现代仪器系统设计考纲.doc

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1、现代仪器系统设计考纲第一讲现代仪器概述1.仪器的定义信息获取、处理、利用的工具，是信息化的重要设备，也是现代工业的核心技术之一。2.智能仪器的组成，硬件与软件部分硬件部分：处理器电路、输入通道电路、输出通道电路、人机接口电路、通信接口电路软件部分：监控程序、接口管理程序、数据处理程序3.智能仪器的特点1）功能多样化2）系统集成化、模块化3）构成的柔性化：专用与通用4）网络化、可视化第二讲智能仪器设计方法1.理解智能仪器设计的原则：从整体到局部、经济性（成本取决于研制成本和生产成本）、易操作性、通用性（指标留有一定余量）、软硬件合理配合、可靠性2.理解智能仪器

2、设计的一般步骤1、确定任务、明确目标，拟定总体设计方案1）确定仪器的功能、技术指标及设计任务（要考虑被测信号的特点、被测量的数量、输入信号的通道数、被测量的类型、变化范围以及测量速度、精度、分辨率和误差等；还要确定测量结果的输出方式、显示器的类型、输出接口的配置。）2）建模和测控算法的确定3）智能仪器的总体方案设计2、硬件和软件设计1）硬件电路设计和功能模板的研制2）软件框图的设计和程序的编制3、系统调试及性能测试1）硬件电路和软件的调试及性能测试。2）智能仪器的调试包括硬件电路调试、软件调试和样机调试三部分。3）智能仪器硬件电路和软件的研制一般独立地平行进

3、行。4）样机调试是指在硬件电路和软件分别调试完成后，在样机上进行的硬件电路和软件的联调。3.理解硬件设计的基本要求1）达到或超过技术指标：定性的功能与定量的技术指标。2）尽可能提高性价比。3）适应环境，安全可靠：合理地选择元器件和采用极限情况下试验的方法。4）便于操作和维护。4.理解电路设计的一般原则1）硬件电路结构要结合软件方案一并考虑。（软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件电路。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件实现来得长，而且占用CPU时间。因此，考虑到硬件软化方案时，要考虑到这些因素。）2）尽可能选用典型电路和集成电

4、路，为硬件系统的标准化、模块化打下基础。3）微机系统的扩展与外围配置的水平应充分考虑测控系统的功能要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。4）把设计好的单元电路相连时要考虑是否能直接连接，模拟电路时要不要加电压跟随器进行阻抗隔离，数字电路连接和微机接口电路要不要逻辑电平转换，要不要加驱动器、锁存器和缓冲器等。5）在模拟信号传送距离较远时要考虑以电流或频率信号传输代替以电压信号传输，如共模干扰大应采用差动信号传送。在数字信号传送距离较远时，要考虑采用“线驱动器”。6）可靠性设计和抗干扰设计，包括去耦滤波、印制电路板布线、通道隔离等。5.理解软件设计的一般步骤

5、1）进行系统定义2）程序设计3）编写程序4）查错和调试5）文件编制6）维护和再设计6.理解软件设计的一般方法：模块化方法模块不宜分得过大或过小。模块必须保证独立性。对每一个模块作出具体定义，定义应包括解决某问题的算法，允许的输入输出值范围以及副作用对于一些简单的任务，不必企求模块化。当系统需要进行多种判定时，最好在一个模块中集中这些判定。7.理解软件测试的基本概念（黑盒、白盒）黑盒测试：功能测试法也称为“黑盒测试”，并不关心程序的内部逻辑结构，而只检查软件是否符合它预定的功能要求。白盒测试：程序逻辑结构测试法也称“白盒测试”，是根据程序的内部结构来设计测试用

6、例。用这种方法来发现程序中可能存在的所有错误，至少必须使程序中每种可能的路径都被执行一次。测试用例应由输入信息、预期处理结果与实际测试结果三部分组成8.理解智能仪器调试的基本概念（在线、离线）在线：1）开发系统的基本功能用户样机硬件电路的检测与诊断用户样机程序的输入与修改应用程序的运行、调试、排错、状态查询等功能应用程序代码固化功能有较全面的开发软件有跟踪调试、运行的能力为了方便模块化软件调试，还应配置软件转储、程序文本打印功能及设备2）开发系统的组成主处理机：一般是一个带有监控程序的单板机或一个带操作系统的微处理机控制台：键盘和显示终端外存储器打印机在线仿

7、真器（ICE）：为用户程序的调试提供运行环境，把目标硬件（用户样机）与开发系统联系起来，使用户可以在开发的实际目标硬件环境下，全面调试用户程序。编程器（EPROM或FLASH）开发系统软件：编辑程序、汇编（或编译）程序及动态调试程序第三讲输入/输出模块设计技术1.理解输入通道的组成将实际存在的电压、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、调理等处理，将其转换成计算机能接收的逻辑信号的电路称为模拟量输入通道。单通道结构、多通道结构（多通道共行结构、多通道共享结构）2.理解传感器的性能指标1）线性范围：输出与输入成正比的范围。2）精度：3

8、）灵敏度：要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少