《智能儀器技術(shù)及應用》B卷答案

…………2'《智能儀器技術(shù)及應用》B卷答案一、簡答題（每題4分，共20分）1、敘述智能儀器的基本組成、工作原理及發(fā)展趨勢?答：智能儀器由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括主機電路、模擬量輸入 /輸出通道、人機接口電路、通信接口電路。軟件分為監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。如圖為典型智能儀表結(jié)構(gòu)，由三個層次構(gòu)成教字L：號俞入*:換樂粘klh宀 I遽訊搔IIIf陽屮別釦電&據(jù)系統(tǒng) RS：32C/135I皿迫5心）t.貶jf；系經(jīng)IEEE-1MSi（；H-[m追血J口h1'智能儀器的工作原理：傳感器獲取被測量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開關(guān)；由單片機逐路選通模擬開關(guān)將各輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器，放大后的信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應的脈沖信號后送入單片機中；單片機根據(jù)儀flashrom（閃速存儲器）或器所設定的初值進行相應的數(shù)據(jù)運算和處理（如非線性校正等）；運算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應flashrom（閃速存儲器）或e2prom（電可擦除存貯器）內(nèi)的設定參數(shù)進行運算比較后，根據(jù)運算結(jié)果和控制要求，輸出相應的控制信號（如報警裝置觸發(fā)、繼電器觸點等）。此外，智能儀器還可以與pc機組成分布式測控系統(tǒng)，由單片機作為下位機采集各種測量信號與數(shù)據(jù)，通過串行通信將信息傳輸給上位機一一pc機，由pc機進行全局管理。 2'智能儀器是計算機科學、電子學、數(shù)字信號處理、人工智能等新興技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合，逐步實現(xiàn)微型化，多功能化，人工智能化，隨著專用集成電路、個人儀器等1'相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會得到更加廣泛的應用。可以預料，各種功能的智能儀器在不1'2、為什么智能儀器要具備自檢功能？自檢方式有幾種？常見的自檢內(nèi)容有哪些？答：所謂自檢就是利用事先編制好的檢測程序?qū)x器的主要部件進行自動檢測，并對故障進行定位。自檢功能給智能儀器的使用和維修帶來很大的方便。……1'智能儀器的自檢方式有三種類型：1)開機自檢……1'2)周期性自檢……1'3)鍵盤自檢……1'32、為什么智能儀器要具備自檢功能？自檢方式有幾種？常見的自檢內(nèi)容有哪些？答：所謂自檢就是利用事先編制好的檢測程序?qū)x器的主要部件進行自動檢測，并對故障進行定位。自檢功能給智能儀器的使用和維修帶來很大的方便?！?'智能儀器的自檢方式有三種類型：1)開機自檢……1'2)周期性自檢……1'3)鍵盤自檢……1'3、什么叫軟測量？軟測量建?？梢杂媚切┓椒?？答：對于難于測量或暫時不能用單獨的儀表進行測量的被測變量(又稱為主導變量)，選擇另外一些容易測量的變量(又稱二次變量或輔助變量)，想法構(gòu)成這些輔助變量與被測變量之間的某種數(shù)學關(guān)系，就可以用數(shù)據(jù)處理軟件代替單獨的儀表這種硬件，通過計算、估計和推斷確定被測變量。 2'軟測量建模的方法：(1)機理建模；(2)機理建模與經(jīng)驗建模相結(jié)合；(3)回歸分析建模；(4)人工神經(jīng)網(wǎng)絡建模；(5)其它方法建模 2'4、什么是模糊控制？它的特點是什么？答：模糊控制是基于模糊推理，模仿人的語言表達方式和思維方式，對難以建立精確數(shù)學……1'模型的對象實施的一種智能控制技術(shù)。它是模糊技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是智能技……1'模糊控制的特點在于：1)不要求知道被控對象的精確數(shù)學模型，只需要提供現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗及其操作數(shù)據(jù)；2)控制系統(tǒng)的魯棒性強，適合于解決常規(guī)控制難以解決的非線性、強耦合、時變和時滯系統(tǒng)；3)以語言變量代替常規(guī)的數(shù)學變量，容易構(gòu)成專家“知識”4)控制推理模仿人的思維過程，采用“不精確推理”，融入了人類的經(jīng)驗，因而能處理 3'復雜乃至病態(tài)的系統(tǒng)。 3'5、如何抑制來自電網(wǎng)和電源的干擾？系統(tǒng)的屏蔽和接地應注意哪些問題？答：智能儀表的供電線路是干擾的主要入侵途徑,而且微機系統(tǒng)對來自供電源的干擾又特別敏感,所以設計一個抗干擾的直流穩(wěn)壓電源是智能儀表電磁兼容性設計的重要環(huán)節(jié)常采取的措施有如下幾種：(1)微機系統(tǒng)和產(chǎn)生干擾的設備分開供電(2)設計抗干擾穩(wěn)壓電源(3)選用高性能的電源(4)供電電路上的抗干擾措施(5)接地問題系統(tǒng)的屏蔽和接地設計應注意如下幾個方面:(1)一點接地和多點接地的使用原則。(2)

屏蔽層與公共端的連接當一個接地的放大器與一個不接地的信號源連接時 ，連接電纜的屏蔽層應接到放大器公共端，反之應接到信號源公共端。高增益放大器的屏蔽層應接到放大……2'器的公共端。（3）信號地應與交流地、功率地分開。（4）屏蔽地（或機殼地）接法隨屏蔽目……2'二、論述題（每題10分，共20分）1、如何利用單片機及相應的外圍電路實現(xiàn)頻率信號的同精度測量？分析測量誤差。答：使用單片機的兩個定時器，定時器0工作在方式1（16位定時器方式），定時器1為被測信號輸入端，工作在方式1（16位計數(shù)器方式）。P1J0DC!cueINTODC!cueINTOID單片機先清除兩個計數(shù)器，再發(fā)出START言號表示定時計數(shù)開始，在fx的上升沿到來之前D觸發(fā)器仍關(guān)閉兩計數(shù)門，由fx上升沿開啟兩計數(shù)器計數(shù)，即定時開始與被測信號同步。單片機內(nèi)部定時一到就改變START言號，觸發(fā)器要等fx的又一個上升沿到來時才跳變而關(guān)閉計數(shù)器，即定時結(jié)束與被測信號同步。 5'測頻過程原理如下圖所示，設被測信號和定時器 0的計數(shù)周期分別為“T”和“t”，測頻開始，被測信號第一個上升沿①到來時，同時打開定時器 0和定時器1,開始計數(shù)，當定時器0計滿65536個周期后，被測信號的下一個上升沿②到來時，同時關(guān)閉定時器0和定時器1,此時，設計數(shù)器1所計信號周期數(shù)為N,定時器0的THQTL0中所計數(shù)為門1,則定時器0所定時間為nt=（65536+ni）*t,又因為NT=nt，從而，得出被測信號的周期T=nt/N，進一步可求得被測信號的頻率f=1/T。 5' 5'2、試述多單片機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)以及它們之間的區(qū)別。答：多單片機系統(tǒng)指單板（或多板）情況下，多單片機互聯(lián)通信，交換數(shù)據(jù)，分工協(xié)作完成總體任務的系統(tǒng)。多單片機互連形式多種多樣，通信協(xié)議不對外開放，通信形式與互聯(lián)形式又是密切關(guān)聯(lián)的。 3'計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，就是利用通信設備和線路將地理位置不同、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，以功能完善的網(wǎng)絡軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。在計算機網(wǎng)絡環(huán)境下，計算機是互聯(lián)起來的，能相互傳遞信息，在一個區(qū)域乃至全球?qū)崿F(xiàn)資源共享，同時，各計算機又是相互獨立自治的，可以獨立自主的進行自己的工作。計算機網(wǎng)絡建立的主要目的是實現(xiàn)計算機資源的共享。互連的計算機是分布在不同的地理位置的多臺獨立的“自治計算機”。連網(wǎng)的計算機既可以為本地用戶提供服務，也可以為遠程用戶提供網(wǎng)絡服務。連網(wǎng)計算機之間遵循共同的網(wǎng)絡協(xié)議。 4'現(xiàn)場總線系統(tǒng)是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡與控制系統(tǒng)的集成，現(xiàn)場總線用于構(gòu)成現(xiàn)場儀表、控制室、控制系統(tǒng)之間的全分散、全數(shù)字化、智能雙向、多變量、多點、互聯(lián)的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題?，F(xiàn)場控制設備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡。通信標準的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設備間具有互可操作性。功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設備間具有互換性?？刂乒δ芟路诺浆F(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。 3'三、分析題（每題12分，共24分）1圖1所示的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器最大顯示數(shù)為19999（BCD碼），滿刻度值為2V，時鐘頻1率為fo=1OOkHz(fo=—)，試分析:T0]乜吒-iS￡-s（1）該雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基準電圧+Ur、一Ur應該為多少?該雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基準電壓+Ur、—Ur分別為2V,—2V。 2'（2）該A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為多少？轉(zhuǎn)換速率大約為多少?因為轉(zhuǎn)換器最大顯示數(shù)為19999（BCD碼），滿刻度值為2V,所以分辨率為2V/20000=0.1mv 2'轉(zhuǎn)換速率大約為2Ti=2X2000XTo=4000=400msf。……2'（3）積分時間Ti為多少毫秒？時鐘頻率是否可選擇80kHz?為什么?Ti=2000XTo=2000=200msfc 2'時鐘頻率不能選擇80kHz,因為那樣采樣時間不是20ms（工頻周期）的整數(shù)倍?！?'（4）當輸入電壓U=0.25V時，積分時間T2為多少毫秒？顯示器的數(shù)碼指示為多少?解：T2=工-U=200msX0.25V=25msU2VN2=T^= =2500To 10s 2'2、在一個時鐘頻率為12MHz的8031系統(tǒng)中接有一片ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器（地址自定），以構(gòu)成一個簡單8通道自動巡回檢測系統(tǒng)。要求該系統(tǒng)每隔 100ms時間就對8個直流電壓源（0?5V）自動巡回檢測一次，測量結(jié)果對應存于60H?67H的8個存儲單元中（定時采樣可以采用單片機內(nèi)定時器的定時中斷方法）。試畫出該系統(tǒng)的電路原理圖，并編寫相應的控制程序。答：電路圖如下:IM-Dru1rrjM-l餐g荊riruJIMT111qtJi-jnijTIM-mn*V"*nifU"JAr<YJiin*rLLJLAnliTibLN-CALUJkDLrjTifrd*1nVl?、LH--"AllEhrttlEm|-11cn」一KI?TTATTwJITJkiLvAiKhj血2$23耳23J6JiUJ1RTiiUJLkSQ亦卜?Q3C卜Jlj卜如IT卜IL'卜IQIL■gIQC?De1311IP_匸□_saw'u曲■ISA-阿iTQ XIaL^畑占ImpFr I山‘HHIALEff

丁d叨FW咖rsF22RDEE：FTKiXLeKvtTOTL二】了9 R￡^：l]gXT詁二刃士ckJ--!A□1乞J'平」「跡1亍Tfis412ln用呵nnMnnnnM—J-JADC080聽80C51的接口電路 6'由電路圖可以知道：1.ADC0809的地址是70FFh2.ADC0809的8個模擬通道所對應的口地址是78FFh~7FFFh3.采樣的開始，只要對模擬通道對應的地址寫入一個數(shù)即啟動轉(zhuǎn)換。4.由P1.0查詢ADC0809的EOC信號，即可確定轉(zhuǎn)換是否完成5.8個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果依次放入60H?67H存儲單元中org0000hmovr1,#60hmovr2,#8hmovtl0,#0hmovth0,#0b8h;movtmod,#1hclret0setbtr0movscon,#40hmovdptr,#78ffhloop:mova,r2subba,r1jnzloop2movr1,#0hmovdptr,#78ffhmovr1,#0hmovdptr,#78ffhloop1:jnbtf0,loop1clrtf0movtl0,#0hmovth0,#0b8hloop2:movx@dptr,a;startA/Dloop3:jbp1.0,loop3loop4:jnbp1.0,loop4movxa,@dptrmov@r1,aincdphincr1ljmploopend 6'四、設計題（每題18分，共36分）1以MCS-51系列單片機為核心部件，設計基于單片機控制的多功能溫濕度顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有日歷時鐘、溫濕度顯示、切換、復位、校對、調(diào)整、報警等功能。答：系統(tǒng)構(gòu)成：本系統(tǒng)基于AT89C52單片機為核心，用DS18B20溫度傳感器和HS1101電容式濕度傳感器分別測量環(huán)境溫濕度，使用 12MHz的晶振構(gòu)成的震蕩電路作為單片機的外部時鐘電路，進行時間的計時，6個七段LED顯示器進行時間、溫度、濕度的顯示，用按鍵進行溫濕度、時間的切換，以及時間的復位、校對、調(diào)整，采用蜂鳴器進行報警。 3'硬件電路：（1）DS18B20溫度傳感器電路該型號的溫度傳感器可以將測量的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并直接與單片機通信。電路圖如下：pLvec1/0pLvec1/0GSfE>p客1呂BiO 3'(2)HS11O1濕度傳感器電路濕度的變化可以轉(zhuǎn)化為頻率的變化，濕度越高，頻率越小，外加一個 555定時器便可以將1相連，便1相連，便可以測出方波的頻率，進而便可以得到濕度值。電路圖如下:⑶單片機復位系統(tǒng)及外部時鐘電路……3……3-.5F\V-?3AOl31fF,AC210IL12111丄135IKlaXTA；：9vet?L.ime.?=1.J?r.i?：.J?tj?1.4?C.3?Ls?<.*?：6赳5?15?C.ft5iTVTD=5sj.lTXDALLPJtOO?3-gT0P￡E；<?3l-CTT?-7?：.t=J.5.T1?：.5咖醞?：.i?'3.'O?：JKTAl：?；.；XTAl：?：.iGXD0+LifT-TriJM-X、…3'⑷單片機復位系統(tǒng)及外部時鐘電路VCU7Ii4tbt■:K'l1[口于Alt[ ' ”II丨^―:」VCU7Ii4tbt■:K'l1[口于Alt[ ' ”II丨^―:」SfiLEpi:fW-T二■卜云??甘I…」輕J3■亠B二U■.七■ o4-nL￡￡>且-匚匚'""r^TTTfTTS"■匚七:g「]Vi