智能儀器課后習(xí)題答案

智能儀器課后習(xí)題答案

智能儀器考試題型：名詞解釋、簡答、筒述、綜合

沒有給重點(diǎn)，但是老師說考題都是由課后習(xí)題凝練出來的，所以我將大部分課后習(xí)題答

案整理出來，僅供參考。難免有錯(cuò)誤，望大家諒解并指出。

課后習(xí)題參考

1-1你在學(xué)習(xí)和生活中，接觸、使用或了解了哪些儀器儀表？它們分別屬于哪種類型？

指出他們的共同之處與主要區(qū)別。選擇一種儀器，針對其存在的問題或不足，提出改進(jìn)設(shè)

想（課堂作業(yè)）。

參考：就測量儀器而言，按測量各種物理量不同可劃分為八種：幾何量計(jì)量儀器、熱工

量計(jì)量儀器、機(jī)械量計(jì)量儀器、時(shí)間頻率計(jì)量儀器、電磁計(jì)量儀器、無線電參數(shù)測量儀

器、光學(xué)與聲學(xué)測量儀器、電離輻射計(jì)量儀器。

1-2結(jié)合你對智能儀器概念的理解，討論“智能化”的層次。

P2智能儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量儀器相結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微型計(jì)算機(jī)或微處理器的

測量（或檢測）儀器。由于它擁有對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能，

具有一定智能的作用（表現(xiàn)為智能的延伸或加強(qiáng)等），因而被稱為智能儀器。

P5-P6智能儀器的四個(gè)層次：聰敏儀器、初級智能儀器、模型化儀器和高級智能儀

器。

聰敏儀器類是以電子、傳感、測量技術(shù)為基礎(chǔ)（也可能計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號處理技術(shù)）。

特點(diǎn)是通過巧妙的設(shè)計(jì)而獲得某一有特色的功能。初級智能儀器除了應(yīng)用電子、傳感、測

量技術(shù)外，主要特點(diǎn)是應(yīng)用了計(jì)算機(jī)及信號處理技術(shù)，這類儀器已具有了擬人的記憶、存

儲(chǔ)、運(yùn)算、判斷、簡單決策等功能。模型化儀器是在初級智能儀器的基礎(chǔ)上應(yīng)用了建模技

術(shù)和方法，這類儀器可對被測對象狀態(tài)或行為作出評估，可以建立對環(huán)境、干擾、儀器參

數(shù)變化作出自適應(yīng)反映的數(shù)學(xué)模型，并對測量誤差（靜態(tài)或動(dòng)態(tài)誤差）進(jìn)行補(bǔ)償。高級智

能儀器是智能儀器的最高級別，這類儀器多運(yùn)用模糊判斷、容錯(cuò)技術(shù)、傳感融合、人工智

能、專家系統(tǒng)等技術(shù)。有較強(qiáng)的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織、自決策、自推理能力。

1-3儀器儀表的重要性體現(xiàn)在哪些方面？P3-5

（1）儀器及檢測技術(shù)已經(jīng)成為促進(jìn)當(dāng)代生產(chǎn)的主流環(huán)節(jié)，儀器整體發(fā)展水平是國家綜

合國力的重要標(biāo)志之一（2）先進(jìn)的科學(xué)儀器設(shè)備既是知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的前提，也是

創(chuàng)新研究的主題內(nèi)容之?和創(chuàng)新成就得重要體現(xiàn)形式，科學(xué)儀器的創(chuàng)新是知識(shí)創(chuàng)新和及時(shí)

創(chuàng)新的組成部分。（3）儀器是信息的源頭技術(shù)

總之，科學(xué)儀器作為認(rèn)識(shí)世界的工具，是國民經(jīng)濟(jì)的“倍增器”、科學(xué)研究的“先行

官”、現(xiàn)代戰(zhàn)爭的“戰(zhàn)斗力”、法庭審判的“物化法官”，其應(yīng)用遍及“農(nóng)輕重、陸海

空、吃穿用”。

1-4簡述推動(dòng)智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。P8

（1）傳感器技術(shù)（2）A/D等新器件的發(fā)展將顯著增強(qiáng)儀器的功能與測量范圍（3）單片

機(jī)與DSP的廣泛應(yīng)用（4）嵌入式系統(tǒng)和片上系統(tǒng)（SOC）將使智能儀器的設(shè)計(jì)提升到一個(gè)

新階段（5）ASIC,FPGA/CPLD即使在智能儀器中廣泛使用（6）LabVIEW等圖形化軟件技

術(shù)（7）網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

1-5學(xué)過的哪些課程為智能儀器設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，回顧其主要內(nèi)容。

1-6智能儀器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？對其做簡要描述。P6

從智能儀器的發(fā)展?fàn)顩r看來，其結(jié)構(gòu)有兩種基本類型，即微機(jī)內(nèi)嵌式和微機(jī)擴(kuò)展式。

微機(jī)內(nèi)嵌式智能儀器是將單片或多片的微處理器與儀器有機(jī)的結(jié)合在一起形成的單機(jī)。

（微處理器在其中起控制和數(shù)據(jù)處理作用。其特點(diǎn)主要是：專用或多功能；采用小型化、

便攜或手持式結(jié)構(gòu)；干電池供電；易于密封，適應(yīng)惡劣環(huán)境，成本較低。）

微機(jī)擴(kuò)展式智能儀器是以個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）為核心的應(yīng)用擴(kuò)展型測量儀器。（PCI的優(yōu)

點(diǎn)是使用靈活、應(yīng)用范圍廣，可以方便的利用PC已有的磁盤、打印機(jī)及繪圖儀器等獲取

硬拷貝。PC數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)、內(nèi)存容量大，因而PCI可以用于復(fù)雜的、高性能的信息處

理。）

1-7智能儀器設(shè)計(jì)是采用FPGA/CPLD有哪些優(yōu)點(diǎn)？P12

FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他們除了ASIC的特點(diǎn)之外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）隨著VLSI工藝的不斷提高，F(xiàn)PGA/CPLD的規(guī)模也越來越大，所能實(shí)現(xiàn)的功能越來越

強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成；（2）FPGA/CPLD的資金投入小，研制開發(fā)費(fèi)用低；（3）FPGA/CPLD

可反復(fù)的編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的情況下用不同的EPROM就可實(shí)現(xiàn)不同的

功能；（4）FPGA/CPLD芯片電路的實(shí)際周期短；（5）FPGA/CPLD軟件易學(xué)易用，可以使

設(shè)計(jì)人員更能集中精力進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。FPGA/CPLD適合于正向設(shè)計(jì)，對知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)有

利。

1-8為什么說嵌入式系統(tǒng)與片上系統(tǒng)（SOC）將使智能儀器的設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新階段？

PU

（1）嵌入式系統(tǒng)的深入發(fā)展將是智能儀器的設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新的階段，尤其是能運(yùn)行

操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，由于它具備多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口、文件和目標(biāo)管理

等功能，并具有大量的應(yīng)用程序接口（API）,將會(huì)使研制復(fù)雜智能儀器變得容易；

（2）在片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者面對的不再是電路芯片而是根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的固件特

性和功能要求，選擇相應(yīng)得單片機(jī)CPU內(nèi)核和成熟化的1P內(nèi)核模塊，消除了器件信息故

障，加快了設(shè)計(jì)速度，片上系統(tǒng)將使系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)生革命性的變化。

2-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)哪些基本功能？P15

智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱DAS,是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進(jìn)行采

集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的裝置。

2-2簡述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式，并比較其特點(diǎn)。P15-16

（1）集中采集式：

a分時(shí)采集型特點(diǎn)：多路信號共同使用一個(gè)S/H和A/D電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了

成本。（但對信號的采集式由模擬多路切換器即多路轉(zhuǎn)換開關(guān)分時(shí)切換、輪流選通的，因

而相鄰兩路信號在時(shí)間上是依次被采集的，不能獲得同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，這樣就產(chǎn)生了時(shí)間

偏斜誤差。）

b同步采集型特點(diǎn)：在多路轉(zhuǎn)換開關(guān)之前給每路信號通路各加一個(gè)采樣保持器，使多路

信號的采樣在同一時(shí)刻進(jìn)行，即同步采樣。（然后由各自的保持器保持著采樣信號的幅

值，等待多路轉(zhuǎn)換開關(guān)分時(shí)切換進(jìn)入公用的A/D電路將保持的采樣幅值轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)輸入主

機(jī)。這樣可以消除分時(shí)采集型結(jié)構(gòu)的時(shí)間偏斜誤差，這種結(jié)構(gòu)既能滿足同步采集的要求，

又比較簡單。不足之處：在被測信號路數(shù)較多的情況下，同步采得的信號在保持器中保持

的時(shí)間會(huì)加長，而保持器會(huì)有?些泄露，是信號有所衰減。）

（2）分散采集式：每一路信號一般都有一個(gè)S/H和A/D,不再需要模擬多路轉(zhuǎn)換器

MNX,（每一個(gè)S/H和A/D之對本路信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換即數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)按一定的

順序或隨機(jī)地輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)采集系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)的差異可以分為分布式單機(jī)采

集系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)式采集系統(tǒng)。）

2-3采樣周期與那些因素有關(guān)，如何選擇采樣周期？

2-4為什么要在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用測量放大器？P19

由于電路內(nèi)有這樣或那樣的噪聲源存在，是的電路在沒有信號輸入時(shí)，輸出端仍存在一

定幅度的波動(dòng)電壓，這就是電路的輸出噪聲。把電路輸出端測得的噪聲有效值V0N折算到

改電路的輸入端即除以該電路的增益K,得到的電平值稱為該電路的等效輸入噪聲VIN,

即VINV如果在高電路輸入端的ON/Ko

信號幅度VIS小到比該電路的VIN還要低，那么這個(gè)信號就會(huì)被電路的噪聲所“淹

沒”。為了不使小信號被淹沒，就必須在該電路前面加一級放大器。

2-6在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)式，選擇模擬多路開關(guān)要考慮的主要因素是什么？

2-7能否說一個(gè)帶有采樣保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率可以不受限制？為什么？

P46不能說帶有采樣保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率可以不受限制。

因?yàn)樵贏/D轉(zhuǎn)換器在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)需要?定的時(shí)間，在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，被轉(zhuǎn)換的模擬量

應(yīng)基本保持不變，否則轉(zhuǎn)換精度沒有保證，甚至根本失去看轉(zhuǎn)換的意義。所以轉(zhuǎn)換時(shí)間tc

制約著轉(zhuǎn)換信號的最高頻率。fmax1

2m1tc（式1）,進(jìn)而影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率fs2fmaxo在A/D之前加上采

樣/保持器后fmax1

2m1tAP（式2）,tAP為孔徑時(shí)間。由于tAPtc,所以由式2限定的信號頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)

高于式1限

定的頻率，采樣/保持器擴(kuò)展了被轉(zhuǎn)換信號的范圍，進(jìn)而擴(kuò)展了采樣頻率，但仍受tAP

的限制，不能無限

增大。

2-8在為一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選擇微機(jī)時(shí)，主要考慮哪些因素？

（1）系統(tǒng)的通過速率，即系統(tǒng)速率、傳輸速率、采樣速率或吞吐速率（單位時(shí)間內(nèi)系

統(tǒng)對模擬信

號的采集次數(shù)）

（2）系統(tǒng)的分辨率，即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號的最小變化量

（3）系統(tǒng)的精度，當(dāng)系統(tǒng)工作在額定速率下，系統(tǒng)采集的數(shù)值和實(shí)際值的差盡量要小

2-9

2-10如果一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求有1%級精度性能指標(biāo)，在設(shè)計(jì)該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，

怎樣選擇系統(tǒng)的各個(gè)元器件？P55

通常傳感器和信號放大電路所占的誤差比例最大，其他各環(huán)節(jié)如采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)

換器等誤差，可以按選擇元器件精度的一般規(guī)則和具體情況而定，選擇元器件精度的一般

規(guī)則是：每一個(gè)元器件的精度指標(biāo)應(yīng)該優(yōu)于系統(tǒng)規(guī)定的某一最嚴(yán)格的性能指標(biāo)的10倍左

右。

所以此題中傳感器和信號放大電路的總誤差可分配成0.9%,A/D轉(zhuǎn)換器和S/H器和多路

模擬開關(guān)分配0.1%,且每個(gè)組件的誤差應(yīng)不大于0.01%?

2-11一個(gè)帶有采樣/保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采樣頻率fsLOOkHZ,FSR10V,

tAP3ns,n8,試問系統(tǒng)的采樣頻率是否太高？P47

fmax11132.0710HZm1992tAP2310

fsfmax,故系統(tǒng)的采樣頻率不高

2-12數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成P15

傳感器P模擬信號調(diào)理電路。|H數(shù)據(jù)采集電路~~H微機(jī)系統(tǒng)P

2-13信號調(diào)理電路的組成P17

傳感器，卜*（^置放大，濾波.I高通，卜?至采集電路

3-1鍵盤有哪幾種組成方式？各自有何特點(diǎn)？按鍵去抖有哪幾種方法？

鍵盤的組成方式及特點(diǎn)P60-P63

（1）非編碼鍵盤包括獨(dú)立連接式非編碼鍵盤（結(jié)構(gòu)簡單，但當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，就要占

用多個(gè)接口）

和矩陣式非編碼鍵盤（可以減少鍵盤接口）。非編碼鍵盤處理軟件復(fù)雜，硬件簡單。

（2）編碼鍵盤由硬件來識(shí)別鍵閉合、釋放狀態(tài)，由硬件消除鍵抖動(dòng)影響以及實(shí)現(xiàn)一

些保護(hù)措施的

方法，可以節(jié)省CPU相當(dāng)多的時(shí)間。這種鍵盤處理軟件簡單，但硬件較復(fù)雜。

按鍵去抖動(dòng)的方法：

硬件方法和軟件方法。通常在鍵的個(gè)數(shù)較少時(shí)可采取硬件措施，即用R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)

態(tài)電路來消除按鍵抖動(dòng)。鍵數(shù)較多時(shí)，常用軟件反彈跳，及采用軟件延時(shí)法。

3-2鍵盤接口主要解決哪些問題？P60

（1）決定是否有鍵按下

（2）如果有鍵按下，決定是哪一個(gè)鍵被按下

（3）確定被按鍵的讀書

（4）反彈跳-按鍵抖動(dòng)的消除

（5）不管一次按鍵持續(xù)的時(shí)間多長，僅采樣一個(gè)數(shù)據(jù)

（6）處理同時(shí)按鍵，即同時(shí)又一個(gè)以上的按鍵情況

3-3

3-4LCD有那兩種常用的驅(qū)動(dòng)方式？說明一種驅(qū)動(dòng)方式的工作原理。P65圖3-8

(1)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式

A端接交變的方波信號，B端接控制該段顯示狀態(tài)的信號。從圖中可以看出，當(dāng)該段兩

個(gè)電極上的電壓相同時(shí)，電極間的相對電壓為0.,該段不顯示；當(dāng)兩極上的電壓相位相反

時(shí)，兩電極間的相對電壓為兩倍幅值的方波電壓，該段顯示，即呈黑色顯示狀態(tài)。

(2)迭加驅(qū)動(dòng)方式(時(shí)分割驅(qū)動(dòng)法)

3-5試述當(dāng)前集中常見觸摸屏的工作原理。P81-P82

(1)電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏的主要部分是一塊玉顯示器表面緊密配合的電阻薄膜

屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層叫ITO的

透明導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮得塑料層，她的內(nèi)表面也涂有一

層導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把他們隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕

時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了一個(gè)結(jié)束，控制器檢測到這個(gè)接通點(diǎn)并計(jì)算出X、Y

軸的位置，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。

(2)紅外線式觸摸屏紅外線式觸摸屏以光束阻斷技術(shù)為基礎(chǔ)，不需要在原來的顯示器

表面覆蓋任何材料，而是在顯示屏幕四周安放一個(gè)光點(diǎn)距架框，在屏幕四邊排布紅外發(fā)射

管和紅外接收管，一對應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線組成的柵格。當(dāng)有任何物體進(jìn)入這個(gè)柵

格的時(shí)候，就會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，在紅外線探測器上會(huì)收到變化的信

號，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置，經(jīng)由控制器將觸摸的位置坐標(biāo)傳遞給操作系

統(tǒng)。

(3)電容式觸摸屏把人體當(dāng)作一個(gè)電容元件的電極使用，是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行

工作的。電容式觸摸屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電

場，當(dāng)用戶和觸摸屏表面耦合出足夠量的電容時(shí)，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，

于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流，這個(gè)電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，

并且流經(jīng)這4個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個(gè)電流比例的

精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置，

(4)表面聲波式觸摸屏通過屏幕縱向和橫向邊緣的壓電換能器發(fā)射超聲波來實(shí)現(xiàn)。在

各自對面的邊緣裝有超聲波傳感器，屏幕表面形成縱橫交錯(cuò)的超聲波柵格。當(dāng)收獲觸摸筆

接近屏幕表面，接收波形對應(yīng)手指擋住部位信號衰減了一個(gè)缺口，計(jì)算缺口的位置既是觸

摸坐標(biāo)。

3-6什么是同步通信方式和異步通信方式？與RS-232標(biāo)準(zhǔn)相比，RS-422/485標(biāo)準(zhǔn)有何

優(yōu)點(diǎn)？請說明RS-422/485標(biāo)準(zhǔn)為何有這樣的優(yōu)點(diǎn)。

同步通信方式：在數(shù)據(jù)開始傳送前用同步字符來指示，并由時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端

同步，字符與字符間沒間隙；異步通信方式：數(shù)據(jù)時(shí)一幀一幀(包括字符代碼或一字節(jié)數(shù)

據(jù))傳送的。

P88優(yōu)點(diǎn)：RS-232存在數(shù)據(jù)傳輸速率慢和傳送距離短的缺點(diǎn)。RS-422/485標(biāo)準(zhǔn)傳輸速

率快，傳送距離遠(yuǎn)。

因?yàn)镽S-232發(fā)送器驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的最大能力為2500pF,這就限制了信號線的最大長

度。RS-232

規(guī)

定的邏輯電平與一般處理器的邏輯電平不一致，須與轉(zhuǎn)換電平芯片連接，通信距離小，

傳輸速率小。而RS-422/485的信號傳輸是利用信號導(dǎo)線之間的電相位差，傳輸距離遠(yuǎn)，

速率高。

3-7兩臺(tái)智能儀器均以51系列單片機(jī)為主構(gòu)成去內(nèi)部的微機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)兩臺(tái)智能儀器采

用RS-232標(biāo)準(zhǔn)僅用TXD、RXD信號進(jìn)行通信時(shí)，試設(shè)計(jì)從一個(gè)儀器到另一個(gè)儀器之間利用

串行通信的所有電路的原理圖。設(shè)兩臺(tái)儀器均只提供+5V電源。

P88圖3-31

3-8畫出將3-7題的通信標(biāo)準(zhǔn)換成RS-485后的電路連線圖。

P92圖3-36、圖3-37

3-9簡述USB總線的特點(diǎn)及優(yōu)越性。P92-P93

特點(diǎn)：（1）USB接口統(tǒng)一了各種接口設(shè)備的連接頭

（2）即插即用，并能自動(dòng)檢測與配置系統(tǒng)的資源

（3）具有“熱插拔”的特性

（4）USB最多可以連接127個(gè)接口設(shè)備

（5）USBL1的接口設(shè)備采用兩種不同的速度:12Mbit/s（全速）和L5Mbit/s（慢

速）。USB2.0的傳輸速度最高可達(dá)到480Mbit/s。

優(yōu)勢：（1）簡化外部接口設(shè)備與主機(jī)之間的連線，并用一條傳輸纜線來串接各類型的

接口設(shè)備

（2）可以在不需要重新開機(jī)的情況下安裝硬件

3-10USB的基本框架包含那幾部分？P93

（1）USB主機(jī)控制器/根集線器

（2）USB集線器

（3）USB設(shè)備

3-11USB有幾種傳輸模式？試簡述各種傳輸方式的特性。P97

（1）控制傳輸是USB中最重要的傳輸，唯有正確的執(zhí)行完控制傳輸才能進(jìn)一步執(zhí)行其

他傳輸模式。需以雙向傳輸達(dá)到這個(gè)請求。能自定義請求來為任何目的而發(fā)送或接收數(shù)據(jù)

塊。所有USB設(shè)備必須支持控制傳輸。

（2）中斷傳輸它是為那些必須快速接收到主機(jī)或設(shè)備的數(shù)據(jù)而準(zhǔn)備的。是低速設(shè)備可

以傳輸數(shù)據(jù)的唯一方法。中斷傳輸僅是一種“輪詢”的過程，如果因?yàn)殄e(cuò)誤而發(fā)生傳送失

敗，可以在下一輪詢的期間重新發(fā)送一次。

（3）批量傳輸它是針對未使用到的USB帶寬來向主機(jī)提出請求的。須根據(jù)目前總線的

擁擠狀態(tài)，以所有可使用的帶寬為基礎(chǔ)，不斷調(diào)整本身的傳輸速率，因此沒有設(shè)置輪詢時(shí)

間間隔。若因某些錯(cuò)誤而發(fā)生傳送失敗，就重新傳送一次。

（4）等時(shí)傳輸采用了預(yù)先與PC機(jī)主機(jī)協(xié)議好的固定帶寬，以保證發(fā)送端與接收端的

速度能相互吻合，不支持有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)重新發(fā)送，相對就須犧牲一些小錯(cuò)誤的發(fā)生。

3-12USB有幾種描述符？其中哪幾種是必須要設(shè)置的？P96

（1）設(shè)備描述符必須設(shè)置

（2）配置描述符必須設(shè)置

（3）接口描述符必須設(shè)置

（4）端口描述符必須設(shè)置

3-13以你的觀點(diǎn)解釋設(shè)備列舉的含義？P96

當(dāng)USB設(shè)備第一次連接到USB總線時(shí)，USB主機(jī)就會(huì)對此設(shè)備做出列舉檢測的動(dòng)作。此

時(shí)，主機(jī)會(huì)負(fù)責(zé)檢測與設(shè)備所有連接至根集線器的設(shè)備，而辨識(shí)與設(shè)置一個(gè)USB外圍設(shè)備

的程序，稱之為設(shè)備列舉。若以USB通信協(xié)議的觀點(diǎn)來看，設(shè)備列舉就是通過一連串介于

主機(jī)與設(shè)備之間的控制傳輸來辨識(shí)與設(shè)置一個(gè)剛連上USB的設(shè)備程序。而進(jìn)一步的解釋設(shè)

備列舉，也即是操作系統(tǒng)可以辨識(shí)一個(gè)新的硬件設(shè)備連接上總線以及決定其特定的需求，

然后加載適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序，并且給予新的硬件設(shè)備一個(gè)新的地址3-14簡述無線數(shù)據(jù)傳輸

的原理及特點(diǎn)。P105

無限數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)是調(diào)制解調(diào)技術(shù)。調(diào)制過程是在發(fā)送端吧數(shù)字信號變換成能被

模擬信道傳輸?shù)哪M信號，經(jīng)傳輸通道傳至接收端，接收端通過解調(diào)過程把接收到的模擬

信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，完成了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。

特點(diǎn)：（1）工頻為國際通用的數(shù)據(jù)傳輸頻段433MHz,無需申請

（2）易于采集運(yùn)動(dòng)信號，不受電纜的約束

3-15

4-1與硬件濾波器相比，采用數(shù)字濾波器有何優(yōu)點(diǎn)？P111

（1）數(shù)字濾波只是一個(gè)計(jì)算過程，無需硬件，因此可靠性高，并且不存在阻抗匹配、

非一致性等問題；

（2）模擬濾波器在頻率很低時(shí)較難實(shí)現(xiàn)的問題，不會(huì)出現(xiàn)在數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)過程

中；

（3）只要適當(dāng)?shù)母淖償?shù)字濾波器在程序中的有關(guān)參數(shù)，就能方便的改變?yōu)V波特性，因

此數(shù)字濾波使用靈活方便。

4-2常用的數(shù)字濾波算法有哪些，說明各種濾波算法的特點(diǎn)和使用場合。

（1）克服脈沖干擾的數(shù)字濾波法：包括限幅濾波法、中值濾波法、基于拉依達(dá)準(zhǔn)則的

奇異數(shù)據(jù)濾波法（剔除粗大誤差）、基于中值數(shù)絕對偏差的決策濾波器。

特點(diǎn)：克服由儀器外部環(huán)境偶然因素引起的突變性擾動(dòng)或儀器內(nèi)部不穩(wěn)定等引起誤碼等

造成的尖脈沖干擾

場合：有尖脈沖干擾的場合

（2）抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法：為抑制電子器件熱噪聲、A/D量化噪聲等小幅

度高頻電子噪聲，通常采用具有低通特性的算術(shù)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法、滑動(dòng)加權(quán)

平均濾波法等線性濾波器。

特點(diǎn)：算術(shù)平均濾波法可有效消除隨機(jī)干擾，采樣次數(shù)越大，濾波效果越好，但系統(tǒng)靈

敏度要下降，只適用于慢變信號；滑動(dòng)加權(quán)平均濾波法對周期信號有良好的抑制作用，平

滑度高，靈敏度低，對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾抑制作用差；加權(quán)平均濾波法系統(tǒng)對當(dāng)前采

樣值的靈敏度高。

場合：有小幅度高頻噪聲的場合

（3）復(fù)合濾波器：

特點(diǎn)：既能抑制隨機(jī)干擾，又能濾除明顯的脈沖干擾。

場合：隨機(jī)擾動(dòng)不是單一的場合，既要消除大幅度的脈沖干擾，又要使數(shù)據(jù)平滑的場合

4-3各種常用的濾波算法能組合使用嗎？若能，請舉例說明；若不能，請說明理由。

P115

能組合使用。在實(shí)際應(yīng)用中，所面臨的隨機(jī)擾動(dòng)往往不是單一的，有時(shí)既要消除大幅度

的脈沖干擾，又要做數(shù)據(jù)平滑，因此常用兩種以上的濾波算法結(jié)合使用。

例如：去極值平均值濾波算法。特點(diǎn)：先用中值濾波算法濾除采樣值中的脈沖性干擾，

然后把剩余的各采樣值進(jìn)行平均。去極值平均值濾波算法的算法為：連續(xù)采樣N次，剔除

其中的最大值和最小值，再求余下N-2個(gè)采樣值的平均值。顯然，這種方法既能抑制隨機(jī)

干擾，又能濾除明顯的脈沖干擾。4-4

4-5

4-6

4-7中值數(shù)絕對偏差決策濾波器與中值濾波器有哪些特點(diǎn)？PU3

中值數(shù)絕對偏差決策濾波器特點(diǎn)：這種決策濾波器能夠判別出奇異數(shù)據(jù)，并以有效性的

數(shù)據(jù)來取代。具有比例不變性、因果性、算法快捷等特點(diǎn)，實(shí)時(shí)的完成數(shù)據(jù)凈化。

中值濾波器：運(yùn)算簡單，在濾除脈沖噪聲的同時(shí)可以很好的保護(hù)信號細(xì)節(jié)信息。中值濾

波器是一種常用于凈化奇異數(shù)據(jù)的非線性濾波器，它對奇異數(shù)據(jù)的敏感度遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)偏

差，存在“根信號”用于單調(diào)性數(shù)據(jù)的濾波，而非點(diǎn)到信號采用中值濾波凈化數(shù)據(jù)表現(xiàn)過

于主動(dòng)進(jìn)取

4-8什么是系統(tǒng)誤差？有哪幾種類型？簡要說明系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的根本區(qū)別。P117

系統(tǒng)誤差是只在相同條件下，多次測量同一量時(shí)其大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變

化的誤差。

分為恒定系統(tǒng)誤差和變化系統(tǒng)誤差。

系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的根本區(qū)別：系統(tǒng)誤差不能依靠概率統(tǒng)計(jì)方法消除，可掌握、控

制、消除，具有規(guī)律性，產(chǎn)生在測量開始之前，與測量次數(shù)無關(guān)。隨機(jī)誤差不能掌握、控

制、消除，具有隨機(jī)性，產(chǎn)生在測量過程中，與測量次數(shù)有關(guān)。

4-9產(chǎn)生零位誤差的原因有哪些？產(chǎn)生增益誤差的原因有哪些？簡述校正方法。P117

由于傳感器、測量電路、放大器等不可避免的存在溫度漂移和時(shí)間飄移，所以會(huì)給儀器

引入零位誤差和增益誤差，這類誤差均屬于系統(tǒng)誤差。

零位誤差校正方法：在每一個(gè)測量周期或中斷正常的測量過程中，把輸入接地（即使輸

入為零），此時(shí)包括傳感器在內(nèi)的整個(gè)測量輸入通道的輸出即為零位輸出（一般其值不為

零）NO；再把輸入接基

準(zhǔn)電壓Vr測得數(shù)據(jù)Nr,并將NO和Nr存于內(nèi)存；然后輸入接Vx,測得Nx,則測量結(jié)果

可用下式計(jì)算

VxVrNxNO,即在正常的測量過程中，均從采樣值中減去原先存入零位輸出值，

從而實(shí)現(xiàn)零NrNO

位校正。

增益誤差的自動(dòng)校正方法：開始工作后或每隔一定時(shí)間去測量一次基準(zhǔn)參數(shù)，然后建立

誤差校正模型，確定并存儲(chǔ)校正模型參數(shù)。在正式測量時(shí)，根據(jù)測量結(jié)果和校正模型求取

校正值，從而消除誤差。4-10基準(zhǔn)電壓Vr的精度和穩(wěn)定性是否會(huì)影響零位誤差、增益

誤差的校正效果？PH7

會(huì)影響。

零位誤差、增益誤差的校正結(jié)果都與基準(zhǔn)電壓有關(guān)系。對于零位校正，測量結(jié)果為

VxVrX0,NxNO；對于增益校正，校正方程為YA1XA0,其中

AlVr/XINrNO

AOVrXO/（XOXI）

4-11簡述系統(tǒng)非線性誤差校正的思路與方法。PH8

思路：采用各種非線性校正算法（校正函數(shù)法、線性插值法、曲線擬合法等）從儀器數(shù)

據(jù)采集系統(tǒng)輸出的與被測量呈非線性關(guān)系的數(shù)字量中提取與之相對應(yīng)的被測量。

方法：校正函數(shù)法、代數(shù)插值法（線性插值、拋物線插值、分段插值）、曲線擬合（連

續(xù)函數(shù)擬合、分段擬合）

4-12通過測量獲得一組反映被測值的離散數(shù)據(jù)，欲建立一個(gè)反映被測量值變化的近似

數(shù)學(xué)模型，請問有哪些常用的建模方法？

校正函數(shù)法、代數(shù)插值法（線性插值、拋物線插值、分段插值）、曲線擬合（連續(xù)函數(shù)

擬合、分段擬合）

4-13什么事代數(shù)插值法？簡述線性插值和拋物線插值是如何讓進(jìn)行的。P119-P121

nn1所謂代數(shù)插值，就是用一個(gè)次數(shù)不超過n的代數(shù)多項(xiàng)式P...alxaO去逼近

n（x）anxanlx

f(x),使Pn(x)在節(jié)點(diǎn)處滿足Pn(xi)f(xi)yi,i0,1,...,n

線性插值過程：從一組數(shù)據(jù)xi.yi中選取兩個(gè)有代表性的點(diǎn)xO,yO和

xl.yl,然后根據(jù)插值原理，求出插值方程

PlxxxOyyxxlyOylalxaO,其中待定系數(shù)al和aO為al10,

aOyOalxOxOxlxlxOxlxO

拋物線插值過程：在一組數(shù)據(jù)中選取xO,yO,xl,yl和x2,y2三個(gè)點(diǎn)，相應(yīng)

的插值方程為

xxlxx2P2xxOxlxOx2xx0yOxlxOxxxyx0

2x1xx021x2xlxy2x2xl

4-14什么是線性擬合法？如何利用最小二乘法來實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)式擬合。P122-P123

4-15

4-16舉例說明標(biāo)度變換的概念。P126

測量機(jī)械壓力時(shí)，常利用壓力傳感器，當(dāng)壓力變化為0~100N時(shí)，壓力傳感器輸出的電

壓為OlOmV,放大為5V后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到OOH、FFH的數(shù)字量這些數(shù)碼并不等于原

來帶有量綱的參數(shù)值，它僅僅對應(yīng)于參數(shù)的大小，必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能

顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換就是工程量變換，又稱標(biāo)度變換。

5-1什么是軟件工程？軟件工程是如何克服軟件危機(jī)的？P131-P132

軟件工程是由硬件和系統(tǒng)工程派生出來的。它包含四個(gè)關(guān)鍵元素：方法、語言、工具和

過程，是工程學(xué)的原理和方法在軟件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的應(yīng)用。

隨著軟件在計(jì)算機(jī)中的比重的增大，傳統(tǒng)的軟件生產(chǎn)方式已不能適應(yīng)發(fā)展需要，出現(xiàn)了

軟件危機(jī)。軟件工程將軟件生產(chǎn)劃分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段都有嚴(yán)格管理和質(zhì)量檢驗(yàn)，設(shè)

計(jì)和生產(chǎn)過程有共同的準(zhǔn)則。

5-2什么是基于裸機(jī)的軟件設(shè)計(jì)？其設(shè)計(jì)步驟分為那兒步？P141

基于裸機(jī)的軟件設(shè)計(jì)是指以“空白”的微處理器/控制器為基礎(chǔ)，完成全部的軟件設(shè)

計(jì)，沒有將系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件分開處理，其實(shí)時(shí)性和可靠性與設(shè)計(jì)人員的水平密切相

關(guān)，適用于功能較簡單的智能儀器。

步驟：（1）設(shè)計(jì)任務(wù)書的編寫（2）硬件電路的設(shè)計(jì)（3）軟件任務(wù)分析（4）數(shù)據(jù)類型

和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃（5）資源分配（6）編程與調(diào)試（7）編程語言和編程環(huán)境的選擇

5-3系統(tǒng)監(jiān)控程序的作用是什么？常用的結(jié)構(gòu)有哪幾種？P147-P148

系統(tǒng)監(jiān)控程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序。它完成人機(jī)對話和遠(yuǎn)程控

制等功能，是系統(tǒng)按照操作者的意圖或遙控命令來完成指定的作業(yè)。它是單片機(jī)系統(tǒng)的框

架。監(jiān)控程序的任務(wù)有：完成系統(tǒng)自校、初始化，處理鍵盤命令，處理接口命令，處理?xiàng)l

件觸發(fā)并完成顯示功能。

常用結(jié)構(gòu)：作業(yè)順序調(diào)度型、作業(yè)優(yōu)先調(diào)度型、鍵碼分析作'也調(diào)度型

5-4根據(jù)你的理解談?wù)勈裁词乔度胧较到y(tǒng)，它有什么特點(diǎn)？

嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。

特點(diǎn)：功能單?、簡單，兼容性要求不高，軟件代碼小，高度自動(dòng)化，響應(yīng)速度快，適

合于要求實(shí)時(shí)的和多任務(wù)的體系。

5-5嵌入式應(yīng)用程序的開發(fā)分為那幾個(gè)階段？P154

(1)應(yīng)用軟件的生成階段

(2)應(yīng)用軟件的調(diào)試階段

(3)應(yīng)用軟件的固化運(yùn)行階段

5-6嵌入式軟件的開發(fā)方法有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？P156

(1)交叉開發(fā)崩潰與燒制的調(diào)試方法無法進(jìn)行程序調(diào)試，效率低下，開發(fā)系統(tǒng)建立

在PC(或

工作站)匕應(yīng)用程序的編輯、編譯、鏈接等過程在宿主機(jī)上完成，而最終運(yùn)行平臺(tái)為

嵌入式設(shè)備。

(2)ROM監(jiān)控程序法改變崩潰和燒制方法才來的缺陷，將一段程序固化在目標(biāo)機(jī)上。

該程序與

宿主機(jī)端程序一起完成對應(yīng)用程序的調(diào)試。

5-7什么是軟件測試，其作用是什么(發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤)？P157

軟件測試就是在軟件投入運(yùn)行前，對軟件需求分析，設(shè)計(jì)規(guī)格說明和編碼的最終復(fù)查，

是軟件質(zhì)量保證的關(guān)進(jìn)步驟。

定義1：軟件測試時(shí)為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程。

定義2：軟件測試時(shí)根據(jù)軟件開發(fā)各階段規(guī)格說明和程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而精心設(shè)計(jì)一批測

試用例(即輸入數(shù)據(jù)及預(yù)期的輸出結(jié)果)，并利用這些測試用例去運(yùn)行程序，以發(fā)現(xiàn)程序

錯(cuò)誤的過程。6-1可靠率、失效率是如何定義的？儀器失效率服從什么樣的規(guī)律？P169

可靠率是指在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)儀器完成所規(guī)定的任務(wù)的成功率。

失效率優(yōu)勢也稱瞬時(shí)失效率或故障率，是指儀器運(yùn)行到t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的

儀器臺(tái)數(shù)與t時(shí)刻完好儀器臺(tái)數(shù)之比。

儀器系統(tǒng)失效率曲線（新浴盆曲線）：圖6-1

6-2有1000臺(tái)儀器，要求其MTBF=1000h。若對其進(jìn)行1000h的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，最多允許多

少臺(tái)儀器出現(xiàn)故障？P171

解：平均故障間隔時(shí)間MTBFtin1Rt

得lOOOh儀器可靠率為R1000e1,又Rtet,/T

T為運(yùn)行臺(tái)數(shù)和運(yùn)行時(shí)間的乘積，T106；指儀器失效數(shù)

得到10001,103

儀器失效數(shù)為T1000,即最多允許有1000臺(tái)儀器出現(xiàn)故障。

6-3影響儀器可靠性的因素有哪些？有哪些措施可以提高儀器硬件可靠性？P174-P177

影響儀器可靠性的因素有：元器件的可靠性、工藝、電路結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素、人為因素。

提高儀器可靠性的措施：

（1）合理地選擇元器件（電阻器、電容器、集成電路芯片）（2）篩選，把所選的合適

元器件的特性測試后，對這些元器件施加外應(yīng)力，過一段時(shí)間再重新特性測試（3）元器

件降額使用（4）可靠的電路設(shè)計(jì)（5）冗余設(shè)計(jì)，包括并聯(lián)系統(tǒng)和串聯(lián)系統(tǒng)（6）環(huán)境設(shè)

計(jì)，包括溫度保護(hù)、沖擊振動(dòng)保護(hù)、電磁干擾保護(hù)（7）人為因素設(shè)計(jì)（8）對儀器進(jìn)行可

靠性試驗(yàn)

6-4若三個(gè)可靠度為0.9的儀器部件串聯(lián)構(gòu)成系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠度為多少？P78

（與書中公式不一樣，我覺得書中公式有錯(cuò)誤）

RsRi0.930.729

ilm

若這三個(gè)可靠度為0.9的儀器部件并聯(lián)冗余構(gòu)成系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠度為多少？

Rp1（1Ri）1（10.9）30.999

ilm

若這三個(gè)部件并聯(lián)構(gòu)成3取2的表決系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠度又為多少（忽略表決器的影

響）？

6-5軟件可靠性的預(yù)估有哪幾種模型？試分析你所了解的模型的優(yōu)缺點(diǎn)。P180

（1）時(shí)間模型

可靠性增長模型：此模型需要確定在調(diào)試前軟件的故障數(shù)目，這是一項(xiàng)困難的任務(wù)。

公理模型：該模型預(yù)測的故障數(shù)與實(shí)際的故障數(shù)之比為0.8

（2）數(shù)據(jù)模型：由于輸入集E的不同，軟件表現(xiàn)出的可靠度不同。

6-6敘述提高儀器軟件可靠性的方法。P181

（1）認(rèn)真的進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)（2）可靠的程序設(shè)計(jì)方法（3）程序驗(yàn)證技術(shù)（4）提高軟件

設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)（5）消除干擾（6）增加試運(yùn)行時(shí)間

6-7

6-8說明儀器的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)程P172圖6-3

系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)程可靠性考慮

6-9什么是儀器的干擾和抑制？抑制的任務(wù)和手段是什么？P186

干擾：相對有用信號而言，只有噪聲達(dá)到一定數(shù)值、它和有用信號一起進(jìn)入智能儀器并

影響其正常工作，才能形成干擾。

抑制：消除或減少干擾

抑制的任務(wù)：從根本上消除或減少干擾

抑制電磁干擾源、切斷電磁干擾耦合途徑、降低電磁敏感裝置的敏感性

抑制的手段：屏蔽、接地、浮置、對稱電路、隔離技術(shù)、濾波、脈沖電路的噪聲抑制

6-10按產(chǎn)生干擾的物理原因，通?？蓪⒏蓴_分為那幾類？分別采取什么措施進(jìn)行抑

制？

(1)機(jī)械干擾采取減震措施來解決

(2)熱干擾通常采用熱屏蔽、恒溫措施、對稱平衡結(jié)構(gòu)、溫度補(bǔ)償元器件等措施來

抑制。

(3)光干擾采用光屏蔽來一直

(4)化學(xué)干擾密封和保持清潔

（5）電和磁干擾屏蔽（包括靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽）、接地（包括安全

接地、信號源接地、信號地線、負(fù)載地線、機(jī)殼接地）、浮置、對稱電路、隔離技術(shù)（包

括電磁隔離、光隔離和隔離放大器）、濾波（包括電源濾波、信號濾波和有源濾波）、脈

沖電路（包括積分電路、脈沖干擾隔離門和削波器）

（6）射線輻射干擾

6-11研究形成干擾作用的三要素的目的是什么？P188

噪聲形成干擾必須同時(shí)具備三要素：噪聲源、對噪聲敏感的接收電路、兩者之間的耦合

通道。研究三要素的目的是從這三要素出發(fā)，設(shè)計(jì)抑制干擾的基本方法和措施。

6-12試分析接通電容性負(fù)載及斷開電感性負(fù)載形成干擾的原因，并舉例說明干擾的大

小。P188

接通電容性負(fù)載時(shí)，由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，是的一個(gè)電路的電荷變化影響到

另一個(gè)電路，形成干擾。

斷開電感性負(fù)載時(shí)，由于兩點(diǎn)路之間存在互感，是的當(dāng)一個(gè)電路的電流變化時(shí)，通過磁

鏈影響到另一個(gè)電路，形成干擾。

6-13干擾主要通過什么途徑傳播？如何采取措施加以抑制？P188

（1）電容性耦合盡量減小寄生電容

（2）電感性耦合減小互感值

（3）共阻抗耦合減小電源內(nèi)阻壓降、減小地線壓降、減小輸出阻抗

（4）漏電耦合

（5）傳導(dǎo)耦合

（6）輻射電磁場耦合

6-14屏蔽為什么能達(dá)到抗干擾的目的？靜電屏蔽及電磁屏蔽的原理是什么？為了使它

們能達(dá)到很好的效果，應(yīng)采取什么措施？P192

用低電阻材料或高磁導(dǎo)率材料將需要防護(hù)的部分屏蔽起來，將電力線或磁力線的影響限

定在某個(gè)范圍或阻止它們進(jìn)入某個(gè)范圍，隔斷場的耦合，能抑制各種場的干擾

靜電屏蔽的原理：由于處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部，各點(diǎn)等電位，即內(nèi)部無電力

線，所以靜電場的電力線就在接地的金屬導(dǎo)體處中斷，從而起到隔離靜電場的作用。為了

達(dá)到很好的效果，采用驅(qū)動(dòng)屏蔽。

電磁屏蔽的原理：電磁屏蔽是采用良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻電磁場對金屬

屏蔽層的作用，在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生電渦流，由渦流產(chǎn)生磁場抵消或減弱干擾磁場的影響，

從而達(dá)到屏蔽的目的。為了達(dá)到很好的效果，所選用的屏蔽層材料必須是良導(dǎo)體，當(dāng)必須

在屏蔽層上開孔或開槽時(shí)，必須注意孔或槽的位置和方向，應(yīng)不影響或盡量減少影響電渦

流的路徑，以免影響屏蔽效果。

7-1什么是可測試性？智能儀器中引入可測試性設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？

P206可測試性是指產(chǎn)品能夠及時(shí)準(zhǔn)確地確定其自身狀態(tài)（如可工作、不可工作、性能

下降等）和隔離其內(nèi)部故障的設(shè)計(jì)特性?？蓽y試性包括三個(gè)基本要素：可控制性、可觀測

性和可預(yù)見性。

P208優(yōu)點(diǎn)：（1）提高故障檢測的覆蓋率（2）縮短儀器的故障時(shí)間（3）可以對儀器進(jìn)

行層次化的逐級測試：芯片級、板級、系統(tǒng)級（4）降低儀器的維護(hù)費(fèi)用7-2什么是固有

測試性？固有測試性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括哪幾個(gè)方面？P209

固有測試性是指僅取決于產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)，不依賴于測試激勵(lì)和響應(yīng)數(shù)據(jù)的測試性。

固有測試性設(shè)計(jì)主要從硬件設(shè)計(jì)和與外部測試設(shè)備的兼容性考慮。在設(shè)計(jì)硬件時(shí)，盡量

把每個(gè)功能劃分為一個(gè)單元。在結(jié)構(gòu)上要便于故障的隔離和單元的更換。在電器上要盡量

減少各可更換單元之間的連線和信息的交叉。在元器件和部件的選擇上，應(yīng)優(yōu)先選擇具有

良好可測試特性和故障模式已有充分描述的集成電路或組件。模塊和組件的接口要便于測

試控制和觀測。被測單元和外部設(shè)備之間，應(yīng)具有良好的兼容性。被測單元在結(jié)構(gòu)和電氣

上都應(yīng)和外部測試設(shè)備保持兼容，減少專用接口設(shè)備。7-3結(jié)合書中所學(xué)知識(shí)談?wù)勀銓?/p>

BIT技術(shù)的理解。P216

傳統(tǒng)的測試技術(shù)主要是利用外部的測試儀器對被測設(shè)備進(jìn)行測試，但隨著復(fù)雜系統(tǒng)維修

性要求的提高，迫切需要復(fù)雜系統(tǒng)本身具備檢測、故障隔離的功能以縮短維修時(shí)間。所以

BIT在測試研究當(dāng)中占據(jù)了越來越重要的地位，成為維修性、測試性領(lǐng)域邪惡重要研究內(nèi)

容。BIT是指系統(tǒng)、設(shè)備內(nèi)部提供的檢測、隔離故障的自動(dòng)測試能力。BIT技術(shù)是改善系

統(tǒng)或設(shè)備測試性與診斷能力的的重要途徑，是測試和維修的重要手段，簡化了設(shè)備維護(hù)，

降低了總體費(fèi)用，它使得傳統(tǒng)測試中用手工完成的絕大多數(shù)測試實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

7-4常用的BIT技術(shù)有哪些？各有什么特點(diǎn)？P217

（1）通用BIT技術(shù)：測試點(diǎn)的選擇直接影響被測系統(tǒng)的測試性。包括余度BIT技術(shù)、

環(huán)繞BIT技術(shù)、

并行測試技術(shù)。

（2）數(shù)字BIT技術(shù)：包括板內(nèi)ROM式BIT技術(shù)、微處理器BIT、微診斷法、RAM測

試、定時(shí)監(jiān)控測試

等。

（3）模擬電路BIT技術(shù)：包括比較器方法和電壓求和方法。由于模擬器件的故障模式

很多，模擬電路

會(huì)有容差故障，所以模擬電路BIT技術(shù)很難發(fā)展。

7-5常規(guī)BIT技術(shù)有哪些缺陷？如何解決這些問題？P223

常規(guī)BIT技術(shù)缺陷：功能相對簡單，診斷技術(shù)單一、診斷能力差，虛報(bào)警率高。

解決方法：把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和模糊邏輯等智能理論和方法應(yīng)用于BIT的故障診斷

之中，將其與計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)結(jié)合，從根本上解決BIT的虛報(bào)警問題，

提高了BIT的診斷能力。8-1簡述智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求。P231

（1）功能及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足要求

（2）可靠性要高

（3）便于維護(hù)和操作

（4）儀器工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)要求

8-2智能儀器設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)遵循的基本原則。怎樣理解“組合化與開放式設(shè)計(jì)思想”？

P231-P232基本原則：（1）從整體到局部（自頂向下）的設(shè)計(jì)原則

（2）較高的性能價(jià)格比原則

（3）組合化與開放式設(shè)計(jì)原則

開放式設(shè)計(jì)思想：在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實(shí)際可能出發(fā)，又留下容納未來

新技術(shù)機(jī)會(huì)的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，兼顧設(shè)計(jì)周期和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并著眼于社

會(huì)的公共參與，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，

兼顧通用的基本設(shè)計(jì)和用戶的專用要求。

組合化設(shè)計(jì)思想：開放式體系結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)致了工業(yè)測控系統(tǒng)采用組合

化設(shè)計(jì)方法的流行，即針對不同的應(yīng)用系統(tǒng)要求，選用成熟的現(xiàn)成硬件模板和軟件進(jìn)行組

合。組合化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是模塊化（又稱積木化），硬、軟件功能模塊化是實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì)

的關(guān)鍵。優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)成的功能模塊，簡化設(shè)計(jì)并縮短設(shè)計(jì)周期。結(jié)構(gòu)靈活，便于擴(kuò)充和更

新，使系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)。維修方便快捷。功能模板可以組織批量生產(chǎn)，使質(zhì)量穩(wěn)定并降低

成本。

8-3智能儀器中微機(jī)系統(tǒng)有哪幾種構(gòu)成方式？分別試用于哪些場合？

8-4總結(jié)目前市場流行的單片機(jī)型號、特點(diǎn)。

（1）MicroChip單片機(jī)：MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC16C系列和17C系列8位

單片機(jī)，CPU采

用RISC結(jié)構(gòu)。運(yùn)行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)能力，價(jià)

格低，一次性編程，小體積。適用于量大，檔次低，價(jià)格敏感的產(chǎn)品。在辦公自動(dòng)化設(shè)

備，消費(fèi)電子產(chǎn)品，電訊通信，智能儀器儀表，汽車電子，金融電子，工業(yè)控制不同領(lǐng)域

都有廣泛應(yīng)用。

（2）51系列擁有基于復(fù)雜指令集（CISC）的單片機(jī)內(nèi)核，雖然其速度不快，12個(gè)振

蕩周期才能執(zhí)行

一個(gè)單周期指令，但其端口結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)雙向并行口，可兼有外部并行總線，故使其擴(kuò)展性

能非常強(qiáng)大。51的內(nèi)部硬件預(yù)設(shè)，可用特殊功能寄存器對其進(jìn)行編輯。

（3）AVR單片機(jī)高速RISC（精簡指令集）：主頻最高達(dá)20MHz；低功耗，寬電壓：

1.8V-5.5V,最低全

速運(yùn)行功耗＜300uA；10口驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)：推拉電流能力均達(dá)30mA,可以直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴

器、繼電器等；片內(nèi)資源豐富：外部中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART、SPI、HC、ADC、模擬比

較器型號齊全，而且40腳一下點(diǎn)的AVR均具有DIP的封裝形式。

（4）MSP430單品級的特點(diǎn)

MSP430系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用的范圍的不斷擴(kuò)大，主要取決于一下的特點(diǎn)。強(qiáng)大

的處理能力MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，

具有豐富的尋址方式（7中源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡介的27條內(nèi)核指令

以及大量的魔力指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有搞笑的

查表處理敕令，有較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125ns的指令周期。

16位的數(shù)據(jù)寬度、125ns的指令周期一節(jié)多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)加乘）相配合，能

實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如FFT等）。MSP430系列單片機(jī)的終端源較多，并且可以

任意嵌套，使用靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用終端請求將它喚醒只用

6us。超低功耗MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`

活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。

8-5TMS320系列DSP中，有哪些芯片適合智能儀器，概括其主要性能特點(diǎn)。

8-6簡述《儀器設(shè)計(jì)任務(wù)書》的主要內(nèi)容、主要作用和編寫注意事項(xiàng)。P232-P233

主要內(nèi)容：（1）儀器名稱、用途、特點(diǎn)及簡要設(shè)計(jì)思想

（2）主要技術(shù)指標(biāo)，包括：精度、被測參數(shù)名稱及測量范圍和工作環(huán)境、穩(wěn)定性等。

（3）儀器應(yīng)具備的功能，包括：輸出功能、人機(jī)對話功能、運(yùn)算功能、出錯(cuò)或超限報(bào)

警提示功能以及諸如儀器檢測狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)整功能。

（4）儀器的設(shè)備規(guī)模

（5）系統(tǒng)的操作規(guī)范

主要作用：（1）作為用戶（或委托方）和研制單位之間的合約附件或研制單位儀器設(shè)

計(jì)的立項(xiàng)基礎(chǔ)。

（2）反映儀器的結(jié)構(gòu)、規(guī)定儀器的功能指標(biāo)，是研制人員的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（3）作為研制完畢進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收的依據(jù)。

編寫注意事項(xiàng)：

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)書應(yīng)由項(xiàng)目主持人編寫，力求簡明，切勿陷入具體細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，但是要從

總體上考慮實(shí)現(xiàn)

總目標(biāo)所必須經(jīng)歷的研究途徑和實(shí)施方法。

（2）填寫《儀器功能說明書》中有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)是要非常慎重。應(yīng)結(jié)合實(shí)際

通盤考慮，切忌

苛求高指標(biāo)，避免技術(shù)指標(biāo)在有限的人力和財(cái)力條件下難以實(shí)現(xiàn)。

8-7智能儀器設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮硬件和軟件之間的關(guān)系。P233

智能儀器設(shè)計(jì)時(shí)兩者緊密協(xié)調(diào)、不可分離。系統(tǒng)完成的某些功