智能仪器复习资料

1、第一章1、智能化测量控制仪表的基本组成框图，以及各部分功能。1）组成框图：2）各部分作用：单片机：是仪表的主体，主要进行数据处理。程序存储器：对于小型仪表来说，单片机内部的存贮器已经足够，大型的仪表要进行复杂的数据处理，或者要完成复杂的控制功能，其监控程序较大。测量数据较多，这时就需要在单片机外部扩展片外存储器。A/D转换接口：把被测量的模拟信号转换成数字信号，通过输入通道进入单片机内部。键盘：向单片机置入的各种命令。D/A转换：把单片机发出的数字信号转换后成为能够完成某种控制功能的模拟电压。显示器接口：可接显示器、数码管等，实现人机交换功能。打印机：一般采取微型打印机，打印输出处理结果。通讯

2、接口：通过GPIB或者RS-232接口总线与其它的仪器仪表甚至计算机作远距离通讯，以达到资源共享的目的。2、自检的定义及分类。所谓自检，就是仪表对其自身各主要部件进行的一种自我检测过程，目的是检查各部件的状态是否正常，以保证测量结果的正确性。自检一般可分为开机自检、周期性自检和键控自检三类。开机自检是每当接通电源或复位时，仪表即进行一次自检过程。周期性自检是在仪表的工作过程中，周期性地插入自检操作；它是完全自动的，通常在仪表工作的间歇期间插入，不干扰正常测量过程(除非是检查到故障)，它是不为仪表操作者所察觉的。键控自检是在仪表的面板上设置一个专门的自检按键，需要时可由操作人员启动仪表进行自检。

3、3、智能仪器硬件设计对单片机的选择应考虑的因素有哪些？应考虑的因素：字长、寻址能力、指令功能、执行速度、中断能力以及市场对这种单片机的软硬件支持状况等。第二章1、单片机的两种节电方式：空闲和掉电方式。2、试画出单片机与外部存储器，I/O端口的连接图，并说明为什么外扩存储器时P0口要加接地锁存器，而P2口却不用加接？（图见书24页）P0口在进行外部扩展时分时复用，在读写片外存储器时，P0口先送出低8位地址信号，该信号只能维持很短的时间，然后P0口又送出8位数据信号。为了使在整个读写片外存储器期间，都存在有效的低8位地址信号，必须在P0口上外接一个地址锁存器，在ALE信号有效期间将低8位地址锁存于

4、锁存器内，再从这个锁存器对外输出低8位地址，P2口在进行外部扩展时只用作高8位地址线，在整个读写期间P2口输出信号维持不变，因此P2口不需外接锁存器。3、若SP=26H，PC=2346H，标号LABEL所在的地址为3466H，问执行长调用指令LCALL LABEL后，堆栈指针和堆栈的内容发生什么变化？PC的值等于什么？SP+1 SP(27H)=49HSP+1 SP(28H)=23HPC的值等于3466H4、CHMOS型单片机的节电运行方式是由什么特殊功能寄存器控制的？它有几种节电运行方式？应如何控制？单片机的节电工作方式由特殊功能寄存器PCON（地址为87H）控制的，提供了两种节电工作方式：空

5、闲和掉电方式。如何控制如下：PD：掉电方式控制位，置“1”后使器件进入掉电方式。IDL：空闲方式控制位，置“1”后使器件进入空闲方式。应当指出，若PD和IDL同时置“1”时，则使器件进入掉电工作方式。5、I2C总线的主要特性是什么？1）总线只有两根线：串行时钟线和串行数据线2）每个连到总线上的器件都可由软件以唯一的地址寻址，并建立简单的主/从关系，主器件即可作为发送器，也可作为接收器。3）它是一个真正的多主总线，带有竞争检测和仲裁电路，可使多主机任意同时发送而不破坏总线上的数据。4）同步时钟允许器件通过总线以不同的波特率进行通信。5）同步时钟可以作为停止和重新启动串行口发送的握手方式。6）连接

6、到同一总线的集成电路数只受400pF的最大总线电容的限制。第三章1、ADC和DAC的主要技术指标有哪些？ADC的分辨率和精度是一样的吗？主要技术指标：分辨率、精度、量程、线性度误差、转换时间。分辨率和精度是两个不同的概念。分辨率反映转换器所能分辨的被测量最小值；精度是指转换结果相对于实际值的偏差。同样分辨率的A/D转换器其精度可能不同。2、多于8位的DAC和8位的微处理器接口时为什么要采用双组缓冲器结构？结合图3.3和图3.4分析DAC输出产生“毛刺”的原因及消除的方法。采用双缓冲器结构的原因是避免产生“毛刺”现象。多于8位的DAC和8位的微处理器接口时会存在一个问题，就是在输出低8位数据和高

7、2位数据之间，会产生“毛剌”现象，如图3.3 (b)所示。假设两个锁存器原来的数据为0001111000，现在要求转换的数据为 0100001011，新数据分两次输出，第一次输出低8位。这时DAC将把新的8位数据与原来数据的高2位一起组成0000001011转换成输出电压，而该电压是不需要的，即所谓“毛刺”。其消除方法是采用双缓冲器结构，如图3.4。单片机先把低8位数据选通输入锁存器1中，然后将高2位数据选通输入锁存器3中，并同时选通锁存器2，使锁存器2与锁存器3组成10位锁存器向DAC同时送入10位数据，由DAC转换成输出电压。3、试利用图3.6硬件接口编写一个锯齿波程序，已知台阶电压V=3

8、9mV，要求波形的起始电压为2V，终止电压为5V。程序如下：MOV DPTR，#7FFFHSTART:MOV A,#66HLOOP: MOVX DPTR,A INC A INC A CJNZ A,#0FFH,LOOP AJMP START4、试设计ADC0809与单片机80C51的硬件接口，并编写A/D转换程序。1）硬件接口图如下：2）A/D转换程序：ORG 0000H ;主程序入口 AJMP MAIN ORG 0013日;外中断INT1入口 AJMP BINT1 ;转至ADC0809中断服务子程序 MAIN: ;主程序 MOV R0，#30H ;数据区首地址 MOV R4，#08H; 8路模

9、拟信号 MOV R2，#00H;模拟通道0 SETB EA ;开中断 SETB EX1 ;允许外中断l SETB IT1 ;边沿触发 MOV DPTR，#7FFFH; ADC0809端口地址MOV A，R2 MOVX DPTR，A;启动ADC0809 HERE: SJMP HERE ;等待 BINT1: ;中断服务子程序 MOVX A，DPTR ;输入转换结果 MOV R0，A ;存入内存 INC R0;数据区地址加1 INC R2 ;修改模拟输入通道 MOV A，R2 MOVX DPTR，A;启动下一路模拟通道进行转换DJNZ R4，LOOP; 8路未完，循环CLR EX1; 8路输入转换完

10、毕，关中断LOOP : RETI ; 中断返回5、分析VFC的工作原理，并设计一个用VFC实现的ADC接口。VFC的工作原理: VFC是根据电荷平衡原理工作的。其原理电路与工作波形详见图3. 38。核心部分是由Al、Rf、和Cf组成的积分器。开始时，二极管D1截止，D2导通，积分器对输入电压进行负向积分，积分电容Cf的充电电流为Vi/Rf。A2是带滞环的电压比较器。每当比较器的输出从高电平变为低电平时，定时器就输出一个脉宽固定为Tj的负脉冲，使二极管D2截止， D1导通。Ij从积分电容Cf上取走一份固定的电荷量IjTj。 由于Ij>Vi/Rf，故在定时电路输出负脉冲期间，积分器的输出变成

11、正向积分，直至电路恢复至初始态，以后就周期地重复上述过程。所谓电荷平衡原理是指在一个周期中，积分电容得到的电荷量与放出电荷量相等，即 因此输出频率可表示为 由式(3-21)可知，在确保定时器脉宽Tj，恒流源Ij和积分电阻Rf具有足够高精度的条件 下，输出脉冲频率与输入电压有精确的线性关系。利用VFC组成的A/D转换器的原理框图如下图所示。图中，输入模拟电压Vi经VFC变成频率信号，加至控制"与"门。测量未进行时，"与"门关闭。当测量开始时，由CPU 发出启动脉冲，启动定时器工作，产生定时脉冲T，控制"与"门的打开时间。在时间T内， V

12、FC产生的频率信号由计数器进行计数。由于式中，fo为VFC的输出频率；K为比例常数；Vi为输入模拟电压。计数器在时间T内的计数值为可见计数值N与输入模拟电压Vi成正比例，这样就把被测模拟电压变换成数字信号了。由式 (3-23)可见，只要改变定时器的时间T，就可改变输出的数字值N(对同样的Vi)，从而可改变测量的分辨率。例如，选用频率范围为01 MHz的VFC，取定时时间T=l s ，计数器用 6位半的BCD计数器，则分辨率可高达106。7、在数据采集系统中有几类前置放大器？选择前置放大器的依据是什么？答： 前置放大器一般采用集成运算放大器(简称运放)。集成运放有通用型(如F007、A741、D

13、G74l)和专用型两类。专用型有低漂移型(如DG725、ADOP-07、ICL7605)、高阻型(如LF356、CA3140、DG3140)、 高速型(如LM318、NE530，A715)、低功耗型(如LM4250 ，A335)等。使用时应根据实际需要来选择集成运放。选择的依据是其性能参数：差模输入电阻、输出电阻、输入失调电压、电流及温漂、开环差模增益、共模抑制比和最大输出电压幅度等。这些参数均可以从有关手册中查得。8、采样保持器SH的作用是什么？试分析利用SH提高被测信号频率的原理。（P174）答：采样保持器的作用是保持输入信号在ADC转换期间不变。第四章1、编码键盘与非编码键盘各有什么特点

14、？编码键盘能够由硬件自动提供与被按键对应的ASCII码或其他编码。但是它要求采用较多的硬件，价格昂贵。非编码键盘则仅提供行和列的矩阵，其硬件逻辑与按键编码不存在严格的对应关系，而要由所用的程序来确定2、键盘接口需要解决哪几个主要问题？什么是按键弹跳？如何解决按键弹跳的问题？试画出硬件反弹跳电路和软件反弹跳流程。需要解决三个主要问题：1）按键识别；2）反弹跳 ；3）串键保护 。按键弹跳：当按键开关的触点闭合或断开到其稳定，会产生一个短暂的抖动和弹跳。解决方法：采用硬件方法，也可采用软件延迟的方法。通常，在键数较少时采用硬件方法，当键数较多时(16个以上) ，则经常用软件延时的方法来反弹跳。硬件反

15、弹跳电路和软件反弹跳流程如下：3、分别画出共阴极和共阳极的7段LED电路连接图。4、LCD显示器的工作原理。工作原理：LCD是一种被动式显示器，它本身并不发光，只是调节光的亮度。目前常用的LCD是根据液晶的扭曲-向列效应原理制成的。这是一种电场效应，夹在两块导电玻璃电极之间的液晶经过一定处理后，其内部的分子呈90°的扭曲。这种液晶具有旋光特性。当线性偏振光通过液晶层时，偏振面会旋转90°。当给玻璃电极加上电压后，在电场的作用下液晶的扭曲结构消失，其旋光作用也随之消失，偏振光便可以直接通过。当去掉电场后，液晶分子又恢复其扭曲结构。把这样的液晶放在两个偏振片之间，改变偏振片的相

16、对位置(平行或正交)就可得到黑底白字或白底黑字的显示形式。第五章1、智能仪表的干扰类型，它们是通过什么途径进入仪表内部的？类型：串模干扰、共模干扰、电源干扰及数字电路的干扰。进入仪表内部的途径：电磁感应、传输通道和电源线。3、如何抑制地线系统的干扰？接地设计时应注意什么问题？（1）正确接地是仪表系统抑制干扰所必须注意的重要问题。在设计中若能把接地和屏蔽正确地结合，可很好地消除外界干扰的影响。接地设计的基本目的是消除各电路电流流经公共地线时所产生的噪声电压，以及免受电磁场和地电位差的影响，即不使其形成地环路。（2）注意的问题：1）一点接地和多点接地的使用原则。2）屏蔽层与公共端的连接。3）交流地、功率地同信号地不能共用。4）屏蔽地(或机壳地)接法随屏蔽目的不同而异。5）电缆和接插件的屏蔽。4、什么是程序“跑飞”？有几种措施对付程序“跑飞”？程序“跑飞”：干扰信号已经通过某种途径作用到了CPU上，CPU就不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。这就是通常所说的程序“跑飞”。措施：1）最简单的方法是使CPU复位，让程序从头开始重新运行。2）采用“指令冗余”，就是在