智能仪器复习资料

简要说明微机内嵌式智能仪器的基本结构。

模拟量输入通道：将实际存在的电压、电流、声音、图像、温度、压力等连续变化的模拟信号进行放大、滤波、隔离等处理，将其转换成计算机能接收的逻辑信号的电路。

单路模拟量输入通道的基本结构 S/H A/D 传感器 信号调理电路 处理器

传感器选用的基本原则：

传感器的性能指标包括：线性范围、精度、灵敏度、稳定性、频率响应特性。

按转换原理分类，传感器可以划分为：物理传感器和化学传感器

隔离放大器按耦合器件的不同，可分为光电耦合、变压器耦合和电容耦合三种。

画图说明光电耦合隔离放大器基本原理，使用中应该注意哪些问题？ 答案：光电耦合隔离放大器基本原理如图所示，输入级激励发光管，由光电管将光信号耦合到输出级，实现信号的传输，保证了输入和输出间的电气隔离。

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注意：输入、输出级之间不能有电的连接，即前、后级不能共用电源和地线

画图说明变压器耦合隔离放大器基本原理，使用中应该注意哪些问题？

输入级将传感器送来的信号滤波和放大，并调制成交 流信号，通过隔离变压器耦合到输出级；输出级把 交流信号解调成直流信号，再经滤波和放大，输出直流电压。放大器的两个输入端浮空，能够有效地 起测量放大器的作用。

注意：输入、输出级之间不能有电的连接，即前、后级不能共用电源和地线

模拟多路开关的性能指标：通道数量 泄漏电流 导通电阻 开关速度 以及 芯片的电源电压范围。

采样：对模拟信号周期性的抽取样值，使模拟信号变成时间上离散的脉冲串，采样值的大小取决于采样时间内输入模拟信号的大小。

采样保持器主要性能指标：捕捉时间tAC（当采样／保持器从保持状态转到跟踪状态时，

采样／保持器的输出从保持状态的值变到当前的输入值所需的时间。）

孔径时间tAP（Aperture Time）保持指令发出瞬间到模拟开关有效切断所经历的时间。孔径不定时间△tAP（Aperture Jitter）孔径时间的变化范围，即孔径时间不是恒定的，而是在一定范围内随机变化的。孔径误差：采样／保持器实际保持的输出值与理想输出值之差。保持电压下降率：在保持状态下，由于保持电容器上电荷的泄漏而使保持电压下降，在集成芯片中，通常用泄漏电流来表示；也可用电压下降率来表示，保持电压的下降率计算公式为：

DvIS=(V/s)

DtCH

A/D转换器的主要技术指标

A/D转换器的转换精度（常采用分辨率(Resolution)和转换误差来描述。）、A/D转换器的转换速度 、满量程输入范围

A/D转换器与微处理器相连应考虑的问题：

（1）数据输出线的连接，按数据线的输出方式主要分为并行和串行两种。

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（2）A/D转换的启动信号的连接； （3）转换结束信号的处理方式； （4）时钟的提供；

A/D转换器的控制方式

1、程序查询方式；2、延时等待方式；3、中断方式

固态继电器（SSR）具有：开关速度快、体积小、质量轻、寿命长、工作可靠等优点，特别适合控制大功率设备场合。

固态继电器又分为：直流型固态继电器（DC-SSR）和交流型固态继电器（AC-SSR）。

段码式LED显示与接口分为静态显示方式、动态显示方式 静态显示方式的优点：亮度高,控制程序简单,显示稳定可靠

静态显示方式的缺点：功耗大,当显示的位数较多时,占用的I/O口较多

在进行LED动态显示控制时,要遵循的规则有：

① 任何时刻只能有一个LED显示器的共阳(或共阴)端接通。 ② 每个LED显示器的显示内容要有一定的保留时间。

③ 在最长20ms内,一个显示端口所驱动的LED必须都分别刷新一次。根据这个条件若一个显示端口驱动n个LED,则每个LED显示内容保持的时间为20/n ms。

触摸屏的发展经历了从红外屏、四线电阻屏、电容屏、表面声波触摸屏到五线电阻触摸屏等由低档向高档发展的历程。

与常规的模拟电路相比，智能仪器的数据处理具有如下优点： （1）可用程序代替硬件电路，完成多种运算。 （2）能自动修正误差。

（3）能对被测参数进行较复杂的计算和处理。 （4）能进行逻辑判断。

（5）智能仪器不但精度高，而且稳定可靠，抗干扰能力强。

数字滤波具有哪些优点？

与硬件滤波相比，数字滤波具有以下优点：

①因为用程序滤波，无需增加硬件设备，且可多通道共享一个滤波器(多通道共同调用一个滤波子程序)，从而降低了成本。

②由于不用硬设备，各回路间不存在阻抗匹配等问题，故可靠性高，稳定性好。 ③可以对频率很低的信号(如0．01Hz以下)进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。 ④可根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波器的参数，使用方便、灵活。

系统误差是指在相同条件下多次测量同一物理量，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化。

产生误差的主要因素有哪些？

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1、测量装置方面：如标尺的刻度偏差，天平的臂长不等，仪器内部基准、放大器的零点漂移、增益漂移等。

2、环境方面：测量时的实际温度对标准温度的偏差，以及测量过程中的温度、湿度等按一定规律变化的误差。

3、测量方法方面：采用近似的测量方法或近似的计算公式等引起的误差。

4、测量人员方面：由于测量者个人的特点，在刻度上估计读书时，习惯偏于某一方面；动态测量时，记录某一信号有滞后的倾向等。

智能仪器的自检就是自动开始或人为触发开始执行事先编制好的检测程序的自我检验过程，能对系统出现的软硬件故障进行自动检测，并且给出相应指示。

常见的自检有开机自检、周期性自检和键控自检3种方式。

在电子线路中，噪声来源主要有两方面： 电阻热噪声和半导体管噪声。

干扰的来源与特点

干扰的来源渠道主要有三个：

（1）空间电磁场。通过电磁波辐射窜入仪器，如雷电、无线电波等。

（2）传输通道。各种干扰通过仪器的输入输出通道窜入，特别是长传输线受到的干扰更严重。

（3）配电系统。如来自市电的工频干扰，它可以通过电源变压器分布电容和各种电磁路径对测试系统产生影响。各种开关、可控硅的启闭，元器件的机械振动等都会对测试过程引起不同程度的干扰。

干扰的特点是来自测试系统外部，因此一般可以通过屏蔽、滤波或电路元器件的合理布局，通过电源线和地线的合理连接，引线的正确走向等措施加以减弱或消除。

ＡＤＣ读数流程图

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模拟量输出通道是计算机对采样数据实现某种运算处理后，将处理结果回送给被测对象的数据通路。

输出数字信号的形式主要有开关量、数字量和频率量。

单路模拟量输出通道的一般结构：

微型 计算 机 寄存器 D/A转换器 放大变换电路 执行机构

寄存器用于保存计算机输出的数字量；D/A转换器用于将计算机输出的数字量转换为模拟量；而D/A转换器输出的模拟量信号往往无法直接驱动执行机构，需要放大/变换电路进行适当地放大或变换。

D/A转换器的主要技术指标 1、转换精度

D/A转换器的转换精度指在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差，通常用分辨率和转换误差描述。一般可用DAC的位数衡量分辨率的高低。

2、转换速度

下图为利用DAC实现正弦波输出的硬件连接关系和算法示意图，试说明程序中数据表的产生方法，程序段各个语句的意义。

MOV R1，＃00H ；计数器赋初值 SIN： MOV A， R1

MOV DPTR，#TABH

MOVC A， ＠A＋DPTR ；查表得输出值

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cbrx.html