智能仪器原理与设计教学大纲

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，解决现代电子仪

2、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46学时，实验教学时数为 8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第五章智

4、能仪器典型处理功能68第六章 基于电压测量的智能仪器66第七章信号发生器628第八章智能电子计数器426第九章数字示波器426复习22合计46854六、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X 30%期末考试成绩占X 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点。教学重点：

5、智能仪器的组成及特点、智能仪器的设计要点。教学难点：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A/D转换器概述，积分式 A/D转换器与微处理器接口；掌握逐次比较式 A/D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：积分式 A/ D转换器与微处理器接口，逐次比较式 A/ D转换器与微处理器接口。 教学难点：输入通道、输出通道的设计。二、教学内容1、A/ D转换器概述2、逐次比较式 A/

6、 D转换器与微处理器接口3、积分式A/ D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）、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

7、通信总线协议； 掌握GPIB接口电路的设计，串行通信接 口电路的设计；熟悉串行通信接口电路的设计。教学重点：GPIB接口电路的设计。教学难点：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、【实验一：放大器和滤波电路实验（训） 】实验项目简介： 该实验为学生必做的、验证型实验。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。实验目的： 选择合适的运算放

8、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到指标的差异，分析其原因，提高对信号的滤波处理认识。实验学时： 2 学时实验内容：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IkHHz,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调整，确定各个元件的参数。实验方式与注意事项： 注意电压值的大小及电容的极性。实验预期效果： 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

9、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：仪器测量精度的提高措施、自动测量功能实现设计。 教学难点：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第六章 基于电压测量的智能仪器（ 6 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：智能化 DVM原理；智能化 DMM原理；智能化 RLC测量仪原理。

10、教学难点：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）、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：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：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、【实验二：D/A转换实验（训）】实验项目简介： 该实验为学生必做的、验证型实验。通过该实验，加强对模数转换模块 的认识及其掌握，提高

11、对输出信号的应用能力。实验目的： 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。实验学时： 2 学时实验内容：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。 实验方式与注意事项：注意 8031和DAC0832芯片的管脚功能。实验预期效果： 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（ 6 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：典型部件的分析。教学难点：智能电子计数器的设计。二、教学内容1 、电子计

12、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、【实验三：智能频率计实验】实验项目简介： 该实验为学生必做的、验证型实验。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，提高学生的应用分析能力。实验目的： 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。实验学时： 4 学时实验内容：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

13、置及结果显示。实验方式与注意事项： 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。实验预期效果： 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。第九章 数字示波器（ 6 学时）一、本章的教学目的和要求了解数字示波器的组成；掌握数字示波器的组成及其原理；熟悉智能电子计数器的设计。 教学重点：数字示波器的组成及原理。教学难点：数字示波器的设计。二、教学内容1、数字示波器概述2 、数字示波器的组成原理3、数字示波器的设计4、【实验四：基于单片机的智能仪器综合设计 -8255A 控制交通信号灯实验】实验项目简介： 该实验为学生必做的、验证型实验。该实验是一个综合性设计实验，主

14、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。实验目的： 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。实验学时： 4 学时实验内容：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，编写标度变换程序并进行调试 实验方式与注意事项：对计时的处理，注意选择开关的切换。执笔人：张守兴专业负责人：占永宁主管教学领导：龙军实验预期效果：在仿真软件中必须实现通过运行。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zw