它仅仅对应于参数的大小，故必须把它转换成带有量纲的数值后才能运算、

29、显示或打印输出。被测量为非线性刻度时，其变换式应根据具体问题分析，首先求出它所对应的标度变换公式，然后再进行程序设计。6.1干扰如何进入检测系统？干扰串入系统的渠道主要有三个：空间（电磁感应）；传输通道；配电系统一般经空间感应传入的干扰在强度上远远小于从传输通道和配电系统传入的干扰6.2说明干扰对微机检测系统的影响以及抗干扰的重要性。干扰优势会严重破坏仪器仪表的器件或程序，使仪器仪表产生误动作， 为了保证检测系统的稳定可靠的工作，在着手电路、结构和软件设计的同时，必须周密考虑和解决抗干扰问题。6.3何谓串模干扰和共模干扰？如何克服？串模干扰：是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到系统上。共模干

30、扰：指输入通道两个输入端上共有的干扰电压。 抑制串模干扰的具体措施：信号滤波，信号积分等。共模干扰的抑制：（1）浮空方法（2）采用差动放大器的浮动测量方法（3）隔离方法6.4开关量输入输出通道，通常采用何种器件来抑制干扰？光电耦电路的参数如何确定？ 开关量输入输出回路主要采用隔离器件切断其公共地线，实现彼此电隔离以抑制干扰脉冲。 输入电路：采用光电耦合器的开关量输入隔离电路。输出电路：采用继电器隔离的开关量输出电路。6.5说明模拟量输入通道的抗干扰措施，并对各种情况下抗干扰电路设计特点进行具体说明。模拟量I/O电路与外界的电气隔离可用安全栅来实现。利用光电耦合器的开关特性在模拟量通道数字电路部

31、分进行隔离：利用光电耦合器的线性耦合，直接对模拟信号进行隔离：因为光电耦合器的线性偶和区域一般只能在一个特定的范围内，因此应保证被测信号的变化范围始终在次线性区域内。6.6说明模拟量输出通道的抗干扰措施。6.7如何抑制来自电源与电网的干扰？对各种措施加以说明。1）抑制电网干扰的措施措施一：采用能抑制交流电源干扰的计算机系统源。措施二：采用不间断电源 UPS。它除了有很强的抗电网干扰能力外，更主要的是万一电网断电，它能以极短的时间切换到后备电源上去。措施三：以开关式直流稳压电源代替各种稳压电源。6.8如何抑制地线系统的干扰 ？接地设计时应注意什么？设计时要注意以下三点：接地方式的选择、接地位置的选择、电缆和接插件的屏蔽。地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰（共模干扰），抑制地环路干扰的方法有将一端设备浮地、采用变压器隔离（经过良好屏蔽的变压器可以在1MHz以下的频率提供有效的隔离）、采用光耦隔离（寄生电容一般为2pf)、使用共模扼流圈(线圈间存在寄生电容，对高频干扰的隔离效果很差)。总之，解决地环路干扰的方法有切断地环路，增加地环路的阻抗，使