智能仪器设计要点论文

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1、智能仪器设计要点引言微型计算机技术和嵌入式系统的迅速发展，引起了仪器仪表结构的根本性变革，即以微型计算机为主体，代替传统仪表的常规电子线路，成为新一代具有某种智能的灵巧仪表。这类仪表的设计重点，已经从模拟和逻辑电路的设计转向专用的微机模板或微机功能部件、接口电路和输入偷出通道的设计，以及应用软件的开发。其主要包括将被测非电量转换成与之相对应的电信号的传感器部分,对传感器的信号进行进一步的滤波,放大等的信号调理电路,以及以单片机为核心对信号进行处理,通信和控制的信号处理单元。这类仪表已经实现人脑的一部分功能，例如四则运算、逻辑判断、命令识别

2、等，有的还能够进行自校正、自诊断，并具有自适应、自学习的能力，因此习惯上称之谓“智能仪表”。但“智能化”的水平高低不一，目前所见的一部分这类产品，智能化的程度还不高，需要不断改进和完善。随着科学技术的进步发展，这类仪表所具有的智能水平将会越来越高。一些新技术新器件，如32位RISC处理器、DSP、ARM、大容量存储器、嵌入式实时操作系统等的不断涌现，将对智能仪表的发展起到极大的推动作用。将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。智能仪器具有以下功能特点：　　①操作自动化。仪器的整个测量过程

3、如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。　　②具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。　　③具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。　　④具有友好的人机对话

4、能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。⑤具有可程控操作能力。一般智能仪器都配有GPIB、RS232C、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。设计要点智能仪器设计的主要内容通常包含硬件(连同单片机在内的全部电子线路)、软件(包括监控管理程序及各种功能模块)及仪表结构工艺三

5、大部分。设计者应当熟悉要设计的仪表的工作原理和技术性能，应能对仪表的硬件部分独立地进行设计和计算；能够根据该仪表的各项测量功能独立地进行软件设计；还要能够根据所设计的原理电路，综合考虑仪表的性能和技术要求，合理地布置元器件，绘制出仪表的线路图‘最后，对所设计的仪表进行总调，发现设计中的错误之处及时修正，直至所设计的智能化测控仪表达到顶期的要求。在智能化仪器仪表的设计研制过程中，要按仪表的功能把硬件和软件分成若干个模块，对各个模块采用“自顶向下”的顺序分别进行设计和调试，最后将各模块连接起来进行总调。首先应进行总体设计，按仪器应完成的任务确

6、定其功能。例如，仪器是用于过程控制还是用于数据采集的处理，要求的精度如何；仪器输入信号的类型、范围如何；是否需要进行隔离；仪器的输出来用什么形式，是否需要进行打印输出；仪器是否需要具有通信功能，采用并行还是串行通信；仪器的成本应控制在什么范围之内等等。另外，还要对整台仪器的结构、外形、面板布置、使用环境等给予充分的考虑。在总体设计个要绘制出仪器的系统总图及各功能模块的流程图，并拟定详细的工作计划。完成总体设计后，再根据这些计划按流程图对仪器各部分硬件和软件进行具体的设计。在智能化测控仪表中，单片机是核心，因此在硬件设计时首先要考虑单片机的

7、选择，然后再确定与之配套的外围芯片。在选择单片机时，要考虑的因素有字长(即数据总线宽度)、寻址能力、指令功能、执行速度、中断能力以及市场对该种单片机的软、硬件支持状态等。在充分考虑上述各种因素正确选择了单片机之后，还要进行输入和输出接口和其它功能组件的设计。输入输出接口是智能化测控仪表与外部设备交换信息的通道，它包括A／D和D／A转换接口、键盘显示器接口、打印机接口以及各种通信接口等。在进行上述各种接口的设计过程中，要画出详细电路图并进行参数计算，标出各个芯片的型号、器件参数值，然后根据电路图在试验板上进行调试，发现设计不当之处随时修改，

8、调试成功之后再制作印刷电路板。在试验板上改动硬件设计比在印刷板上改动要容易得多。最后还应指出，在硬件电路设计时还应考虑到仪器的可维修性，即在电路上适当增加若干故障检查手段，如各种短路点及助线等