第一章 智能仪器绪论

1、复旦大学智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础教师：姚利红Tel:157-2596-5312QQ:459203069E-mail:智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础一、智能仪器基本概念一、智能仪器基本概念 三三、智能仪器各模块软件设计智能仪器各模块软件设计 四四、抗干扰技术及数据处理、抗干扰技术及数据处理 课程主要内容课程主要内容二二、智能仪器硬件模块智能仪器硬件模块 微处理器、数据采集系统、输微处理器、数据采集系统、输出接口、外围设备、通信接口出接口、外围设备、通信接口五、智能仪器设计原则及实例五、智能仪器设计原则及实例 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能

2、仪器的广泛应用智能仪器的广泛应用智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的广泛应用智能仪器的广泛应用智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的广泛应用智能仪器的广泛应用智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的广泛应用智能仪器的广泛应用智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的广泛应用智能仪器的广泛应用智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器一般设计步骤智能仪器一般设计步骤智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的模块化设计思想智能仪器的模块化设计思想 根据仪器的功能要求和技术指标，根据仪器的功能要求和技术指标

3、，遵循自上向下、由大到小、由粗到细遵循自上向下、由大到小、由粗到细的思想，按仪器的功能层次，把硬件的思想，按仪器的功能层次，把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试；然后把它们连接起来，进计和调试；然后把它们连接起来，进行总调。行总调。 优点：每一个模块都相互独立，优点：每一个模块都相互独立，能进行独立的设计、研制、调试和修能进行独立的设计、研制、调试和修改。改。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础第一章第一章 绪论绪论从传统仪器到智能仪器从传统仪器到智能仪器一、一、重要性认识、仪器仪表、智能仪器重要性认识、仪器仪表、智能仪器智能仪器的分类、基本

4、结构与特点智能仪器的分类、基本结构与特点二、二、4 4个层次、个层次、2 2种结构、种结构、6 6个特点个特点智能仪器的发展智能仪器的发展 三、三、发展趋势、促进智能仪器发展的新技术发展趋势、促进智能仪器发展的新技术智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础从传统仪器到智能仪器从传统仪器到智能仪器一、一、1.1.对仪器仪表重要性的认识对仪器仪表重要性的认识仪器仪表是：仪器仪表是： 国民经济的国民经济的“倍增器倍增器” 科学研究的科学研究的“先行官先行官” 现代战争的现代战争的“战斗力战斗力” 法庭审判的法庭审判的“物化法官物化法官”在信息在信息“采集采集传输传输处理处理”的的信息获取中，信

5、息获取中，仪器仪表是源头仪器仪表是源头科学仪器产业科学仪器产业是信息产业是信息产业智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 钱学森：钱学森：“新技术革新技术革命的关键技术是信息技术。命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术是关键分组成。测量技术是关键和基础。和基础。” 门捷列夫：门捷列夫：“科科学是从测量开始的。学是从测量开始的。”智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 德米特里门捷列夫，19世 纪俄国化学家，他发现了元素 周期律 并就此发表了世界上 第一份元素周期表。 1907年2月2日，这

6、位享有 世界盛誉的俄国化学家因心肌梗塞与世长辞，那一天距离他的73岁生日只有六天。他的名著、伴随着元素周期律而诞生的化学原理，在十九世纪后期和二十世纪初，被国际化学界公认为标准著作，前后共出了八版，影响了一代又一代的化学家。 门捷列夫门捷列夫智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础钱学森钱学森 钱学森（1911.12.11-2009.10.31）浙江省杭州人。中国共产党优秀党员、忠诚的共产主义战士、享誉海内外的杰出科学家，中国航天事业的奠基人，中国两弹一星功勋奖章获得者，被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”、“中国自动化控制之父”和“火箭之王”。曾任美国麻省理工学院和加州理工学院教授

7、及中国人民政治协商会议第六、七、八届全国委员会副主席、中国科学技术协会名誉主席、全国政协副主席。上海交通大学图书馆、西安交通大学图书馆均以钱学森同志名字命名。 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 仪器仪表在经济建设和国防军工仪器仪表在经济建设和国防军工中发挥巨大作用。中发挥巨大作用。 王大珩院士：王大珩院士：“能能不能创造高水平的科学不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个仪器和设备体现了一个民族、一个国家的创新民族、一个国家的创新能力。发展科学仪器设能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略。备应当视为国家战略。”智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础王大珩王大珩 王大珩（1

8、915.2.262011.7.21），原籍江 苏州。1936年清华大学物理系毕业，“两弹一星功勋奖章”获得者，“中国光学之父”，应用光学家，中国光学事业奠基人之一，中国科协副主席， 中国科学院、中国工程院院士。 王大珩主持制成了中国第一台激光器，第一台大型光测装备和许多国防光学仪器。七十年代主持制定了全国第一个遥感科学规划，领导了综合性的航空遥感试验。1986年3月和陈芳允、杨嘉墀、王淦昌等4名科学家向中央提出“发展中国的战略性高技术”的建议，得到邓小平同志批准，由此国务院发出了“高技术发展计划纲要”的通知，这一“纲要”被称为“863计划”。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础2.2

9、.仪器仪表及其发展仪器仪表及其发展 仪器仪表是仪器仪表是信息获取信息获取的工具、是的工具、是认识世认识世界界的工具，是的工具，是一个系统或装置一个系统或装置。 最基本的作用：延伸、扩展、补充或代最基本的作用：延伸、扩展、补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。 测量仪器，分析仪器，生物医疗仪器，测量仪器，分析仪器，生物医疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各

10、个角落。各个角落。 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 1915191519281928年年, ,美国首先研制出了峰值美国首先研制出了峰值电子电压表并使其商品化；电子电压表并使其商品化；19521952年年, ,美国美国NLSNLS公司首先研制出电子管式公司首先研制出电子管式4 4位数字电压位数字电压表；表； 2020世纪世纪60-7060-70年代年代 , ,计算机的引入使仪计算机的引入使仪器具备了系统测量和测量数据的控制、分器具备了系统测量和测量数据的控制、分析、处理、计算与显示输出功能；析、处理、计算与显示输出功能； 2020世纪世纪80-9080-90年代，微处理器被用到年

11、代，微处理器被用到仪器中，从而实现了仪器的智能化，仪器仪器中，从而实现了仪器的智能化，仪器的人机交互更加友好，测量规模不断夸大，的人机交互更加友好，测量规模不断夸大，测量精度和速度不断提高，信息处理能力测量精度和速度不断提高，信息处理能力不断增强。不断增强。仪器仪表发展史仪器仪表发展史智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 第一代为第一代为模拟式（或称指针式）模拟式（或称指针式）仪仪器仪表器仪表三代仪器仪表：三代仪器仪表：以以电磁测量电磁测量为基本原为基本原理，利用指针显示测理，利用指针显示测量结果。量结果。主要缺点是功能简主要缺点是功能简单、精度低、响应单、精度低、响应速度慢速度慢模

12、拟式电子电压表智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 第二代为第二代为数字式数字式仪器仪表仪器仪表三代仪器仪表：三代仪器仪表：数字式电子电压表将被测将被测模拟信号转换成模拟信号转换成数字信号数字信号进行测量，测进行测量，测量结果以量结果以数字数字形式输出形式输出显示。显示。优点：精度高、响应速优点：精度高、响应速度快、读数清晰、直观，度快、读数清晰、直观，测量结果可打印输出，易与计算机相结合，测量结果可打印输出，易与计算机相结合，由于数字信号便于远距离传输，也适于遥测由于数字信号便于远距离传输，也适于遥测遥控遥控。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 第三代就是第三代就是智能

13、式智能式仪器仪表仪器仪表三代仪器仪表：三代仪器仪表： 优点：功耗低、体积优点：功耗低、体积小、可靠性高、价格低小、可靠性高、价格低廉等。廉等。加入了加入了微处理器芯片微处理器芯片，具，具有运算、判断、记忆、控有运算、判断、记忆、控制功能，可自动校正、自制功能，可自动校正、自动补偿、自寻故障等。动补偿、自寻故障等。智能电能表智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础3.3.智能仪器的概念与历史智能仪器的概念与历史 智能仪器是智能仪器是计算机技术与测量仪计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量或微处理器的测量( (或检测或检测) )仪器。仪

14、器。 它拥有对数据的存储、运算、逻它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用一定智能的作用( (表现为智能的延伸表现为智能的延伸或加强等或加强等) ) 。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 19841984年：我国仪器学会成立年：我国仪器学会成立“自动测试自动测试与智能仪器专业学组与智能仪器专业学组”； 19861986年：年：IMEKO(IMEKO(国际测量联合会国际测量联合会) )以以“智能仪器智能仪器”为主题召开了专门的讨论为主题召开了专门的讨论会；会； 19881988年：年：IFAC (IFAC (国际自动控制联

15、合会国际自动控制联合会) ) 的理事会正式确定的理事会正式确定“智能元件及仪器智能元件及仪器”； 19891989年年5 5月在我国武汉召开了第一届测月在我国武汉召开了第一届测试技术与智能仪器国际学术讨论会。试技术与智能仪器国际学术讨论会。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 近年来，智能仪器已开始从较为近年来，智能仪器已开始从较为成熟的成熟的数据处理向知识处理发展数据处理向知识处理发展。 模糊判断、故障诊断、容错技术、模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器融合、机件寿命预测等，使智传感器融合、机件寿命预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。能仪器的功能向更高的层次发展。 智能仪器对

16、仪器仪表的发展以及智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研究产生了深远影响，是仪科学实验研究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。器设计的里程碑。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 几何量：几何量：长度、角度、形长度、角度、形貌、相互位置、位移、距貌、相互位置、位移、距离测量仪器等离测量仪器等 机械量：机械量：各种测力仪、硬各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量度仪、加速度与速度测量仪、力矩测量仪、振动测仪、力矩测量仪、振动测量仪等量仪等 热工量：热工量：温度、湿度、流温度、湿度、流量测量仪器等量测量仪器等八类测试计量仪器八类测试计量仪器智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 光

17、学参数：光学参数：如光度计、光如光度计、光谱仪、色度计、激光参数谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测测量仪、光学传递函数测量仪等量仪等 电离辐射：电离辐射：各种放射性、各种放射性、核素计量，核素计量，X X、射线及射线及中子计量仪器等中子计量仪器等 时间频率：时间频率：各种计时仪器各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时与钟表、铯原子钟、时 间间频率测量仪等频率测量仪等 八类测试计量仪器八类测试计量仪器智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 电磁量：电磁量：交、直流电流表、电压表、功率交、直流电流表、电压表、功率表、表、RLCRLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等测量仪、静电仪、磁参数测

18、量仪等 无线电参数测量仪器：无线电参数测量仪器：如示波器、信号发如示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等号分析仪等八类测试计量仪器八类测试计量仪器智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？是否体现出智能仪器的先进性、便捷性及其重要性？思考：思考：智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的分类、基本结构与特点智能仪器的分类、基本结构与特点二、二、1.1.智能仪器的分类智能仪器的分类四个层次四个层次 聪敏仪器类聪敏仪器类 初级智能仪器类初级智能仪器类 模型化智能仪器类模型化智

19、能仪器类 高级智能仪器类高级智能仪器类 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的四个层次智能仪器的四个层次1 1）聪敏仪器类）聪敏仪器类 以电子、传感、测量技术为基础。特以电子、传感、测量技术为基础。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。功能。2 2）初级智能仪器类）初级智能仪器类 除了应用电子、传感、测量技术外，除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。算、判断、简单决策等

20、功能。 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的四个层次智能仪器的四个层次3 3）模型化智能仪器类）模型化智能仪器类 在初级智能仪器的基础上应用了建模在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差进行补偿。并对测量误差进行补偿。4 4）高级智能仪器类）高级智能仪器类 是智能仪器的最高级别，这类仪器多运是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感

21、融合、人工智用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。学习、自组织、自决策、自推理能力。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础其结构可有两其结构可有两种基本类型种基本类型微机内嵌式微机内嵌式微机扩展式微机扩展式 将单片或多片将单片或多片的微处理器与的微处理器与传统仪器有机传统仪器有机地结合在一起地结合在一起形成的单机，形成的单机，其形态是仪器。其形态是仪器。 以个人计算机以个人计算机(PC)(PC)为为核心的应用扩展型测核心的应用扩展型测量仪器。称为个人计量仪器。称为个人计算机仪器

22、算机仪器(PCI)(PCI)或称或称微机卡式仪器。其形微机卡式仪器。其形态可以是计算机。态可以是计算机。2.2.智能仪器的基本结构智能仪器的基本结构智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础微机内嵌式智能仪器基本结构微机内嵌式智能仪器基本结构MCURAM、EPROMI/O接口接口D/AA/D外部通信及外部通信及外围设备外围设备键盘、开关、键盘、开关、显示器等显示器等传感器传感器非非电电量量输入通道输入通道输出通道输出通道信号信号调理调理电路电路电量电量智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础微微机机内内嵌嵌式式智智能能仪仪器器硬件硬件软件软件 人机接口电路人机接口电路微处理器微处理器

23、存储器存储器输入通道输入通道通信接口电路等部分通信接口电路等部分核心作用核心作用程序存储器程序存储器 数据存储器数据存储器 存储程序存储程序 和数据和数据 传感器传感器信号调理电路信号调理电路A/D转换电路转换电路 完成信号的滤完成信号的滤波、放大、模波、放大、模数转换等数转换等 输出通道输出通道D/A转换电路转换电路放大驱动电路放大驱动电路执行部件执行部件 将处理器处理后将处理器处理后的数字信号转换的数字信号转换为模拟信号为模拟信号键盘键盘 显示器显示器 实现仪器与计算机或实现仪器与计算机或其它仪器的联系其它仪器的联系 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 微处理器内嵌式智能仪器以

24、单片微处理器内嵌式智能仪器以单片机或机或DSPDSP等微处理器为核心，负责测等微处理器为核心，负责测量过程的过程控制和数据处理，并具量过程的过程控制和数据处理，并具有多种接口，便于与计算机和其他设有多种接口，便于与计算机和其他设备连接。备连接。 微处理器内嵌式智能仪器的主要微处理器内嵌式智能仪器的主要优点是体积小，可做成便携式或手持优点是体积小，可做成便携式或手持式，使用方便。而且具有很好的电磁式，使用方便。而且具有很好的电磁兼容性，可工作于恶劣的环境中。兼容性，可工作于恶劣的环境中。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础微机扩展式智能仪器

25、基本结构微机扩展式智能仪器基本结构智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 微机扩展式智能仪器又称为个人计微机扩展式智能仪器又称为个人计算机仪器（算机仪器（PCIPCI）或微机卡式仪器。）或微机卡式仪器。 其优点是使用灵活，可以利用其优点是使用灵活，可以利用PCPC已有的硬件和软件资源，以便缩短研已有的硬件和软件资源，以便缩短研发周期，降低研发成本；并且可以利发周期，降低研发成本；并且可以利用用PCPC强大的数据处理能力和内存容量，强大的数据处理能力和内存容量，用于更复杂、更高层次的信息处理，用于更复杂、更高层次的信息处理，从而使仪器的功能更强大。从而使仪器的功能更强大。智智 能能 仪仪

26、 器器 设设 计计 基基 础础智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础普通台式普通台式PCI（插卡式）（插卡式）工控机工控机PCI笔记本笔记本PCI（插件箱式）（插件箱式）微机微机扩展式扩展式智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础3.3.智能仪器的特点智能仪器的特点 智能仪器汇集各种高新技术智能仪器汇集各种高新技术 智能仪器是电子技术、计算技术、传感技智能仪器是电子技术、计算技术、传感技术、信号处理、网络等领域的新技术相融术、信号处理、网络等领域的新技术相融合的产物。新原理、新设计概念、新器件、合的产物。新原理、新设计概念、新器件、新材料和新工艺技术都在智能仪器中得到新材料和新工

27、艺技术都在智能仪器中得到应用。应用。 测量过程的软件控制测量过程的软件控制 智能仪器用软件控制测量过程，可以方便智能仪器用软件控制测量过程，可以方便地实现人机对话、自检、自诊断、及输出地实现人机对话、自检、自诊断、及输出打印和制图等功能。打印和制图等功能。“以软代硬以软代硬” ” 灵活灵活性强、可靠性强性强、可靠性强智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 强大的数据处理能力强大的数据处理能力 数字滤波、随机误差、系统误差、非线性校数字滤波、随机误差、系统误差、非线性校准等处理准等处理改善测量的精确度改善测量的精确度 相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位

28、谱、功率谱等信号分析率谱等信号分析提供更多高质量的信息提供更多高质量的信息 多功能化多功能化 一机多用一机多用 例如：智能化电度表例如：智能化电度表 可测量电流、电压、相位，可测量电流、电压、相位，计算功率、电能等，还可以计算功率、电能等，还可以 分时计费、预置电量、报警等。分时计费、预置电量、报警等。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 操作自动化操作自动化 智能仪器通常都能自动选择量程、自检和自智能仪器通常都能自动选择量程、自检和自校准，有的还具有很强的自测试和自诊断功校准，有的还具有很强的自测试和自诊断功能。能。 对外开放性以及友好的人机对话能力对外开放性以及友好的人机对话能力

29、 智能仪器具有各种接口，可方便地进行扩智能仪器具有各种接口，可方便地进行扩展和对外通信，并且随着网络技术的发展，展和对外通信，并且随着网络技术的发展，智能仪器也逐步实现网络化测量。智能仪器也逐步实现网络化测量。 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智能仪器的发展智能仪器的发展 三、三、1.1.智能仪器的发展趋势智能仪器的发展趋势 智能仪器的总体发展趋势是朝着智能仪器的总体发展趋势是朝着微型化、集成化、数字化、智能化、微型化、集成化、数字化、智能化、多功能化、网络化、系统化的方向发多功能化、网络化、系统化的方向发展；并且仪器的性能、精度、灵敏度、展；并且仪器的性能、精度、灵敏度、可靠性

30、等技术指标也将不断提高。可靠性等技术指标也将不断提高。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础2.2.促进智能仪器发展的新技术促进智能仪器发展的新技术 传感器技术传感器技术 A/DA/D等新器件的发展将显著增强仪器等新器件的发展将显著增强仪器的性能与测量范围的性能与测量范围 单片机与单片机与DSPDSP的广泛应用的广泛应用 嵌入式系统与片上系统嵌入式系统与片上系统(SOC)(SOC) ASICASIC、FPGAFPGACPLDCPLD技术技术 LabVlEWLabVlEW等图形化软件技术等图形化软件技术 网络与通信技术网络与通信技术 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 传感器

31、技术传感器技术为适应智能仪器发展的需要，各种新为适应智能仪器发展的需要，各种新型传感器不断涌现。型传感器不断涌现。u 聋哑传感器聋哑传感器 (Dumb Sensor) (Dumb Sensor) u 智能传感器智能传感器 (Smart Sensor)(Smart Sensor)u 网络化传感器网络化传感器 (Networked Sensor)(Networked Sensor) 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 传统的传感器是模拟仪器仪表时传统的传感器是模拟仪器仪表时代的产物，它的设计指导思想是把外代的产物，它的设计指导思想是把外部信息变换成模拟电压或电流信号。部信息变换成模拟电

32、压或电流信号。这类传感器的输出幅值小，灵敏度低，这类传感器的输出幅值小，灵敏度低，而且功能单一，因而被称为而且功能单一，因而被称为“聋哑传聋哑传感器感器”。聋哑传感器聋哑传感器智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础微处理器和传感器得以结合，产生了具有微处理器和传感器得以结合，产生了具有一定数据处理能力，并能自检、自校、自一定数据处理能力，并能自检、自校、自补偿的新一代传感器补偿的新一代传感器智能传感器。智能传感器。智智能传感器的出现是传感技术的一次革命，能传感器的出现是传感技术的一次革命，对传感器的发展产生了深远的影响。对传感器的发展产生了深远的影响。 智能传感器智能传感器智智 能能

33、仪仪 器器 设设 计计 基基 础础微电子机械加工技术微电子机械加工技术, ,将网络接口芯片与将网络接口芯片与智能传感器集成起来并使通信协议固化到智能传感器集成起来并使通信协议固化到智能传感器的智能传感器的ROMROM中时，就产生了网络中时，就产生了网络传感器。传感器。网络传感器网络传感器智能传感器和网络化传智能传感器和网络化传感器的飞速发展可大大感器的飞速发展可大大提高信号检测能力，进提高信号检测能力，进而推动智能仪器总体性而推动智能仪器总体性能的提高。能的提高。 智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础A AD D芯片是智能仪器核心部件之一，其芯片是智能仪器核心部件之一，其速度的提高是

34、实现高速信号采集的关键。速度的提高是实现高速信号采集的关键。目前，目前，ADCADC器件向着高速，低功耗、高器件向着高速，低功耗、高分辨率、高性能的方向发展。分辨率、高性能的方向发展。A AD D等电路与微处理器集成在一块等电路与微处理器集成在一块( (称为称为混合电路混合电路) )，并且传感器与控制电路也集，并且传感器与控制电路也集成在一块芯片上，这将缩小体积，增强成在一块芯片上，这将缩小体积，增强可靠性。可靠性。 A/D A/D等新器件增强仪器的功能与测量范围等新器件增强仪器的功能与测量范围智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 单片机、单片机、DSPDSP处理器的广泛应用处理器的

35、广泛应用单片机：单片机：1) 1)指令执行速度提升指令执行速度提升 机器周期：机器周期：12T 6T12T 6T 时钟频率：时钟频率：3340MHz 20MIPS3340MHz 20MIPS2)2)实现了实现了ISP(ISP(在系统编程在系统编程) )和和 IAPIAP（在应用编程）（在应用编程）3 3）低电压、低功耗、低价位、）低电压、低功耗、低价位、LPCLPC（线性预测编码）（线性预测编码）TMS320TMS320系列系列DSP (DSP (数字信号处理器数字信号处理器) ) 通过硬通过硬件完成乘法和加法运算，极大地增强了智能件完成乘法和加法运算，极大地增强了智能仪器的数字滤波、仪器的数

36、字滤波、FFTFFT、相关、卷积等信号、相关、卷积等信号处理能力。新型处理能力。新型DSPDSP芯片甚至集成了芯片甚至集成了DSPDSP与与ARMARM双核。双核。智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础u嵌入式系统的深入发展将使智能仪器的设嵌入式系统的深入发展将使智能仪器的设计提升到一个新的阶段，由于它具备多任务、计提升到一个新的阶段，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，将会使研制复杂智能仪器变得容易。能，将会使研制复杂智能仪器变得容易。u片上系统片上系统(SOC) (SOC) 的核心思想就是要把整个的核心思想就是要把整个应

37、用电子系统应用电子系统( (除无法集成的电路除无法集成的电路) )全部集成全部集成在一个芯片中，避免大量在一个芯片中，避免大量PCBPCB板的设计及板板的设计及板级调试工作。级调试工作。 SOCSOC的发展更是为智能仪器的开发及性能的的发展更是为智能仪器的开发及性能的提高开辟了更加广阔的前景。提高开辟了更加广阔的前景。 嵌入式系统与片上系统嵌入式系统与片上系统(SOC)(SOC)智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础 ASIC ASIC、FPGAFPGACPLDCPLD技术技术ASIC(Application Specific Integr

38、ated CircuitsASIC(Application Specific Integrated Circuits）专用集成电路专用集成电路) ) 在价格、集成度以及产量、在价格、集成度以及产量、产值方面均取得了飞速发展。对仪器设计者产值方面均取得了飞速发展。对仪器设计者来说，很有意义的一项工作是来说，很有意义的一项工作是把一些性能要把一些性能要求很高的线路单元设计成求很高的线路单元设计成 专用集成电路而使智能仪专用集成电路而使智能仪器的结构更紧凑，性能更器的结构更紧凑，性能更优良，保密性更强。优良，保密性更强。（音视频解码芯片）（音视频解码芯片）智智 能能 仪仪 器器 设设 计计 基基 础础应用应用FPGAFPGACPLDCPLD的的优点优点p 通过相关的软硬件环境来完成芯片的功能通过相关的软硬件环境来完成芯片的功能设定，研制开发费用相对较低。设定，研制开发费用相对较低。p FPGA/CPLDFPGA/CPLD芯片和芯片和EPROM(FlashEPROM(Flash