《智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》試題及答案

《智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》試題及答案一、 判斷題（每題2分，共20分）因中值濾波滿足比例不變性，所以是線性的濾波器。（2）基準(zhǔn)電壓Vr的精度和穩(wěn)定性影響零位誤差、增益誤差的校正效果。（1）測(cè)量獲得一組離散數(shù)據(jù)建立近似校正模型，非線性校正精度與離散數(shù)據(jù)精度無(wú)關(guān)，僅與建模方法有關(guān)。（2）RS232通信采用的是TTL電平，因此它的傳輸距離比485短。（2）USB協(xié)議為設(shè)備定義了2種供電模式:自供電和總線供電。在自供電模式下，USB設(shè)備不需要任何外接電源設(shè)備。（2）LCD顯示器有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和疊加驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式，這兩種驅(qū)動(dòng)方式可在使用時(shí)隨時(shí)改變。（2）智能儀器中的噪聲與干擾是因果關(guān)系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果。（1）軟件開發(fā)過程的三個(gè)典型階段是定義、開發(fā)和測(cè)試。（2）RAM測(cè)試方法中，谷值檢測(cè)法無(wú)法檢測(cè)“粘連”及“連橋”故障。（2）曲線擬合要求y=f（x）的曲線通過所有離散點(diǎn)（xi，yi）。（2）二、 選擇題（每題2分，共20分）多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖如下圖所示。其中（1）~（4）各部分的組成為:（b）放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)多路開關(guān)、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)多路開關(guān)、放大器、D/A轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)放大器、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器儀器采集數(shù)據(jù)中存在隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，基本數(shù)據(jù)處理順序是:（b）系統(tǒng)誤差消除—數(shù)字濾波—標(biāo)度變換數(shù)字濾波—系統(tǒng)誤差消除—標(biāo)度變換標(biāo)度變換—系統(tǒng)誤差消除—數(shù)字濾波數(shù)字濾波—標(biāo)度變換—系統(tǒng)誤差消除設(shè)采集數(shù)據(jù)由信號(hào)加噪聲構(gòu)成，應(yīng)根據(jù)（b）確定濾波算法？噪聲統(tǒng)計(jì)規(guī)律信號(hào)特征和噪聲統(tǒng)計(jì)規(guī)律C.信號(hào)特征只能用多種濾波算法試驗(yàn)，由處理效果確定。4.采樣保持器的作用是(c)提高系統(tǒng)的采樣速率保持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定C.保證在A/D轉(zhuǎn)換期間ADC前的模擬信號(hào)保持不變D.使A/D轉(zhuǎn)換器前信號(hào)能跟上模擬信號(hào)的變化采集數(shù)據(jù)中含有脈沖性干擾，信號(hào)為直流，則應(yīng)選擇(d)濾波算法。A.算數(shù)平均法B.加權(quán)平均法C.限幅濾波法D.去極值平均法在開發(fā)USB系統(tǒng)的時(shí)候，首要的任務(wù)是利用(b)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的枚舉過程，提供各種設(shè)備信息A.中斷傳輸B.控制傳輸C.同步傳輸D.批量傳輸7．若非編碼矩陣鍵盤的列線外接下拉電阻，該矩陣的掃描碼應(yīng)是(a)。行線輸出高電平列線輸出高電平行線輸出低電平D?列線輸出低電平8?在智能儀智中，A/D轉(zhuǎn)換的抗干擾技術(shù)包括(d)。對(duì)差模干擾的抑制對(duì)共模干擾的抑制采用軟件方法提高A/D抗干擾能力以上三種都包括9．在進(jìn)行數(shù)字電路的可測(cè)試性設(shè)計(jì)時(shí)，下面說法錯(cuò)誤的是(c)。設(shè)計(jì)上應(yīng)避免“線或”邏輯所有不同相位和頻率的時(shí)鐘都應(yīng)來(lái)自單一主時(shí)鐘數(shù)字電路應(yīng)設(shè)計(jì)成主要以異步邏輯電路為基礎(chǔ)的電路電路應(yīng)初始化到一明確的狀態(tài)，以便確定測(cè)試的方法10．下面(b)調(diào)試方式在目標(biāo)機(jī)不存在的情況下也可以進(jìn)行代碼的調(diào)試。A．ROM仿真器在線仿真器片上調(diào)試D．JTAG三、填空(每空2分，共20分)1．假設(shè)一12位的A/D轉(zhuǎn)換器，其滿量程電壓為10V，則它的分辨率是 。某儀器的非線性采用分段線性插值法進(jìn)行校正，設(shè)段數(shù)為4,最少需要 對(duì)(Xi,Yi)已知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3．利用8片模擬多路開關(guān)CD4051設(shè)計(jì)64路的輸入通道。已知CD4051的漏電流為20nA，開關(guān)導(dǎo)通電阻300Q，設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻1000Q。則多路開關(guān)漏電流和導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的誤差大小為 。如果采用級(jí)連方式連接，則需要多路開關(guān) 片。用級(jí)連方式連接電路產(chǎn)生的誤差大小為。TOC\o"1-5"\h\z某智能溫度測(cè)量?jī)x采用8位ADC，測(cè)量范圍為10?100°C,儀器采樣數(shù)據(jù)經(jīng)濾波和非線性校正后的數(shù)字量為0028H。A0=10C,Am=100C,Nm=FFH=255,Nx=28H=40。則對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)溫度是 。設(shè)在某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對(duì)正弦信號(hào)U=(Umsinqt)/2采樣。采/保的孔徑時(shí)間tAP=20ns,A/Dt轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為12位,求采樣精度達(dá)到1LStB的最高信號(hào)頻率是 t_。若S/H的捕捉時(shí)間1ac=3ys,穩(wěn)定時(shí)間ts=2ys,A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間1conv=40ys，輸出時(shí)間，out=4ys則通道的吞吐率是 。檢測(cè)直流電壓信號(hào)由于50Hz工頻干擾使測(cè)量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。設(shè)采樣周期Ts=1ms，采用算數(shù)平均濾波算法,消除工頻干擾。選擇平均點(diǎn)數(shù) 。某種儀器100臺(tái),工作1000h,假設(shè)有2臺(tái)發(fā)生故障,則這種儀器的千小時(shí)的可靠率為 。三、2.4mv51.6mv,9,0.36mv；\o"CurrentDocument"243.888KHz,20.4KHz；\o"CurrentDocument"200.98四、簡(jiǎn)要回答下列問題(25分)簡(jiǎn)述推動(dòng)智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。簡(jiǎn)述智能儀器設(shè)計(jì)的基本原則。簡(jiǎn)述uSB既插既用機(jī)制實(shí)現(xiàn)的原理?？煽啃允侵悄軆x器中一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。請(qǐng)寫出智能儀器中常用的提高硬件和軟件可靠性的方法。什么是可測(cè)試性？智能儀器設(shè)計(jì)中引入可測(cè)試性設(shè)計(jì)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？四、1.傳感器技術(shù)：信號(hào)檢測(cè)是通過傳感器實(shí)現(xiàn)的,為適應(yīng)智能儀器發(fā)展的需要,各種新型傳感器不斷涌現(xiàn)。A/D等新器件的發(fā)展顯著增強(qiáng)了儀器的功能與測(cè)量范圍。DSP的廣泛應(yīng)用：由于DSP芯片是通過硬件來(lái)完成上述乘法和加法運(yùn)算,因此,采用DSP芯片可大大簡(jiǎn)化具有此類數(shù)字信號(hào)處理功能的智能儀器的結(jié)構(gòu)并提高其相應(yīng)的性能,極大地增強(qiáng)了智能儀器的信號(hào)處理能力。ASIC、FPGA／CPLD技術(shù)在智能儀器中的廣泛使用：使儀器的可靠性、成本、速度等方面有提高。LabVlEW等圖形化軟件技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)：智能儀器要上網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制與故障診斷等；構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，將分散的各種不同測(cè)試設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源、信息共享，協(xié)調(diào)工作，共同完成大型復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試任務(wù)。2．從整體到局部（自頂向下）的設(shè)計(jì)原則：這種設(shè)計(jì)原則的含義是，把復(fù)雜的、難處理的問題分為若干個(gè)較簡(jiǎn)單、容易處理的問題，然后在一個(gè)個(gè)地加以解決。較高的性能價(jià)格比原則：在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡(jiǎn)單的方案，因?yàn)榉桨负?jiǎn)單意味著元器件少，開發(fā)、調(diào)試、方便，可靠性高。組合化與開放式設(shè)計(jì)原則：開放系統(tǒng)是指向未來(lái)的VLSI開放，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(lái)新技術(shù)機(jī)會(huì)的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，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，在服務(wù)上兼顧通用的基本設(shè)計(jì)和用戶的專用要求等等。。3．即插即用技術(shù)包含2個(gè)技術(shù)層面，既熱插拔和自動(dòng)識(shí)別配置。熱插拔的關(guān)鍵技術(shù)在于電路接插件插、拔期間強(qiáng)電流的處理。USB在電纜以及接插件的設(shè)計(jì)上充分考慮了這一點(diǎn)，使得這個(gè)瞬時(shí)的強(qiáng)電流被安全地吸收，從而使USB設(shè)備實(shí)現(xiàn)了熱插拔。系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別是通過在USB主機(jī)或Hub的下行端口信號(hào)線上接有下拉電阻和在設(shè)備端的信號(hào)線上連接上拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。既當(dāng)USB主機(jī)或Hub的下行端口處于斷開狀態(tài)時(shí)，信號(hào)線電平將恒為0。當(dāng)USB設(shè)備連接上的瞬間，會(huì)造成USB主機(jī)或Hub端信號(hào)線的上沖，這樣當(dāng)USB主機(jī)或Hub檢測(cè)到這個(gè)上沖過程，USB主機(jī)可認(rèn)定有一設(shè)備接入。4．提高硬件可靠性：元器件的選擇；篩選；降額使用；可靠電路的設(shè)計(jì)；冗余設(shè)計(jì)；環(huán)境設(shè)計(jì)；人為因素設(shè)計(jì)；儀器可靠性實(shí)驗(yàn)；提高軟件可靠性：認(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)；可靠的程序設(shè)計(jì)方法；程序驗(yàn)證技術(shù)；提高軟件設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)；消除干擾；增加試運(yùn)行時(shí)間。5．可測(cè)試性（Testability）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。智能儀器設(shè)計(jì)中引入可測(cè)試性設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)1．提高故障檢測(cè)的覆蓋率；2．縮短儀器的測(cè)試時(shí)間；3．可以對(duì)儀器進(jìn)行層次化的逐級(jí)測(cè)試：芯片級(jí)、板級(jí)、系統(tǒng)級(jí)；4．降低儀器的維護(hù)費(fèi)用；缺點(diǎn)：1．額外的軟/硬件成本；2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間增加。五、設(shè)計(jì)題（15分）試設(shè)計(jì)一溫度檢測(cè)系統(tǒng)。要求系統(tǒng)能檢測(cè)8路溫度信號(hào)（假設(shè)溫度傳感器的輸出信號(hào)幅度0~25mV），測(cè)試的溫度范圍為0?500°C,溫度分辨率為0.5°C。測(cè)試的最終結(jié)果用LCD顯示器或LED顯示器顯示出來(lái)。對(duì)多通道的測(cè)量信號(hào)要有自動(dòng)巡回檢測(cè)的功能和選擇某一通道進(jìn)行單一測(cè)量的功能。若采用自動(dòng)巡回檢測(cè)方式，要求每一通道每秒鐘檢測(cè)100次。儀器要具有與其它儀器或微機(jī)進(jìn)行通訊的能力。畫出儀器的硬件框圖，并說明每部分的參數(shù)及其選擇原則。（1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，放大器的放大倍數(shù)至少應(yīng)為多少？（2） A/D轉(zhuǎn)換器至少應(yīng)選擇多少位的？（3） A/D轉(zhuǎn)換器的速率至少為多少？4）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，如果選用LED顯示器，至少應(yīng)用幾位LED顯示？

(5)測(cè)試系統(tǒng)與外界的通訊如選用串行通信，你準(zhǔn)備選擇哪種總線？它的最遠(yuǎn)傳輸距離是多少?(6)如果系統(tǒng)用89C51單片機(jī)做控制器，用字符式LCD顯示模塊做顯示器，請(qǐng)畫出圖2中單片機(jī)與顯示模塊的三根控制線RS、R/W和E的接口電路。這三根控制信號(hào)的時(shí)序