《智能儀器技術(shù)及應(yīng)用》B卷答案

《智能儀器技術(shù)及應(yīng)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、工作原理及進展趨勢？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…………１'智能儀器的工作原理：HYＰERLINK”ｈtｔp://wwｗ。ofweek。ｃom／ＳEＡRCH/ＷEＮＺＨANG/％Ｅ4%BC%Ａ0％E6%8４%９Ｆ%E5%99％A8．ＨTＭ”\o＂傳感器"\ｔ"_ｂｌank＂傳感器獵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HYPERＬINK"http：／／ｗwｗ．ofｗeeｋ。com／SEARCＨ/WENZHANG/％E5%BC%80%Ｅ5％85%B3．HＴM”\o"開關(guān)"\t＂_bｌaｎk"開關(guān);由ＨＹPERLINK"ｈｔｔp:／／www。ｏｆｗeek。ｃｏm/ＳEARCH/ＷＥＮZＨANG／％E５%8D%95％E7％89％８7％E6％9C%ＢA．ＨＴM”\o＂單片機"\t"＿ｂlａｎｋ”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(yīng)的脈沖信號后送入單片機中；單片機依據(jù)儀器所設(shè)定的初值進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運算和處理（如HYPEＲLINK"hｔｔp:／/www．ofｗｅｅk．com/SEARＣH／WENZHANＧ/％Ｅ9%9Ｄ％9Ｅ％Ｅ7％BA％BＦ%E６%8０%A7。HTM"＼o"非線性”\t＂_ｂlank＂非線性校正等）；運算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行HYPＥＲLＩＮK＂httｐ:／/ｗｗｗ。ofweek.ｃｏm/ＳEARCH/ＷＥＮZHＡNG/%Ｅ6%98％BE%E7%A4％BA．ＨＴM＂\ｏ”顯示＂＼t"_blａｎｋ"顯示和打??；同時單片機把運算結(jié)果與存儲于片內(nèi)flａｓhrom（閃速存儲器)或e2ｐrｏm（電可擦除存貯器)內(nèi)的設(shè)定參數(shù)進行運算比較后，依據(jù)運算結(jié)果和掌握要求,輸出相應(yīng)的掌握信號(如報警裝置觸發(fā)、ＨＹPERＬINK＂http：//ｗww.oｆweｅ／ＳEＡRCH/WEＮZHＡNG/％E7％ＢB％A7%E7%9４％Ｂ5％E5%99％A8。HTM"\o”繼電器"\t"_bｌanｋ"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HYＰＥＲＬＩＮＫ"ｈtｔp：／/ｗww．ofｗｅｅｋ。cｏm／SEARCＨ／ＷEＮZHＡNＧ／％Ｅ6%B5％8Ｂ%E９％８７％8F．HTM"＼o＂測量"\t"＿ｂlａｎk"測量信號與數(shù)據(jù)，通過串行HYPＥRLINK＂ｈtｔp:/／ｗｗw.ofwｅｅk．com/SＥARＣＨ/ＷEＮZHANＧ/%E9％80％９A％Ｅ４％BＦ％A１.ＨＴＭ"\o"通信”\t"_bｌaｎｋ＂通信將信息傳輸給上位機——pｃ機，由ｐc機進行全局管理?！?’智能儀器是計算機科學(xué)、電子學(xué)、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、個人儀器等相關(guān)技術(shù)的進展,智能儀器將會得到更加廣泛的應(yīng)用?？梢灶A(yù)料,各種功能的智能儀器在不遠(yuǎn)的將來會廣泛地使用在社會的各個領(lǐng)域.…………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便利?！薄悄軆x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：對于難于測量或臨時不能用單獨的儀表進行測量的被測變量（又稱為主導(dǎo)變量)，選擇另外一些容易測量的變量(又稱二次變量或幫助變量），想法構(gòu)成這些幫助變量與被測變量之間的某種數(shù)學(xué)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、估量和推斷確定被測變量。…………２’軟測量建模的方法：(1)機理建模;(２）機理建模與閱歷建模相結(jié)合；(3)回歸分析建模；（4）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模；（5)其它方法建?！?’4、什么是模糊掌握？它的特點是什么?答:模糊掌握是基于模糊推理，仿照人的語言表達(dá)方式和思維方式，對難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對象實施的一種智能掌握技術(shù).它是模糊技術(shù)和掌握技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是智能技術(shù)的一個重要分支?！?’模糊掌握的特點在于：（1)不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要供應(yīng)現(xiàn)場操作人員的閱歷及其操作數(shù)據(jù);（2）掌握系統(tǒng)的魯棒性強,適合于解決常規(guī)掌握難以解決的非線性、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(xué)變量,容易構(gòu)成專家“知識”；（4）掌握推理仿照人的思維過程，采納“不精確推理”,融入了人類的閱歷，因而能處理簡潔乃至病態(tài)的系統(tǒng)?！?’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(yīng)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格外敏感，所以設(shè)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(shè)計的重要環(huán)節(jié)，通常實行的措施有如下幾種：(１)微機系統(tǒng)和產(chǎn)生干擾的設(shè)備分開供電（２）設(shè)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…………２’系統(tǒng)的屏蔽和接地設(shè)計應(yīng)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(dāng)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(yīng)接到放大器公共端，反之應(yīng)接到信號源公共端。高增益放大器的屏蔽層應(yīng)接到放大器的公共端。（3)信號地應(yīng)與溝通地、功率地分開.(4）屏蔽地（或機殼地)接法隨屏蔽目的不同而異。…………2’二、論述題(每題10分，共20分)１、如何利用單片機及相應(yīng)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)。單片機先清除兩個計數(shù)器，再發(fā)出SＴAＲT信號表示定時計數(shù)開頭，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)，即定時開頭與被測信號同步.單片機內(nèi)部定時一到就轉(zhuǎn)變SＴART信號，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?！?’測頻過程原理如下圖所示,設(shè)被測信號和定時器0的計數(shù)周期分別為“Ｔ”和“t”，測頻開頭,被測信號第一個上升沿=1\＊ＧB３①到來時，同時打開定時器0和定時器1,開頭計數(shù),當(dāng)定時器０計滿655３6個周期后，被測信號的下一個上升沿=2\＊GＢ３②到來時,同時關(guān)閉定時器０和定時器1，此時,設(shè)計數(shù)器1所計信號周期數(shù)為Ｎ，定時器０的TH0，TL0中所計數(shù)為ｎ1,則定時器０所定時間為nｔ=(65536+n1）＊t,又由于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。TT=1\*GB3①=2\*GB3②NT計數(shù)器1ntt定時器065536t…………5'2、試述多單片機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)以及它們之間的區(qū)分。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(wù)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)形式又是親密關(guān)聯(lián)的?！?'ＨYPERLINＫ”http：//ｂaｉke．bａidu。cｏm/view/３3１４.htm＂\t"＿blａnk＂計算機HYPERＬINK＂hｔtp：//baike。baidｕ。com／vｉｅw/348７.htm＂\t＂_blank"網(wǎng)絡(luò)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(shè)備和線路將地理位置不同、功能獨立的多個HYPERＬIＮK"hｔｔｐ：／/baike．baｉdu.coｍ／vｉew/1１3058３．htm”\t"＿blaｎk＂計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，以功能完善的HYPERＬＩNK＂httｐ：//ｂaike。baｉdu。coｍ/view/３８384.ｈtｍ"＼t＂_blank"網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。在計算機網(wǎng)絡(luò)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(luò)建立的主要目的是實現(xiàn)計算機資源的共享?；ミB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供應(yīng)服務(wù)，也可以為遠(yuǎn)程用戶供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。連網(wǎng)計算機之間遵循共同的HYPERLIＮK＂ｈttp：/／ｂaike。bａｉｄｕ。com/vｉew/１６6０3.htm"\t”_bｌａｎｋ＂網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?！?’現(xiàn)場總線系統(tǒng)是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與掌握系統(tǒng)的集成，現(xiàn)場總線用于構(gòu)成現(xiàn)場儀表、掌握室、掌握系統(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HＹPＥＲLINK”htｔp:／/baｉkｅ。bａｉ/viｅw/101０2.htｍ＂\t”＿ｂlank＂工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、掌握器、HYPERLINK”ｈttｐ：/／ｂaikｅ.ｂaidu．cｏm／view/184３31。ｈｔm＂\t"＿bｌank”執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場掌握設(shè)備和高級掌握系統(tǒng)之間的信息傳遞問題?，F(xiàn)場掌握設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層掌握網(wǎng)絡(luò)。通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、全都，使系統(tǒng)具備開放性，ＨＹPERLＩNK＂http：/／baike．bａｉdｕ。cｏm／ｖieｗ/497412。ｈｔm＂＼ｔ＂_bｌanｋ”設(shè)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(shè)備間具有互換性。掌握功能下放到現(xiàn)場,使掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性?！?’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,時鐘頻率為ｆ０＝１00kHz(f0＝），試分析:(１）該雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓+UR、—ＵR應(yīng)該為多少?該雙積分式A／Ｄ轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓+UR、-ＵR分別為2Ｖ，－２V?！病?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?由于轉(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2T1＝2×2００0×T0=＝400ｍs…………2’(3)積分時間T1為多少毫秒？時鐘頻率是否可選擇8０kHz？為什么?Ｔ1＝20００×T０==2００ms…………２’時鐘頻率不能選擇80kHｚ，由于那樣采樣時間不是20mｓ（工頻周期）的整數(shù)倍。…………2'(4）當(dāng)輸入電壓Ui=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=Ｕi＝×0．2５V＝2５msＮ２===25００…………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)成一個簡潔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(yīng)存于60H～67H的8個存儲單元中（定時采樣可以采納單片機內(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(yīng)的掌握程序。答:電路圖如下:ADＣ0８09與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(yīng)的口地址是7８FＦh～7FFＦh３。采樣的開頭，只要對模擬通道對應(yīng)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(shè)計題（每題18分,共36分）1、以ＭCS—５1系列單片機為核心部件，設(shè)計基于單片機掌握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(fù)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，以準(zhǔn)時間的復(fù)位、校對、調(diào)整,采納蜂鳴器進行報警?！?'硬件電路：（1）DS１8Ｂ２0溫度傳感器電路該型號的溫度