智能仪器与智能控制专业

智能仪器与传统仪器的比较

智能仪器是计算机技术向测量仪器移植的产物，他是一个专用的微型计算机系统，由硬件和软件两大部分组成。

智能仪器是新型的电子仪器，它由传统仪器发展而来，但又跟传统仪器有很大区别。 电子仪器的发展过程从使用的器件来看，经历了从真空管时代一晶体管一集成电路时代三个阶段。从仪器的工作原理来看，它经历了以下三代。

第一代是模拟电子仪器，大量指针式的电压表、电流表、功率表及一些通用的测试仪器，均是典型的模拟式仪器。这一代仪器功能简单，精度低，响应速度低。

第二代是数字式电子仪器，它的基本工作原理是将待测的模拟信号转换成数字信号，并进行测量，结果以数字形式输出显示。

第三代就是智能仪器，它是在数字化的基础上用微机装备起来的，是计算机技术与电子仪器相结合的产物。它具有数据储存、运算、逻辑判断能力，能根据被测参数的变化自选量具备了一定的智能，故称为智能仪器。

智能仪器与传统仪表也有很大区别，传统测控仪表对于输入信号的测量准确性完全取决于仪表内部各功能部件的精密性和稳定性水平。下图所示是一台普通数字电压表的原理框图，滤波器、衰减器、放大器、A/D转换器以及参考电压源的温度漂移电压和时间漂移电压都将反映到测量结果中去。如果仪表所采用器件的精

《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业）

武汉理工大学信息学院

参考书 程德福 《智能仪器》（第二版）机械工业出版社

赵茂泰 《智能仪器原理及应用》（第三版） 电子工业出版社

第1章 概述

本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点 考试题（任选一题，10分）

1 智能仪器的含义是什么？它的主要特点是什么？ 2 智能仪器设计的一般过程有哪些？

第2章 数据采集技术

本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计 考试题（任选一题，20分）

1 设计一个MCS-51单片机与MC14433的接口电路，要求采用中断方式控制A/D转换，画出接口电路图并编写相应的控制程序

2 设计一个MCS-51单片机与D/AC0832的接口电路，已知：单片机CLK为12MHz，D/A转换器的地址为7FFFH，当输入数字范围为00H至FFH时，其输出电压范围为0-5V。画出接口电路图并编写相应的控制程序（输出2个周期的锯齿波） 第3章 人机接口

本章要求掌握的内容：键盘；LED、LCD、触摸屏

考试题（30分）

1 设计MCS-5

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智能仪器课程设计

温度测试与控制电路

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摘要：

温度是一个与人们生活和生产密切相关的重要物理量。温度的测量和控制技术应用十分广泛。在工农业生产和科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动的控制、调节该系统的温度。本设计采用的温度传感器是LM35温度传感器， LM35温度传感器是利用两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流。测试电路是通过电压比较放大电路来实现温度都的检测，控制电路是通过两个电压比较电路来实现对两个继电器的控制。报警电路有555时基电路和光敏电阻以及扬声器组成。

工作原理主要是利用温度传感器把系统的温度通过A\D转换电路将电信号转换成数字信号，并通过与之连接的译码电路中显示出来。同时电压信号通过电压比较器与输入电压比较决定输出是高电平或是低电平，进而控制下一个电路单元的工作状态。报警电路中，当电路出现故障使温度失控时，使被控系统温度达到允许最高温度Vmax，此时发光二极管通电发光照在光敏电阻RL上，RL受光激发，电阻值迅速下降，分压点电位升高，电路立即产生振荡，发出声响

智能仪器平时作业

第一次作业：

1. 画出数据采集系统的几种基本结构形式，并说明其特点和使用场合。

2. 一个数据采集系统的采样对象是温室大棚的温度和湿度，要求测量精度分别是±1℃和±3%，每10分钟采集一次数据，假设传感器和放大器占总精度的90%，且已满足要求，应选择何种类型的A/D转换器和通道方案，画出原理框图，并验算A/D转换器的精度是否满足设计要求。

3. 假设差动变压器的激励频率为2KHz，用它测量最高变化频率为400Hz的位移信号，要求：设计采集差动变压器输出信号的数据采集系统（画出原理框图），并估算系统的最高采样频率，该采样频率是否能够满足要求？

第二次作业：

1. 键盘有哪几种组成方式？各有何特点？

2. 智能仪器中常用的LCD显示器有哪几种？对比它们的特点和使用场合，并分别给出至少一种LCD模块型号。

3. 试设计两台智能仪器之间利用RS-485串行通信标准进行通信的电路原理图。（思考题）

4. 写出复合滤波算法的原理，并说明其滤波作用和使用场合。

5. 产生零位误差的原因有哪些？产生增益误差的原因有哪些？简述校正方法。 6. 对于P123页表4-1的数据表，若某时刻测的热电偶的输出电压为8.7mv，试用非线性标度变换

智能仪器实习报告

课题名称 虚拟数字电压表的设计 院 （系）电气工程与控制科学学院专 业 测控技术与仪器 姓 名 _____________ 学 号 _____________ 起止日期 2017/5/10-2017/5/18 指导教师 蒋 书 波

2017 年 5 月 18 日

一、实训要求

在LabVIEW平台下，掌握虚拟数字电压表的前面板设计和框图程序设计。了解被测信号的种类，保证电压测量的精确度。

二、实训目的

1、数字电压表的功能。

2、虚拟数字电压表的前面板设计。 3、虚拟数字电压表的框图程序设计。 4、软件调试及误差分析。 5、电压测量值的存储。

三、实验原理

电压是电路中常用的电信号，通过电压测量，利用基本公式可以导出其他的参数。因此，电压测量是其他许多电参数和非电参数量的基础。测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表，但常用的是模拟电压表。模拟电压表根据检波方式的不同。分为峰值电压表、均值电压表和平均值电压表，它们都各自做成独立的仪表。这样，使用模拟电压表进行交流电压测量时，必须根据测量要求选择仪表。另外，多数电压表的表头是按正弦交流有效值刻度的，而测量非正弦波

实验一：电压数据采集电路的设计与仿真

一、实验目的

1.学习数据采集电路的设计与仿真方法； 2.掌握测量放大器的调试方法； 3.学习Multisim 的使用方法

二、设计的原理

图1是欲设计的电压数据采集电路的原理图。图中，电压信号施加在测量放大器的两个输入端，经测量放大器放大后输出，输入到模数转换器的输入端。由图可以看到：+5V的电源经3个电阻分压，输入到模数转换器的参考电压端；+5V的电源经3个电阻分压，输入到运放的同相端。运放是一个电压跟随器结构，运放的输出接测量放大器的参考电压端。测量放大器输出端的最高电压等于电源电压，即为+5V。测量放大器实际输入到模数转换器的最高电压为：电源电压-测量放大器的参考电压。图中的SOC为转换触发信号端，只有此端从低电平变成高电平时，转换才开始。EOC为转换结束标志端，在模数转换器进行转换时，此端为低电平；当转换结束后此端变为高电平。

应该说明的是，模数转换器的参考电压端应该有两个，一个是参考电压正端，另一个是参考电压负端。因是示意图，图中未画出参考电压负端。

设计时，测量放大器采用AD620AN，图2是AD620AN的引脚排列和功能说明。图1中的电压跟随器采用运放AD8001AN；模数转换器采用mul

课程名称：数据采集与智能仪器姓 名：学 号：班 级：

《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业）

武汉理工大学信息学院

参考书 赵茂泰 《智能仪器原理及应用》（第三版） 电子工业出版社 程德福 《智能仪器》（第二版）机械工业出版社

第1章 概述

本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点

考试题（10分）

1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？

第2章 数据采集技术

本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计 考试题（30分）

1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。已知输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时，增益为1000，而输入信号每增加1mv时，其增益自动减少一倍，直到100mv为止。（15分） 评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）；

2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。（15分） 评分标准：正确设计硬件电路图（10分

智能仪器实习报告

课题名称 虚拟数字电压表的设计 院 （系）电气工程与控制科学学院专 业 测控技术与仪器 姓 名 _____________ 学 号 _____________ 起止日期 2017/5/10-2017/5/18 指导教师 蒋 书 波

2017 年 5 月 18 日

一、实训要求

在LabVIEW平台下，掌握虚拟数字电压表的前面板设计和框图程序设计。了解被测信号的种类，保证电压测量的精确度。

二、实训目的

1、数字电压表的功能。

2、虚拟数字电压表的前面板设计。 3、虚拟数字电压表的框图程序设计。 4、软件调试及误差分析。 5、电压测量值的存储。

三、实验原理

电压是电路中常用的电信号，通过电压测量，利用基本公式可以导出其他的参数。因此，电压测量是其他许多电参数和非电参数量的基础。测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表，但常用的是模拟电压表。模拟电压表根据检波方式的不同。分为峰值电压表、均值电压表和平均值电压表，它们都各自做成独立的仪表。这样，使用模拟电压表进行交流电压测量时，必须根据测量要求选择仪表。另外，多数电压表的表头是按正弦交流有效值刻度的，而测量非正弦波

智能仪器练习试题1

一、填空题（本大题共10小空，每小空1分，共10分）请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。

1、 波形图表的刷新模式：带状图表、 和扫描图

2、 LABVIEW有三种操作模板，分别是控件模板，功能模板和 。 3、 LABVIEW除了具有传统编程语言支持的调试手段外，还具有 的功能。 4、 本地变量和 是LABVIEW为改善图形化编程灵活性和局限性而专门设计的两个特殊节点。

5、 模拟波形数据由起始时间、Deltat、 和属性组成。 6、 最基本的For循环由循环框架、 和计数口组成。

7、 事后记录波形图的基本数据类型有：一维或者二维数据数组、 和波形数据。

8、 LABVIEW支持的数据文件有：流文件、 和测试数据文件。

9、 数组是由相同类型元素组成的数据集合。数组由3部分组成：数据类型、 和数据，其中数据类型隐含在数据中。

10、在LabVIEW中，VI程序最大特点是其程序运行是 驱动的。

二、单项选择题（本

I/O接口设计的方法、步骤及设计举例 I/O接口设计的方法、步骤★ I/O接口设计步骤 了解常用外围设备或被控设备与CPU之间信息交换的 要求； 考虑硬件和软件的功能分配； 进行I/O端口的数量统计、数据流向安排和端口地址号 分配； I/O接口硬件电路的扩展设计； I/O接口控制软件设计；

进行接口硬件和软件联调。

★ I/O接口扩展的方案选择:

购置多功能I/O接口板 自行设计I/O接口电路 采用通用的大规模集成电路接口芯片扩展I/O接口电路 采用普通的缓冲器、锁存器和译码器等集成电路扩展I/ O接口

I/O接口设计举例一 设计要求： 组8位的数字量外部输入，8组8位的控制和显示数据输出到外部。8个输入端口地址号为 设计8088CPU微机系统I/O接口电路，有8

E8H~EFH,8个输出端口地址为F0H~F7H。

设计：

A7A6A5A4A3A2A1A01 1 1 0 Χ X Χ X X 1 1 1 1 0 1 Χ

IN AL, 0F0H, 0E8H AL OUT

第三章 过程通道和数据采集系统之六

内容提要

概述 模拟量输入通道 D/A与A/D转换技术 数据采集系统 模拟量输出通道 过程通道的抗干扰措施 小结

过程