智能仪器讲稿-第一章

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1、测控仪器设计测控仪器设计教材：《智能仪器设计基础》赵新民主编哈尔滨工业大学出版社第一章第一章绪言绪言一．智能仪器：又称微机化仪器。智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的具有自动测量能力与数据处理能力的测量仪器。智能仪器的智能功能智能仪器的智能功能•模糊判断•故障诊断•容错技术•传感器融合•机件寿命预测•测量过程自动化（自动量程切换；自校准等）•测量结果的数据处理（向测试专家系统发展）•一机多用（多功能化）智能化测量控制仪表的功能特点智能化测量控制仪表的功能特点•普通数字电压表的原理框图滤波器、衰减器放大器显示器被测电压A/D转换器参考电压智能化测量控

2、制仪表的功能特点智能化测量控制仪表的功能特点•智能化数字电压表的原理框图滤波器、衰减器显示器被测电压K放大器基准电压A/D转换器参考电压单片机PCBPCB自动测试机自动测试机硬件的发展和创新（硬件的发展和创新（11））•微计算机芯片–1位；4位；8位；16位；32位；向64位发展–通用化、工业化大规模生产•DSP（数字信号处理器）芯片–AD公司；TI公司•ASIC（专用集成电路）芯片–可编程逻辑器件：ASIC、CPLD、FPGA硬件的发展和创新（硬件的发展和创新（22））•1959年仙童公司推出第一个硅平面晶体管商品，开始了芯片产品第一个通用循环周期。其后不久仙童公司又推出面向计算

3、器、电视机的专用标准构件，标志着IC产品进入第一个专用循环周期。70年代Intel公司开发成功微处理器芯片，使IC产品上升到一个新的通用循环。80年代随着设计工具的发展推动了一个产品满足一个用户要求的专用集成电路(ASIC)发展，使IC产品进入高一级的专用循环。90年代初又发展出了可编程门阵列(FPGA)，用户可进行软编程反复改变硬件功能，又进行新一轮的准通用循环。随着ASIC技术的积累，IC开始向片上系统(SoC)发展，SoC实质上是更高一级的专用系统。随着通用-专用模式的交替发展，硬件软件的界限开始模糊起来，IC设计进入了基于可重用知识产权(IP)库的设计阶段。二二智能仪器的基

4、本结构智能仪器的基本结构•微机内置式–将单片或多片的微机芯片与仪器有机结合在一起形成的单机–微机芯片组合在仪器内部—专用性好，便携。•微机扩展式–以个人计算机（PC）为核心的应用扩展型测量仪器–由PC机加配各种扩展卡，充分利用PC机的功能，又称个人仪器。微机内置式微机内置式1．模拟测量：被测量输入，传感器变换，放大器或衰减器（量程切换），A/D转换。2．微计算机部分：CPU，内部总线（数据﹑地址﹑控制），接口—实现逻辑﹑电平﹑时序的匹配。3．存储器：程序—ROM，暂存数据—RAM4．操作面板：显示：LED（LightEmittingDiode），LCD(LiquidCrystalD

5、isplay)，键盘，开关，按钮。5．模拟输出：D/A转换，曲线记录与显示，模拟控制。6．数字输入/输出：数字显示与记录，数字控制，仪器通信—通过外部总线以构成系统。7．中断申请输入•输入通道（决定仪器测量准确度的关键部位）–输入放大器；抗混叠滤波器；多路转换器；采样/保持器、A/D转换器；三态缓冲器•输出通道–模拟输出：D/A转换器；多路分配器；采样/保持器、低通滤波器–数字输出：CRT显示器；磁盘；光盘；绘图仪；打印机•CPU（单片机；DSP等）•仪器面板•仪器内存个人计算机仪器（个人计算机仪器（PCIPCI））屏幕输出硬拷贝电量数据处理非电量应用软件数据/模拟输出开关量或逻辑

6、电平IEEE488/RS232C输入插件箱局部网络虚拟仪器（虚拟仪器（VIVI））•虚拟仪器指的是具有虚拟仪器面板的个人计算机，它由通用的个人计算机，模块化的功能硬件和控制软件所组成。操作人员通过友好的图形用户界面以及图形化的编程语言来控制仪器运行，以完成数据采集、数据分析，并且显示最终的数据结果，它和传统仪器最大的不同之处，就在于应用的灵活性、功能的可重构性上。计算机和仪器的密切结合计算机和仪器的密切结合•虚拟仪器（VirtualInstrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，

7、其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器的主要特点虚拟仪器的主要特点1.尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。2.可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。3.用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器的发展