智能儀器原理及設(shè)計課件第1、2、6章

第1章緒論

本章首先介紹智能儀器誕生的背景，然后重點闡述智能儀器的基本結(jié)構(gòu)及特點，最后扼要介紹智能儀器發(fā)展過程中的GP-IB自動測試系統(tǒng)、個人儀器及系統(tǒng)、VXI總線儀器系統(tǒng)、虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)化儀器的概念及特點。1.1智能儀器的誕生

在微處理器出現(xiàn)之前，電子儀器的發(fā)展經(jīng)歷了兩代，第一代為模擬式（又稱指針式）儀器，如指針式電壓表、電流表及功率表等，它們以電磁測量為基本原理。模擬式儀器的主要缺點是功能簡單、精度低、響應(yīng)速度慢。第二代為數(shù)字式儀器，如數(shù)字電壓表、數(shù)字功率計、數(shù)字頻率計等。

它的基本特點是將被測模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行測量，測量結(jié)果以數(shù)字形式輸出顯示。數(shù)字式儀器測量精度高、響應(yīng)速度快、讀數(shù)清晰、直觀，測量結(jié)果可打印輸出，也容易與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。同時由于數(shù)字信號便于遠(yuǎn)距離傳輸，所以數(shù)字式儀器也適于遙測遙控。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，1971年世界上出現(xiàn)了第一個微處理器芯片（美國Intel公司4004型微處理器芯片）。由微處理器芯片所構(gòu)成的微型計算機(jī)（簡稱微機(jī)），不僅具有計算機(jī)通常具有的運(yùn)算、判斷、記憶、控制功能，而且還具有功耗低、體積小、可靠性高、價格低廉等優(yōu)點。因此微型計算機(jī)得到了迅速的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。

在儀器科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，人們將微型計算機(jī)技術(shù)與測量技術(shù)相結(jié)合出現(xiàn)了完全突破傳統(tǒng)概念的新一代儀器——智能儀器，它是電子儀器發(fā)展史上的第三代產(chǎn)品。智能儀器是含有微型計算機(jī)或微處理器的測量儀器，由于它擁有對數(shù)據(jù)的存儲、運(yùn)算、邏輯判斷及自動化操作等功能，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。智能儀器的出現(xiàn)對儀器儀表的發(fā)展以及科學(xué)實驗研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，是儀器設(shè)計的里程碑。

我國電磁測量信息處理儀器學(xué)會于1984年正式成立“自動測試與智能儀器專業(yè)學(xué)組”，1986年國際測量聯(lián)合會以“智能儀器”為主題召開了專門的討論會，1988年國際自動控制聯(lián)合會在其當(dāng)年的理事會上正式確定“智能元件及儀器”為其系列學(xué)術(shù)委員會之一。

此外，1989年5月在我國武漢召開了第一屆測試技術(shù)與智能儀器國際學(xué)術(shù)討論會。以后，在國內(nèi)外的學(xué)術(shù)會議上，以智能儀器為內(nèi)容的研討已層出不窮。近年來，智能儀器已開始從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識處理發(fā)展，它體現(xiàn)為模糊判斷、故障診斷、容錯技術(shù)、傳感器融合、機(jī)件壽命預(yù)測等，使智能儀器的功能向更高層次發(fā)展。1.2智能儀器的結(jié)構(gòu)及特點1.2.1智能儀器的結(jié)構(gòu)智能儀器是計算機(jī)技術(shù)與測量儀器相結(jié)合的產(chǎn)物，實際上是一個專用計算機(jī)系統(tǒng)，它由硬件和軟件兩大部分組成。

硬件部分的通用結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示，主要包括主機(jī)電路、信號輸入輸出通道、人機(jī)接口電路和通信接口電路四部分。其中主機(jī)電路用來存儲程序、數(shù)據(jù)并進(jìn)行一系列的運(yùn)算和處理，它通常由微處理器（MPU）、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及輸入輸出（I/O）接口電路組成。主機(jī)電路可以選擇單片機(jī)，也可以選擇通用計算機(jī)。信號輸入輸出電路包括模擬量輸入輸出電路及開關(guān)量輸入輸出電路兩部分。

模擬量輸入輸出電路由模擬量輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器及模擬執(zhí)行器等組成，用于實現(xiàn)對輸入模擬量的調(diào)理、數(shù)字化轉(zhuǎn)換以及將輸出數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量進(jìn)而驅(qū)動模擬執(zhí)行器等功能；開關(guān)量輸入輸出電路用于實現(xiàn)開關(guān)量的輸入及輸出功能。需要指出的是信號輸入輸出電路可以根據(jù)處理的信號性質(zhì)（如為模擬信號）選擇其中一種電路（如模擬量輸入輸出電路）。

人-機(jī)接口電路主要實現(xiàn)操作者和儀器之間的信息交流功能，包括參數(shù)的設(shè)置、測量信號顯示和打印等功能。它由鍵盤、顯示器、打印機(jī)等及其接口電路組成。通信接口電路用于實現(xiàn)儀器與計算機(jī)的聯(lián)系，使儀器接受計算機(jī)的程控命令，將儀器測量的數(shù)據(jù)上傳給計算機(jī)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。目前常用的儀器通信接口有GP-IB通信接口、RS-232C接口以及應(yīng)用于集散控制系統(tǒng)中的CAN總線接口和以太網(wǎng)接口等。圖1-1智能儀器通用結(jié)構(gòu)框圖

智能儀器的軟件主要分為監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。監(jiān)控程序是面向儀器面板鍵盤和顯示器的管理程序，其內(nèi)容包括：通過鍵盤輸入命令和數(shù)據(jù)，以對儀器的功能、操作方式與工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；根據(jù)儀器設(shè)置的功能和工作方式，控制I/O接口電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲；按照儀器設(shè)置的參數(shù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理；以數(shù)字、字符、圖形等形式顯示測量結(jié)果、數(shù)據(jù)處理結(jié)果及儀器狀態(tài)信息。

接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其任務(wù)是接受并分析來自通信接口的遠(yuǎn)程命令，包括描述有關(guān)功能、操作方式與工作參數(shù)的代碼；進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)采集與處理；通過通信接口送出儀器測量結(jié)果、數(shù)據(jù)處理結(jié)果及儀器現(xiàn)行工作狀態(tài)的信息。1.2.2智能儀器的特點1.儀器的功能強(qiáng)智能儀器內(nèi)含微機(jī)，它具有數(shù)據(jù)存儲和處理能力，在軟件的配合下，儀器的功能大大增強(qiáng)。例如傳統(tǒng)的數(shù)字多用表（DMM）只能測量電阻、交直流電壓、電流等，而智能型的數(shù)字多用表不僅能進(jìn)行上述測量，而且還能對測量結(jié)果進(jìn)行平均值和極值運(yùn)算、統(tǒng)計分析以及更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能。

又如傳統(tǒng)的頻率計數(shù)器僅能測量頻率、周期及時間間隔等參數(shù)，而帶有微處理器和A/D轉(zhuǎn)換器的智能計數(shù)器還能測量電壓、相位、上升時間、占空比、壓擺率、漂移等多種信號參數(shù)。目前有些智能儀器還運(yùn)用了專家系統(tǒng)技術(shù)，使儀器具有更深層次的數(shù)據(jù)分析和處理能力，解決專家才能解決的問題。2.儀器的性能優(yōu)越智能儀器中通過微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和處理，很容易實現(xiàn)多種自動補(bǔ)償、自動校正、多次測量平均等技術(shù)，使測量精度大大提高。通過執(zhí)行適當(dāng)和巧妙的算法，常常可以克服或彌補(bǔ)儀器硬件本身的缺陷和弱點，改善儀器的性能。智能儀器中，對于隨機(jī)誤差通常用求平均值的方法來克服；對于系統(tǒng)誤差，則根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚怼?/p>

例如HP3455型數(shù)字電壓表的實時自動校正是先進(jìn)行三次不同方式的測量，然后由微處理器自動把測量數(shù)據(jù)代入校準(zhǔn)方程進(jìn)行計算，以消除由漂移、增益不穩(wěn)定所帶來的誤差。借助于微處理器，不僅能校正由漂移、增益不穩(wěn)定等引起的誤差，還能校正由各種傳感器、變換器及電路引起的非線性或頻率響應(yīng)等誤差。3.操作自動化智能儀器運(yùn)用微處理器的控制功能，可以方便地實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、觸發(fā)電平自動調(diào)整、自動校準(zhǔn)、故障自診斷等功能，有力地改善了儀器的自動化測量水平。例如智能型數(shù)字示波器有一個自動分度鍵（Autoscale），測量時只要按下這個鍵，儀器就能根據(jù)被測信號的頻率及幅度，自動設(shè)置好最合理的垂直靈敏度、時基以及最佳的觸發(fā)電平，使信號波形穩(wěn)定地顯示在屏幕上。

又如智能儀器一般都具有自診斷功能，當(dāng)儀器發(fā)生故障時，可以自動檢測出故障的部位并能協(xié)助診斷出故障的原因。甚至有些智能儀器還具有自動切換備件進(jìn)行自動維修的功能，極大地方便了儀器的維護(hù)。4.具有友好的人機(jī)對話能力智能儀器使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的切換開關(guān)，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實現(xiàn)某種測量和處理功能。與此同時，智能儀器還可以將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及對測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時顯示在屏幕上，使儀器的操作更加方便直觀。5.具有可程控操作能力智能儀器通常都配有GP-IB通信接口或RS-232/RS-422/RS-485（推薦標(biāo)準(zhǔn)）通信接口，使智能儀器具有可程控操作的能力。從而可以方便地與計算機(jī)和其他儀器一起組成多功能的自動測試系統(tǒng)，來完成更加復(fù)雜的測試任務(wù)。1.3智能儀器的發(fā)展20世紀(jì)70年代以來，在微電子技術(shù)、微型計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動下，智能儀器得到了迅速的發(fā)展，相繼誕生了獨(dú)立式智能儀器、GP-IB自動測試系統(tǒng)、個人儀器及系統(tǒng)、VXI總線儀器系統(tǒng)、虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)化儀器等，這些新型儀器及技術(shù)的出現(xiàn)被稱為20世紀(jì)后期以來，電子測量與儀器系統(tǒng)中發(fā)生的最重要的事情，它們改變了并且將繼續(xù)改變測量與儀器領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程，使之朝著智能化、自動化、小型化、模塊化和開放式系統(tǒng)的方向發(fā)展。1.3.1獨(dú)立式智能儀器及GP-IB自動測試系統(tǒng)獨(dú)立式智能儀器（簡稱智能儀器）是自身帶有微處理器和GP-IB接口的能獨(dú)立進(jìn)行測試工作的電子儀器。獨(dú)立式智能儀器在結(jié)構(gòu)上自成一體，因而使用靈活方便，并且儀器的性能可以做得很高。這類儀器在技術(shù)上比較成熟，同時借助于新技術(shù)、新器件和新工藝的不斷進(jìn)步，這類儀器還在不斷發(fā)展，不斷推陳出新。

智能儀器幾乎都配有GP-IB通信接口。GP-IB總線是國際電工協(xié)會（IEC）1978年正式推薦的一種標(biāo)準(zhǔn)化儀用接口總線，已被世界各國普遍采納。凡是配有GP-IB通信接口的儀器和計算機(jī)，不分生產(chǎn)國家、廠家，都可以借助于一條無源電纜總線按積木式互連，靈活地組成各種不同用途的自動測試系統(tǒng)，以完成較復(fù)雜的測試任務(wù)。典型的GP-IB自動測試系統(tǒng)如圖1-2所示。圖1-2典型的GP-IB自動測試系統(tǒng)GP-IB自動測試系統(tǒng)由微型計算機(jī)、多臺可程控儀器（配有GP-IB接口）以及GP-IB總線三部分組成。微型計算機(jī)作為系統(tǒng)的控制者，通過執(zhí)行測試軟件，實現(xiàn)對測量全過程的控制和測量數(shù)據(jù)的處理；每臺可程控儀器均是自動測試系統(tǒng)中的任務(wù)執(zhí)行單元；GP-IB標(biāo)準(zhǔn)總線共有16條信號線（8條雙向數(shù)據(jù)總線、3條數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線、5條接口管理線），將各種儀器設(shè)備有機(jī)地連接起來，完成系統(tǒng)內(nèi)各種信息的變換和傳輸任務(wù)。GP-IB自動測試系統(tǒng)通用性強(qiáng)，功能完善，只需增減或更換“掛”在它上面的程控儀器設(shè)備、編制相應(yīng)的測試軟件，即可完成不同的測試任務(wù)。在要求測量時間極短、數(shù)據(jù)處理量大、測試現(xiàn)場對操作人員有害或操作人員參與容易產(chǎn)生人為誤差等測試任務(wù)中極為適用。GP-IB自動測試系統(tǒng)的主要缺點是硬件冗余度高，卻不能起容錯作用。在GP-IB系統(tǒng)中的各個獨(dú)立儀器都具有鍵盤、顯示器、存儲器、微處理器、機(jī)箱及電源等部件，這些資源相互重復(fù)又不能共享。這樣就造成資源浪費(fèi)，且系統(tǒng)體積龐大。

1.3.2個人儀器系統(tǒng)隨著個人計算機(jī)的發(fā)展，1981年美國NIS公司首先提出了個人儀器的概念。個人儀器（PersonalComputerInstrument，PCI）亦稱PC儀器。所謂個人儀器就是以個人計算機(jī)為基礎(chǔ)的儀器，其組成方法是，將原獨(dú)立式智能儀器中的測量部分制作成儀器卡，插入PC的總線插槽，而原獨(dú)立式智能儀器所需的鍵盤、顯示器及存儲器等均借助于PC的資源。

所謂個人儀器系統(tǒng)則是由不同功能的儀器卡和PC有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的自動測試系統(tǒng)。個人儀器及個人儀器系統(tǒng)充分利用了PC的軟件、硬件資源，克服了GP-IB自動測試系統(tǒng)硬件冗余度高的缺點，具有性價比高、研制周期短、使用方便以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，因而受到廣泛的重視，具有廣闊的發(fā)展前景。

早期的個人儀器是把儀器卡直接插入PC的總線插槽內(nèi)，儀器卡直接掛在PC的內(nèi)部總線上。這種個人儀器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易實現(xiàn)，缺點是儀器卡數(shù)受到微機(jī)擴(kuò)展槽口數(shù)的限制、機(jī)箱內(nèi)部干擾大、散熱不易、儀器卡尺寸受機(jī)內(nèi)空間限制及加重微機(jī)電源負(fù)擔(dān)等，因而不宜用作微弱信號及高精度、大功率、微波等信號的測量。

為了克服這些缺點，許多儀器生產(chǎn)廠家各自研究外部插卡箱并定義儀器總線。外部插卡箱和微機(jī)連接時，首先要在微機(jī)擴(kuò)展槽口內(nèi)插入一塊接口卡，然后通過儀器總線連接接口卡與外部插卡箱。例如，美國HP公司1985年推出的HP6000系列模塊式儀器系統(tǒng)由8個機(jī)外模塊組成，并且定義了PCIB儀器總線，連接微機(jī)箱內(nèi)的接口卡與PC儀器模塊。

一種混合式的個人儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，在微機(jī)內(nèi)部的擴(kuò)展槽口內(nèi)插入了儀器卡，在微機(jī)外部的插卡箱內(nèi)也有儀器卡。圖1-3個人儀器系統(tǒng)1.3.3VXI總線儀器系統(tǒng)個人儀器系統(tǒng)消除了GP-IB系統(tǒng)中硬件的冗余問題，提高了儀器的性能價格比，但個人儀器系統(tǒng)的尺寸、電氣指標(biāo)、接口及總線等由生產(chǎn)廠家自行定義，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就影響了個人儀器的進(jìn)一步發(fā)展。

為此，美國HP和泰克等五家有影響的儀器公司，聯(lián)合提出了適合于個人儀器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的VXI總線標(biāo)準(zhǔn)。VXI（VMEbusExtensionsforInstrumentation）總線是VME（VersabusModuleEuropean）總線在智能儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，VME總線是Motorola公司1981年針對32位微處理器68000開發(fā)的微機(jī)總線。采用VXI總線標(biāo)準(zhǔn)的個人儀器系統(tǒng)稱為VXI總線儀器系統(tǒng)。VXI總線及VXI總線儀器系統(tǒng)的問世被認(rèn)為是測量和儀器領(lǐng)域發(fā)生的一個重要事件。圍繞著VXI總線儀器系統(tǒng)出現(xiàn)了一系列的國際性標(biāo)準(zhǔn)和支持技術(shù)，從而使測量和儀器系統(tǒng)的研究進(jìn)入一個新階段。VXI總線儀器系統(tǒng)一般由微型計算機(jī)、VXI儀器卡、VXI總線三部分構(gòu)成。圖1-4給出了典型VXI總線儀器系統(tǒng)的構(gòu)成形式，各個儀器卡均掛接在機(jī)箱背板VXI總線上，其中機(jī)箱最左端的0號卡為命令者卡，0號卡裝有系統(tǒng)的公用資源，提供公用時鐘及插卡識別等信號，對系統(tǒng)資源進(jìn)行管理，還具有VXI總線與其他總線（GPIB、RS-232等）的轉(zhuǎn)發(fā)器。微機(jī)與插卡箱之間通過其他標(biāo)準(zhǔn)總線（GP-IB、RS-232等）進(jìn)行通信。在測控軟件的支持下，微型計算機(jī)與儀器功能模塊實現(xiàn)自動測試系統(tǒng)的全部功能。圖1-4VXI總線儀器系統(tǒng)VXI總線儀器系統(tǒng)是一種新的個人儀器系統(tǒng)，允許不同廠家生產(chǎn)的符合VXI總線接口標(biāo)準(zhǔn)的儀器卡在同一機(jī)箱中工作，提高了儀器卡的通用性，為VXI總線儀器系統(tǒng)的設(shè)計帶來極大的方便。VXI總線是面向模塊式結(jié)構(gòu)的儀器總線，與GP-IB總線相比較其性能有了較大的提高，VXI總線中的地址線和數(shù)據(jù)線均可高至32位，數(shù)據(jù)傳輸速率上限可高至40MB/s。

此外還定義了多種控制線、中斷線、時鐘線、觸發(fā)線、識別線和模擬信號線等。采用這種總線標(biāo)準(zhǔn)的新型儀器系統(tǒng)具有信息吞吐率高、配置靈活、尺寸緊湊、可靠性高等特點，可以組成不同規(guī)模的自動測試系統(tǒng)。我國已投入了大量的人力開發(fā)VXI總線儀器系統(tǒng)，并在一些軍工和科研部門得到了成功的應(yīng)用。但是，VXI總線儀器系統(tǒng)價格較昂貴，某種程度上限制了它的推廣應(yīng)用。1.3.4虛擬儀器

20世紀(jì)80年代末，美國研制成功了虛擬儀器（VirtualInstrument，VI）。虛擬儀器的出現(xiàn)，標(biāo)志著自動測試與電子測量儀器技術(shù)發(fā)展的一個新方向。所謂虛擬儀器是指在通用微型計算機(jī)的基礎(chǔ)上添加必要的儀器硬件模塊和儀器專用軟件，從而實現(xiàn)各種測試功能的一種計算機(jī)化儀器系統(tǒng)。

在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入和輸出，軟件才是儀器的關(guān)鍵，任何一個用戶都可以通過改寫軟件的辦法，方便地改變和增減儀器系統(tǒng)的功能，因此有“軟件就是儀器”的說法。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義功能，用戶無法改變的固定模式，用戶可以充分發(fā)揮想象力和才能，設(shè)計個性化的儀器系統(tǒng)，以滿足多種多樣的應(yīng)用需求。由于虛擬儀器以通用計算機(jī)為基礎(chǔ)平臺，因此虛擬儀器很容易同網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)連接，也能夠與計算機(jī)技術(shù)同步發(fā)展。

虛擬儀器由硬件平臺和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。其中，硬件平臺由計算機(jī)和I/O接口設(shè)備組成，如圖1-5所示，I/O接口設(shè)備主要完成被測信號的采集、調(diào)整、A/D轉(zhuǎn)換等功能。根據(jù)總線的不同，I/O接口設(shè)備有下列幾種：PC-DAQ采集卡（采用計算機(jī)本身的PCI總線或ISA總線）、GP-IB總線儀器、VXI總線儀器、串行口儀器、PXI總線儀器等。選擇不同的I/O接口設(shè)備，就構(gòu)成不同的虛擬儀器系統(tǒng)。圖1-5虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)

在基本硬件系統(tǒng)確定之后，軟件即成為構(gòu)造虛擬儀器的關(guān)鍵，提高軟件編程效率也就成了非?，F(xiàn)實的問題。雖然采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)可以提高軟件編程的效率，可視化編程語言（如VC、VB）的推出，又進(jìn)一步簡化了人-機(jī)界面編程過程，但對于虛擬儀器系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計，還需要更方便更快捷的編程工具。

為此，許多公司都推出了與本公司的虛擬儀器配套的圖形化軟件編程平臺。如NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI，HP公司的VEE，Tektronix公司的TekTMS等。這些軟件開發(fā)工具可以把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時的編程簡化為直觀、易學(xué)的圖形編程方式，并提供自動糾錯及方便的調(diào)試功能。利用這些軟件開發(fā)工具，用戶可以根據(jù)自己的不同要求和測試方案開發(fā)出各種儀器。1.3.5網(wǎng)絡(luò)化儀器當(dāng)今時代，以Internet為代表的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以及相關(guān)技術(shù)的日臻完善，突破了傳統(tǒng)通信方式的時空限制和地域障礙，使更大范圍內(nèi)的多媒體數(shù)據(jù)通信變得十分容易。Internet擁有的硬件和軟件資源正在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如電子商務(wù)、網(wǎng)上教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制、高檔測量儀器設(shè)備資源的遠(yuǎn)程實時調(diào)用、遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷等等。

與此同時，高性能、高可靠性、低成本的網(wǎng)關(guān)、路由器、中繼器以及網(wǎng)絡(luò)接口芯片等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的不斷進(jìn)步，大大方便了Internet與不同類型的測控網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)，為測量與儀器技術(shù)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。網(wǎng)絡(luò)化測量技術(shù)與具備網(wǎng)絡(luò)功能的新型儀器即網(wǎng)絡(luò)化儀器應(yīng)運(yùn)而生。所謂網(wǎng)絡(luò)化儀器，是指在智能儀器中將TCP/IP協(xié)議等作為一種嵌入式應(yīng)用，使測量過程中的數(shù)據(jù)和命令等均能夠以TCP/IP方式傳送；使智能儀器可以接入Internet，構(gòu)成分布式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)。第2章智能儀器的主機(jī)電路

微處理器是主機(jī)電路的核心，本章介紹智能儀器中常用的幾種單片機(jī)（基于8051內(nèi)核的單片機(jī)、基于ARM內(nèi)核的單片機(jī)、DSP型單片機(jī)、具有專用接口的單片機(jī)）的結(jié)構(gòu)特性及參數(shù)，并以51系列單片機(jī)為例，介紹主機(jī)電路構(gòu)成的基本方法。2.1單片機(jī)概述

在智能儀器儀表、汽車電子、工業(yè)控制、通信等各種領(lǐng)域中，單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、性價比高等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。在可以預(yù)見的將來，單片機(jī)的應(yīng)用范圍更廣泛，發(fā)展更迅猛。單片機(jī)是將CPU、存儲器、輸入輸出模塊集成在一個集成電路芯片上的復(fù)雜I/O器件。單片機(jī)的種類繁多，在選擇單片機(jī)時，應(yīng)對單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點有所了解。2.1.1單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)

目前，世界上許多公司生產(chǎn)單片機(jī)，有上千品種，這些單片機(jī)的區(qū)別主要是在CPU的字長、結(jié)構(gòu)，存儲器的容量和種類，以及I/O功能等方面有所不同。由于每種單片機(jī)性能有限，用戶一般選用某種單片機(jī)再進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法是以單片機(jī)為基礎(chǔ)形成系統(tǒng)總線，在總線的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。按照總線的形式不同單片機(jī)可以分為兩類，即并行總線結(jié)構(gòu)的單片機(jī)及其他總線結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。1.并行三總線結(jié)構(gòu)的單片機(jī)早期的單片機(jī)系統(tǒng)，基本采用傳統(tǒng)的三總線結(jié)構(gòu)，這種單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)及簡單外圍電路構(gòu)成。該系統(tǒng)具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線。在此基礎(chǔ)上可以擴(kuò)展成需要的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)指令功能強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)。它可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，尤其適于用于控制對象比較復(fù)雜的某些場合。如智能儀器儀表、通信產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)。2.其他總線結(jié)構(gòu)的單片機(jī)由于采用傳統(tǒng)并行總線結(jié)構(gòu)的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)外部硬件設(shè)計優(yōu)化困難，系統(tǒng)資源利用率較低，加上單片機(jī)應(yīng)用的廣泛性及多樣性，帶有各種總線接口的單片機(jī)不斷推出。如帶I2C總線的單片機(jī)，I2C總線是由飛利浦公司推出的一種通信接口。

它具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括裁決和高低速設(shè)備同步等功能的高性能串行總線。由于I2C串行總線與外部設(shè)備連接線數(shù)目少，往往不用專用的母板和插座而直接用導(dǎo)線連接各個設(shè)備即可。因此，大大簡化了系統(tǒng)硬件設(shè)計。此外由于應(yīng)用領(lǐng)域的不同，還有帶CAN總線的單片機(jī)，帶USB總線的單片機(jī)，以及帶以太網(wǎng)接口的單片機(jī)等。2.1.2指令系統(tǒng)及CPU架構(gòu)

計算機(jī)結(jié)構(gòu)一直是朝著逐漸復(fù)雜的方向發(fā)展，如更大的指令集、更多的尋址方式、更多的專用寄存器和更強(qiáng)的指令計算功能等。將具備這種發(fā)展趨勢的機(jī)器稱為復(fù)雜指令集計算機(jī)（ComplexInstructionSetComputer，CISC）。

早期的單片機(jī)，基本采用復(fù)雜指令結(jié)構(gòu)，然而，當(dāng)CISC發(fā)展到一定程度后，一些過于復(fù)雜和深奧的指令很少使用。把這樣的指令加入到指令集反而使控制器的設(shè)計變得復(fù)雜，并占用了CPU芯片面積相當(dāng)大的部分。從處理器的執(zhí)行效率和開發(fā)成本兩個方面考慮，需對復(fù)雜指令集結(jié)構(gòu)的處理器予以重新評價。為了進(jìn)一步提高單片機(jī)的性價比，產(chǎn)生了精簡指令集計算機(jī)(ReduceInstructionSetComputer，RISC)。RISC指令集具有如下特點：（1）是一個有限的簡單指令集，指令多為單周期指令，指令執(zhí)行速度快。（2）強(qiáng)調(diào)對指令流水線的優(yōu)化，采用超級流水線。多數(shù)CPU采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機(jī)是指取指令和數(shù)據(jù)操作在同一個存儲空間(即普林斯頓結(jié)構(gòu))中進(jìn)行，但兩者不能同時進(jìn)行，故限制了帶寬，而采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)的計算機(jī)，指令和數(shù)據(jù)的存儲空間是完全分開的，可以對程序和數(shù)據(jù)同時進(jìn)行訪問，提高了數(shù)據(jù)的吞吐率。2.1.3幾類應(yīng)用廣泛的單片機(jī)

常見的單片機(jī)按照廠家的不同，分為下列幾類。（1）MCS-51系列單片機(jī)MCS-51系列單片機(jī)是20世紀(jì)80年代由美國Intel公司推出的一種8位單片機(jī)。在我國應(yīng)用最為廣泛。其片內(nèi)集成了并行I/O口、串行I/O口、16位定時器/計數(shù)器、RAM、ROM等。最高時鐘頻率為12MHz，指令系統(tǒng)采用CISC體系?？偩€結(jié)構(gòu)為三總線。

后來，許多半導(dǎo)體廠家相繼采用了Intel公司的8051內(nèi)核，這些廠家生產(chǎn)的芯片是8051系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與8051指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些單片機(jī)與8051單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同均采用CMOS工藝，因而常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)及8051內(nèi)核的單片機(jī)。1996年3月Intel公司推出了增強(qiáng)型MCS51內(nèi)核的8XC5X系列單片機(jī)芯片。目前增強(qiáng)型80C51及兼容單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商較多，除了Intel外，主要有Philips、Ateml、Winbond等。他們以8051技術(shù)核心為主導(dǎo)并且在原有基礎(chǔ)上又進(jìn)行了新的開發(fā)。對8051的接口功能作了必要的擴(kuò)充，功能和市場競爭力更強(qiáng)。（2）AVR單片機(jī)ATMEL公司的AVR單片機(jī)是增強(qiáng)型RISC內(nèi)載Flash存儲器（閃速存儲器）的單片機(jī)，可隨時編程，再編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計容易，更新?lián)Q代方便。AVR單片機(jī)采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu)，具有高速處理能力，在一個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令。AVR單片機(jī)工作電壓為2.7～6.0V，可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化。AVR單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器、宇航設(shè)備等各個領(lǐng)域。（3）Motorola單片機(jī)Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。市場占有率約四分之一。

從M6800開始，開發(fā)了廣泛的品種，4位、8位、16位和32位等單片機(jī)，其中典型的代表有8位機(jī)M68HC05系列，8位增強(qiáng)型M68HC11、M68HC12，16位機(jī)M68HC16，32位機(jī)M683××。Motorola單片機(jī)的特點之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多，因而高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。（4）Microchip單片機(jī)Microchip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC16C系列和PIC17C系列8位單片機(jī)。PIC系列芯片CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，基本級PIC系列芯片有33條指令，中級PIC系列芯片有35條指令，高級PIC系列芯片有58條指令。PIC系列芯片采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，具有運(yùn)行速度快、工作電壓低、功耗低、輸入輸出直接驅(qū)動能力強(qiáng)、價格低及一次性編程等優(yōu)點。適用于用量大、檔次低及價格敏感的產(chǎn)品。在辦公自動化設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品、電訊通信、智能儀器儀表以及工業(yè)控制等不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場份額排名中逐年提高。發(fā)展非常迅速。（5）MSP430系列單片機(jī)TI公司(TexasInstrument，美國德州儀器公司)生產(chǎn)了一種超低功耗類型的單片機(jī)，它最主要的特點是超低功耗，可長時間用電池工作，特別適合使用電池的設(shè)備或手持設(shè)備。

同時，該系列將大量的外圍模塊整合到片內(nèi)，也特別適合于設(shè)計片上系統(tǒng)。MSP430有豐富的不同型號器件可供選擇，給設(shè)計者帶來很大的靈活性。MSP430具有16位CPU，屬于16位單片機(jī)。它采用16位的精簡指令集結(jié)構(gòu)，有大量的工作寄存器與大量的數(shù)據(jù)存儲器(目前最大2KBRAM)，其RAM單元也可以進(jìn)行運(yùn)算。應(yīng)該說，MSP430系列在眾多單片機(jī)系列中是頗具特色的。本書中主機(jī)電路采用的單片機(jī)以8051內(nèi)核單片機(jī)為主。2.2基于80C51內(nèi)核的單片機(jī)1.MCS-51單片機(jī)系列MCS-51系列單片機(jī)是國內(nèi)最為普及的單片機(jī)系列，具有品種類型多、應(yīng)用廣泛、可替換性強(qiáng)的特點。2.Atmel公司的AT89系列Atmel公司通過技術(shù)交換取得了MCS5l單片機(jī)的內(nèi)核使用權(quán)。率先把MCS51單片機(jī)的內(nèi)核與其擅長的FlashROM技術(shù)相結(jié)合，推出了AT89系列單片機(jī)。Atmel公司所生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)與805l兼容，且內(nèi)部含有Flash存儲器。它是源于8051而又優(yōu)于805l的單片機(jī)系列。

Flash存儲器的使用加速了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于Flash存儲器的ISP／IAP(在系統(tǒng)可編程／在現(xiàn)場可編程)技術(shù)，極大地改變了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式以及開發(fā)和運(yùn)行條件，是8051單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一次重大飛躍。(1)內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲器

由于內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲器，因此在應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改，這就大大縮短了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期。

AT89系列單片機(jī)有如下特點。(2)與80C5l引腳兼容

AT89系列單片機(jī)的引腳與80C51是一樣的，所以，當(dāng)用AT89系列單片機(jī)取代80C51時，可以直接進(jìn)行替換。這時，不管采用40引腳還是44引腳的產(chǎn)品，只要用相同引腳的AT89系列單片機(jī)取代80C51的單片機(jī)即可。(3)錯誤編程也無廢品產(chǎn)生

一般的一次性可編程(OneTimeProgram，OTP)產(chǎn)品，一旦錯誤編程就成了廢品。而AT89系列單片機(jī)內(nèi)部采用了Flash存儲器，錯誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，故不存在廢品。(4)可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗

每次試驗可以編入不同的程序，從而使設(shè)計不斷優(yōu)化。而且隨應(yīng)用系統(tǒng)的變化，還可以方便地進(jìn)行程序升級。3.SiliconLab公司的C8051系列SiliconLab(原Cygnal公司)的C805lF系列單片機(jī)是集成的混合信號片上系統(tǒng)SOC(SystemOnChip)，具有與MCS51單片機(jī)內(nèi)核指令集完全兼容的微控制器。C8051F系列單片機(jī)采用具有專利的CIP-51內(nèi)核，而SiliconLab專利與MCS-5l單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，運(yùn)行速度高達(dá)25MIPS，除具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。(1)采用CIP-51內(nèi)核大力提升CISC結(jié)構(gòu)運(yùn)行速度Cygnal公司在保持CISC結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)不變的情況下，對指令運(yùn)行實行流水作業(yè)，推出了CIP51的CPU模式。在這種模式中，廢除了機(jī)器周期的概念，指令以時鐘周期為運(yùn)行單位。平均每個時鐘可以執(zhí)行完1條單周期指令，從而大大提高了指令運(yùn)行速度，使8051兼容機(jī)系列進(jìn)入了8位高速單片機(jī)行列。C8051F單片機(jī)在以下三個方面有突出性能。(2)I/O口從固定方式到交叉開關(guān)配置C8051F單片機(jī)中引入了數(shù)字交叉開關(guān)，改變了以往內(nèi)部功能與外部引腳的固定對應(yīng)關(guān)系。交叉開關(guān)是一個大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給I/O端口引腳?？赏ㄟ^設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的定時器/計數(shù)器、串行總線、硬件中斷、ADC啟動輸入、比較器輸出以及單片機(jī)內(nèi)部的其他數(shù)字信號配置到I/O端口引腳。這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用端口I/O和所需要數(shù)字資源的組合。(3)從系統(tǒng)時鐘到時鐘系統(tǒng)C8051F提供了一個完整而先進(jìn)的時鐘系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，片內(nèi)設(shè)置有一個可編程的時鐘振蕩器(無須外部器件)，可提供2、4、8和16MHz時鐘的編程設(shè)定。外部振蕩器可選擇4種方式。當(dāng)程序運(yùn)行時，可實現(xiàn)內(nèi)外時鐘的動態(tài)切換。編程選擇的時鐘輸出除供片內(nèi)使用外，還可從隨意選擇的I/O端口輸出。C8051F系列的C8051F000系列單片機(jī)是高檔型單片機(jī)的代表。每種芯片都有4個8位I／O端口、4個16位定時器、1個可編程增益放大器、2個12位D/A轉(zhuǎn)換器、2路DAC輸出；包含電壓基準(zhǔn)和溫度傳感器，有I2C／SMBus、UART、SPI多種串行接口和32KB的Flash存儲器；包含1或2個電壓比較器，1個真正的10～12位多通道A/D轉(zhuǎn)換器，ADC最高速率達(dá)100Kb/s；片內(nèi)RAM有256～2304B，指令執(zhí)行速度達(dá)20～25MIPS，還具有JTAG調(diào)試功能；具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器、WDT和時鐘振蕩器。工作電壓為2.7～3.6V，溫度范圍為-45～+85℃芯片內(nèi)其他功能部件參見表2-3所示。C8051F12X/13X系列單片機(jī)在C8051F000系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了芯片性能。這個系列的單片機(jī)都包含外部存儲器接口、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、I2C／SMBus、SPI、2個UART、5個16位定時器和可編程計數(shù)器陣列以及2個模擬比較器。各種芯片還包含其他不相同的功能部件，如表2-4所示。4.Philips公司的增強(qiáng)型80C51系列和LPC系列Philips公司首先購買了8051內(nèi)核的使用權(quán)，在此基礎(chǔ)上增加了具有自身特點的I2C總線，推出了一系列增強(qiáng)型80C51系列單片機(jī)和LPC系列單片機(jī)。Philips的8位單片機(jī)產(chǎn)品具有如下特點：除了基本的中斷功能之外，特別增加了一個4級中斷優(yōu)先級；可以通過關(guān)閉不用的ALE，大大改善單片機(jī)的EMI電磁兼容性能，不僅可以在上電初始化時靜態(tài)關(guān)閉ALE，還可以在運(yùn)行中動態(tài)關(guān)閉ALE；特有雙DPTR指針，使設(shè)計查表程序更加靈活方便；UART串行口增加了從地址自動識別和幀錯誤檢測功能，特別適合于單片機(jī)的多機(jī)通信；可提供1.8～3.3V供電電源，適合于便攜式產(chǎn)品；LPC系列十分適用于要求低功耗、低價格、小引腳的應(yīng)用場合，這是Philips單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢；Philips80C51系列單片機(jī)均有3個定時器/計數(shù)器。Philips公司的LPC900系列的主要芯片及特性如表2-5所示。2.3基于ARM內(nèi)核的單片機(jī)ARM（AdvancedRISCMachines）公司是英國的著名半導(dǎo)體設(shè)計公司，ARM公司設(shè)計的ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計算機(jī)(RISC)原理而設(shè)計的。指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計算機(jī)要簡單得多。ARM公司不生產(chǎn)芯片，它將技術(shù)授權(quán)給世界范圍的半導(dǎo)體公司和系統(tǒng)公司。2.3.1ARM簡介

半導(dǎo)體公司和系統(tǒng)公司專注于制造、應(yīng)用和市場運(yùn)作。ARM公司設(shè)計的32位處理器，以內(nèi)核耗電少、成本低、功能強(qiáng)、特有16/32位雙指令集，使ARM芯片具有高性能、廉價、低耗能的特征，廣泛應(yīng)用于嵌入式控制、消費(fèi)、教育類多媒體、DSP和移動式系統(tǒng)。其市場占有率超過75%，許多著名的處理器公司都推出了自己的基于ARM處理器產(chǎn)品，越來越多的開發(fā)人員開始針對ARM平臺開發(fā)設(shè)計。ARM處理器核當(dāng)前有6個系列產(chǎn)品：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore以及最新的ARM11系列。市場上ARM7和ARM9E比較常見，下面對ARM7進(jìn)行簡單介紹。1.AT91系列ARM芯片Atmel公司的AT91系列微控制器是基于ARM7TDMI嵌入式微處理器的16／32位微控制器，它是目前國內(nèi)市場應(yīng)用最廣泛的ARM芯片之一。AT91系列微控制器定位在低功耗和實時控制應(yīng)用領(lǐng)域，已成功地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、MP3／WMA播放器、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備、GPS和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)品中。AT91系列微控制器具有下列特點：ARM7TDMI及以上32位RSIC微處理器核；內(nèi)置SRAM、ROM和Flash存儲器；豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備；

10位ADC／DAC；功耗低于其他公司同類產(chǎn)品；先進(jìn)的電源管理提供空閑模式及外圍禁止；快速、先進(jìn)的向量中斷控制器；段寄存器提供分離的棧和中斷模式調(diào)用返回。2.LPC2100系列ARM芯片Philips公司的LPC2100系列芯片基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMISCPU，并帶有128/256KB的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運(yùn)行。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用，可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。

由于LPC2100系列采用非常小的64腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、4路10位ADC、PWM輸出以及多達(dá)9個外部中斷，使得它們特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和電子收款機(jī)(POS)等應(yīng)用領(lǐng)域。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟件調(diào)制解調(diào)器以及其他各種類型的應(yīng)用。后續(xù)的器件還將提供以太網(wǎng)、802.11以及USB功能。主要特性：16/32位ARM7TDMIS核，超小LQFP和HVQFN封裝；16/32/64KB片內(nèi)SRAM；128/256KB片內(nèi)Flash程序存儲器；128位寬度接口/加速器可實現(xiàn)高達(dá)60MHz工作頻率；通過片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)；EmbeddedICE可實現(xiàn)斷點和觀察點；嵌入式跟蹤宏單元(ETM)支持對執(zhí)行代碼進(jìn)行無干擾的高速實時跟蹤；10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間低至2.44μs；CAN接口，帶有先進(jìn)的驗收濾波器；多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I2C接口(400kHz)和2個SPI接口。3.ARM芯片的選擇①ARM核心：ARM720T以上及ARM9，帶有內(nèi)存管理單元，支持嵌入式操作系統(tǒng)，如WindowsCE、大多數(shù)的Linux等。ARM7TDMI不帶內(nèi)存管理單元，只有少數(shù)uClinux不需要內(nèi)存管理單元支持。②系統(tǒng)時鐘：系統(tǒng)時鐘決定芯片的處理速度，ARM7的速度一般為20~133MHz，ARM9時鐘頻率一般為100~233MHz。③內(nèi)部存儲器容量：當(dāng)系統(tǒng)存儲器容量不大時可以采用內(nèi)置存儲器ARM芯片。④I/O接口功能包括是否帶有USB接口，LCD微控制器以及數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換等接口。⑤總線擴(kuò)展及總線接口：不同的ARM芯片擴(kuò)展能力不同，外部數(shù)據(jù)總線寬度也不相同，部分ARM芯片沒有外部總線擴(kuò)展能力。⑥D(zhuǎn)SP處理能力：為了增加科學(xué)計算功能及多媒體功能，ARM芯片又增加了DSP內(nèi)核，以滿足不同要求。2.4DSP型單片機(jī)

數(shù)字信號處理器DSP是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號運(yùn)算、處理的微處理器，其主要應(yīng)用是能夠?qū)崟r快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。DSP芯片一般具有如下特點：在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩種RAM中同時訪問；具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；快速的中斷處理和硬件I/O支持；具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；可以并行執(zhí)行多個操作；支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

智能儀器中常常使用DSP型單片機(jī)。所謂DSP型單片機(jī)是單片機(jī)的CPU采用DSP內(nèi)核，而片內(nèi)的存儲器、輸入輸出模塊和其他的單片機(jī)沒有什么區(qū)別。DSP型單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子、電動機(jī)變頻控制、音頻壓縮與解碼、圖像處理等方面。

作為DSP型單片機(jī)的代表，下面對Microchip公司的dsPIC數(shù)字信號控制器作一簡單介紹。dsPIC數(shù)字信號控制器擁有16位閃存單片機(jī)的高性能，具有豐富的外圍設(shè)備和快速中斷處理能力，融合了可進(jìn)行高速計算的數(shù)字信號處理器的功能。dsPIC數(shù)字信號控制器具有下列具體特點改進(jìn)的中斷能力；最高達(dá)33個中斷源；強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境；具有類似單片機(jī)的用戶開發(fā)平臺；方便PIC系列單片機(jī)用戶移植現(xiàn)有的代碼；改進(jìn)的RISC；改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)；優(yōu)化的C編譯器指令系統(tǒng)；

84條指令，所有DSP指令均為單周期；24位寬指令，16位寬數(shù)據(jù)地址；最高48KBFlash程序存儲器；2KBRAM；1KBEEPROM；16×16位工作寄存器陣列；指令執(zhí)行速度最高到30MIPS；最高40MHz外部時鐘輸入；4～10MHz晶振輸入并帶有PLL倍頻(4×/8×/16×)；8個用戶可選的優(yōu)先級。

需要說明的是帶DSP內(nèi)核的單片機(jī)在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上DSP芯片的性能，其所做的也是一些相對簡單的算法，要完成復(fù)雜快速的計算還是需要采用高性能的DSP芯片。2.5帶有不同專用接口的單片機(jī)2.5.1具有USB接口的單片機(jī)

目前，大部分具有USB接口的單片機(jī)都是針對個人計算機(jī)外圍設(shè)備和消費(fèi)市場需求而設(shè)計的。USB單片機(jī)系列可使USB的優(yōu)勢應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中。新型USB單片機(jī)可將USB集成為一個基本串行接口，從而滿足工作在惡劣環(huán)境中的要求。

為了適應(yīng)于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，單片機(jī)設(shè)置了不同的專用接口。下面介紹具有不同專用接口的單片機(jī)。

應(yīng)用較為廣泛的USBPIC單片機(jī)系列芯片，配備了16KB可自編程增強(qiáng)型閃存，可以通過USB端口對最終應(yīng)用進(jìn)行現(xiàn)場升級。芯片還具有Microchip的PMOS電可擦除單元(PEEC)閃存技術(shù)，耐擦寫次數(shù)達(dá)10萬次，數(shù)據(jù)保存期可超過40年。此外，芯片的全速USB2.0接口還包括一個片上收發(fā)器，能把數(shù)據(jù)直接傳送到外部設(shè)備，以降低CPU的負(fù)荷。USBPIC單片機(jī)芯片具有的其他特性：768BRAM，可將其中的256B分配給USB緩沖器；支持RS232和RS485串行接口的可尋址通用同步異步收發(fā)器AUSART模塊；10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，精度高達(dá)±1LSB，多達(dá)13個輸入通道；具備16位數(shù)據(jù)捕捉功能和分辨率的捕捉/比較/PWM模塊；

3個定時器（2個16位，1個8位）；可編程欠壓復(fù)位及低壓檢測電路；增強(qiáng)型在線調(diào)試功能，最多可加入三個硬件斷點。主要應(yīng)用包括：

工業(yè)(制造工具、數(shù)據(jù)記錄儀、掃描儀、機(jī)器人控制器接口、流量分析儀和線纜測試設(shè)備等)；醫(yī)療(聲控應(yīng)用、高級輪椅等)；汽車(車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)總線診斷工具、俗稱“黑盒子”的車內(nèi)跟蹤記錄儀和超聲波傳感器)以及消費(fèi)類電器(圖片掃描儀、錄音機(jī)、UPS系統(tǒng)、MP3播放器、火災(zāi)報警器等)。2.5.2具有以太網(wǎng)接口的單片機(jī)

以太網(wǎng)是一種先進(jìn)的局域網(wǎng)（LAN）聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠通過LAN將單片機(jī)（嵌入式系統(tǒng)）與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。通過在單片機(jī)中加入以太網(wǎng)連接功能，單片機(jī)便可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程控制。由于以太網(wǎng)的架構(gòu)、互操作性、可擴(kuò)展性及易于開發(fā)的特性，使得具有以太網(wǎng)接口的單片機(jī)成為嵌入式通信應(yīng)用的理想選擇。

目前此類單片機(jī)能提供用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP的數(shù)據(jù)收發(fā)，可以實現(xiàn)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口的UDP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，也可以跨網(wǎng)關(guān)，支持所有TCP/IP協(xié)議。它可以輕松完成嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能，可用于串口設(shè)備與以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸；也可用于串口設(shè)備與PC機(jī)之間，或者多個串口設(shè)備之間的遠(yuǎn)程通信。同時單片機(jī)內(nèi)部具有A/D、輸入脈沖捕捉、定時器以及脈寬PWM輸出等功能，可以根據(jù)用戶的需要隨時對功能加以擴(kuò)展。

作為此類單片機(jī)的實例，下面介紹Microchip公司的PIC18單片機(jī)的特性。PIC18單片機(jī)是一個具有128KB程序存儲器、指令執(zhí)行速率達(dá)10MIPS的單片機(jī)，內(nèi)部集成了一個10Base-T以太網(wǎng)控制器，非常適宜實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。Microchip公司已形成PIC18F97J60高性能單片機(jī)系列。PIC18F97J60單片機(jī)系列同時包括了MAC、PHY和RAM收發(fā)緩沖器，使設(shè)計人員能利用這一器件系列享受完善的網(wǎng)絡(luò)連接功能，實現(xiàn)低成本效益、簡單易用的以太網(wǎng)方案。Microchip還提供免費(fèi)的TCP/IP軟件棧，從而縮短開發(fā)時間。PIC18F97J60單片機(jī)系列有以下主要特性：無縫移植：以最少的成本和最短的開發(fā)時間，在現(xiàn)有PIC18設(shè)計中靈活地加入以太網(wǎng)連接功能。符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)：片上10BaseTMAC和PHY以符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的形式實現(xiàn)可靠的信息包數(shù)據(jù)傳送/接收功能。專用8KB以太網(wǎng)緩沖器：靈活的緩沖器可對信息包進(jìn)行高效的存儲、檢索及修改，降低對集成單片機(jī)存儲容量的需求。128KB閃存及4KBSRAM：大容量存儲器能裝載含網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的TCP/IP棧，還留有足夠空間來存儲用戶應(yīng)用代碼。MicrochipPIC18F97J60單片機(jī)系列非常適合于需要借助以太網(wǎng)連接進(jìn)行通信或監(jiān)控的嵌入式應(yīng)用方面。其具體應(yīng)用有：工業(yè)自動化（工業(yè)控制、電源監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)/服務(wù)器監(jiān)控及環(huán)境監(jiān)控）、樓宇自動化（消防與安保、出入控制、防盜鎖等）、商用系統(tǒng)控制（廚房電器、銷售終端）以及家居控制（安防及網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備）。2.5.3具有CAN接口的單片機(jī)

控制器局域網(wǎng)CAN是由ISO定義的串行通信總線。最初，CAN是為汽車環(huán)境中電子控制網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的?，F(xiàn)今具有CAN功能的單片機(jī)都是針對需要可靠性高、抗噪性能強(qiáng)的各種領(lǐng)域而設(shè)計。在它的基本設(shè)計要求中，要求具有高的位速率、高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出任何錯誤。因此，具有CAN功能的單片機(jī)非常適宜于汽車制造業(yè)以及航空工業(yè)中的應(yīng)用，如發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、氣囊、氣候控制、防撞/倒車警告系統(tǒng)、儀表裝備等。CAN接口單片機(jī)品種較多，其中P87C591是一個具有CAN控制器的8位高性能微控制器，它從80C51微控制器家族派生而來，采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功地包含了NXP半導(dǎo)體公司SJA1000CAN控制器強(qiáng)大的PeliCAN功能。P87C591的全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會丟失數(shù)據(jù)；改進(jìn)的1∶1內(nèi)部時鐘預(yù)分頻器在12MHz外部時鐘速率時實現(xiàn)500ns指令周期；微控制器采用先進(jìn)的CMOS工藝，除了80C51的標(biāo)準(zhǔn)特性之外，器件還為汽車和通用的工業(yè)應(yīng)用提供許多專用的硬件功能。P87C591組合了P87C554(微控制器)和SJA1000(CAN控制器)的功能，并具有下面的增強(qiáng)特性：增強(qiáng)的CAN接收中斷；擴(kuò)展的驗收濾波器；驗收濾波器可“在運(yùn)行中改變”。P87C591的具體特性如下：16KB內(nèi)部程序存儲器，512B片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM；

3個16位定時器/計數(shù)器：T0、T1和T2(捕獲和比較)，1個片內(nèi)看門狗定時器T3；帶6路模擬輸入的10位ADC，可選擇快速8位ADC；2個8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出(PWM)；具有32個可編程I/O口(準(zhǔn)雙向、推挽、高阻和開漏)；帶硬件I2C總線接口；全雙工增強(qiáng)型UART，帶有可編程波特率發(fā)生器；雙數(shù)據(jù)指針DPTR；增強(qiáng)型PeliCAN內(nèi)核。2.680C51單片機(jī)構(gòu)成的主機(jī)電路2.6.1主機(jī)電路概述

主機(jī)電路是智能儀器儀表硬件的核心。主機(jī)電路一般由單片機(jī)、存儲器、譯碼電路、總線驅(qū)動器、I/O接口等部件組成。設(shè)計主機(jī)電路就是根據(jù)儀器功能要求確定這些器件的型號、參數(shù)。1.單片機(jī)

單片機(jī)型號不同，其內(nèi)核電路和芯片提供的I/O接口就不同，組成的主機(jī)電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、存儲器組織也就不同。在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)合理分配各種外部功能部件的地址范圍，以達(dá)到簡化譯碼，使CPU有效地訪問外部I/O接口的目的。單片機(jī)型號的選擇應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求、單片機(jī)的性能指標(biāo)及開發(fā)手段等因素確定。2.存儲器

單片機(jī)一般都帶有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，當(dāng)存儲器容量不能滿足系統(tǒng)要求時，需要進(jìn)行外部存儲器的擴(kuò)展。3.譯碼電路

系統(tǒng)在進(jìn)行外部擴(kuò)展時，需要譯碼。譯碼電路要盡可能地簡單，譯碼方式也要選擇適當(dāng)。通常，譯碼電路可以使用門電路實現(xiàn)，如果考慮到修改和保密性的要求還可以利用只讀存儲器和可編程邏輯器件實現(xiàn)。譯碼方式根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展的部件數(shù)量不同，可以采取全譯碼、部分譯碼、線選譯碼等譯碼方式。4.總線驅(qū)動器

如果單片機(jī)外部擴(kuò)展功能部件較多，負(fù)載較大，就應(yīng)該對總線驅(qū)動能力進(jìn)行設(shè)計。如MCS-51單片機(jī)P0口負(fù)載能力為8個TTL芯片，P2口擴(kuò)展能力為四個TTL芯片。如果P0口、P2口實際連接的芯片數(shù)目超出上述的規(guī)定，就必須在P0口、P2口增加總線驅(qū)動器，以提高它們的驅(qū)動能力。5.I/O接口

由于外設(shè)多種多樣，單片機(jī)與外設(shè)之間的接口電路也各不相同。在具體設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)外設(shè)的特點，選擇不同的I/O接口芯片。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些通用的I/O接口如并行接口、串行接口、模擬量輸入輸出通道等接口部件可以集成到單片機(jī)內(nèi)部，使I/O接口設(shè)計大大簡化。2.6.280C51系列單片機(jī)構(gòu)成的主機(jī)電路80C51系列單片機(jī)在我國應(yīng)用非常廣泛，具有存儲器容量大，I/O接口豐富，使用靈活等特點，對于要求測量控制過程較復(fù)雜，程序和表格較龐大，測量數(shù)據(jù)較多以及實時數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜的場合非常適用。用戶只需要增加少量的接口電路就可以構(gòu)成智能儀器的主機(jī)電路。

下面介紹以80C51單片機(jī)為核心構(gòu)成的主機(jī)電路，如圖2-1所示，電路中擴(kuò)展了一片RAM(62128)和一個并行I/O接口8155。圖2-180C51單片機(jī)為核心的主機(jī)電路硬件80C51的P2.7、P2.6經(jīng)74LS139譯碼后得到62128及8155的片選信號。62128的低8位地址A0～A7由P0.0～P0.7經(jīng)鎖存器74LS373得到，高6位地址A8～A13由P2.0～P2.5提供。62128的數(shù)據(jù)端D0～D7及8155的地址/數(shù)據(jù)端AD0~AD7接至P0.0～P0.7。8155的IO/M信號由P2.0提供。62128及8155的讀寫控制信號分別與80C51對應(yīng)端相連。RAM62128及I/O接口8155的地址分配如下：

RAM(62128)：0000000000000000B～0011111111111111B。RAM(8155)：0100000000000000B～0100000011111111B。I/O(8155)：0100000100000000B～0100000100000101B。地址用十六進(jìn)制數(shù)表示：RAM62128地址為0000H～3FFFH。8155RAM地址為4000H～40FFH，I/O地址為4100H～4105H。第六章

智能儀器抗干擾技術(shù)

智能儀器的可靠性是由多種因素決定的，抗干擾性能是智能儀器可靠性的重要指標(biāo)。本章在分析干擾來源的基礎(chǔ)上，重點介紹智能儀器輸入/輸出通道﹑電源及地線系統(tǒng)、CPU等的抗干擾技術(shù)。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)6.1干擾的來源及分類6.1.1干擾的來源

干擾是指疊加在有用信號上，使原信號發(fā)生畸變，從而影響和破壞儀器儀表正常工作的變化電量。干擾竄入儀器的渠道主要有以下三個方面，如圖6-1所示。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-1干擾竄入智能儀器的主要渠道第6章智能儀器抗干擾技術(shù)（1）空間電磁感應(yīng)。通過電磁波輻射竄入儀器，如雷電，無線電波等。（2）傳輸通道。各種干擾通過儀器的輸入/輸出通道竄入，特別是長傳輸線受到的干擾更為嚴(yán)重。（3）配電系統(tǒng)。主要是帶市電的工頻干擾和各種開關(guān)，可控硅的啟閉等都會對測試過程引起不同程度的干擾。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)6.1.2干擾的傳播途徑

干擾源產(chǎn)生的干擾是通過耦合通道對智能儀器產(chǎn)生影響的，主要的傳播途徑可以有以下3種：

第6章智能儀器抗干擾技術(shù)1.電容耦合電容耦合是由于電位變化而在干擾源與干擾對象之間引起的靜電感應(yīng)，又稱靜電耦合或電場耦合。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-2兩平行導(dǎo)體間的電容耦合第6章智能儀器抗干擾技術(shù)2.磁場耦合空間磁場耦合是通過導(dǎo)體間互感耦合產(chǎn)生的，又稱電磁感應(yīng)耦合。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-3兩導(dǎo)線間的磁場耦合第6章智能儀器抗干擾技術(shù)3.公共阻抗耦合公共阻抗耦合發(fā)生在兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，噪聲源在該阻抗上的電壓降會影響到信號源所在電路。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-4公共電源線的阻抗耦合第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-5公共地線的阻抗耦合第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

6.2串模及共模干擾的抑制6.2.1串模及共模干擾1.串模干擾串模干擾是指串聯(lián)于信號源回路之中的干擾，也稱橫向干擾或正態(tài)干擾，如圖6-6所示。圖6-6串模干擾示意圖第6章智能儀器抗干擾技術(shù)2．共模干擾共模干擾是指智能儀器的兩個輸入端上共有的干擾電壓，也稱縱向干擾或共態(tài)干擾，如圖6-7所示。圖6-7共模干擾示意圖第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

由于智能儀器的地、傳感器的地以及信號源的地之間，通常相隔一段距離，可為十幾米到幾百米，在兩地之間存在一個電位差VC，由圖6-7可知，對于輸入通道的兩個輸入端而言，分別有VS+VC和VC兩輸入信號。顯然，VC是輸入端上共有的干擾電壓，所以稱為共模干擾電壓。共模電壓VC對輸入端的影響，實際是轉(zhuǎn)換成串模干擾的形式而加入到放大器輸入端。圖6-8分別表示了被測信號采用單端輸入和雙端輸入兩種情況時共模電壓如何引入輸入端。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-8共模電壓的產(chǎn)生第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

通常使用共模抑制比CMRR來衡量輸入端對共模干擾的抑制能力，即第6章智能儀器抗干擾技術(shù)6.2.2串模干擾的抑制串模干擾的抑制能力用串模抑制比NMRR來衡量式中為串模干擾電壓；

為儀器輸入端由串模干擾引起的等效差模電壓。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

串模干擾一般是由疊加在各種不平衡輸入信號和輸出信號上，或通過供電線路而竄入系統(tǒng)的。由于干擾直接與信號串聯(lián)，因此只能從干擾的特性和來源入手，采取相應(yīng)措施抑制干擾：（1）用雙絞線或同軸電纜作信號線

（2）用濾波器抑制串模干擾

第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-9低通濾波器構(gòu)成第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-10兩級阻容濾波網(wǎng)絡(luò)第6章智能儀器抗干擾技術(shù)6.2.3共模干擾的抑制

共模干擾產(chǎn)生的主要原因是不同“地“之間存在共模電壓，以及模擬信號系統(tǒng)對地的漏阻抗，因此，共模干擾的抑制可以采用以下兩種方法：第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-11輸入隔離

利用變壓器或光電耦合器把各種模擬與數(shù)字信號源隔離開來，也就是把模擬地與數(shù)字地斷開，以使共模干擾電壓不形成回路，從而抑制了共模干擾。如圖6-11所示。1.變電器或光電耦合器隔離第6章智能儀器抗干擾技術(shù)圖6-12浮地屏蔽2.浮地屏蔽是采用屏蔽方法使輸入信號的“模擬地”浮空，從而達(dá)到抑制干擾的目的。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)6.3信號輸入/輸出通道干擾的抑制6.3.1干擾隔離器件

智能儀器的信號輸入/輸出通道直接與對象相連，干擾會沿通道進(jìn)入系統(tǒng)，使用隔離技術(shù)切斷對象與通道之間的環(huán)路電流是一種有效抑制干擾的方法?？刹捎玫钠骷饕凶儔浩骱凸怆婑詈掀?。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

變壓器可用于電源隔離和信號隔離。電源隔離的目的是把儀器的供電電源與電網(wǎng)隔離，這種情況下變壓器隔離的電路結(jié)構(gòu)如圖6-13所示。圖6-13智能儀器的電源隔離示意圖第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

一般使用脈沖變壓器實現(xiàn)數(shù)字信號的隔離。脈沖變壓器的匝數(shù)較少，而且一次和二次的繞組分別纏繞在鐵氧體磁芯的兩側(cè)，分布電容僅幾皮法，所以可作為脈沖信號的隔離器件。圖6-14脈沖變壓器隔離法示意圖第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

光電耦合器是將一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件。圖6-15光電耦合器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

光電耦合器的以下特性決定了它具有良好抗干擾能力。（1）光電耦合器的輸入阻抗很低（一般為100~1000Ω），而干擾源內(nèi)阻一般都很大，通常為Ω。（2）光電耦合器的輸入側(cè)和輸出側(cè)是以光為媒介進(jìn)行間接耦合，輸入側(cè)部分的發(fā)光二極管只有在通過一定強(qiáng)度的電流時才發(fā)光，輸出側(cè)的光敏三極管只能在一定強(qiáng)度下才能工作。第6章智能儀器抗干擾技術(shù)

（3）光電耦合器的輸入側(cè)和輸出側(cè)之間的電容很小，一般為0.5~2pF，絕緣電阻又非常大，一般為Ω，因此一側(cè)的干擾很難通過光電耦合器饋送到另一側(cè)。（4）光電耦合器的光電耦合部分是在一個密封的管殼內(nèi)，因此不會受到外界光的干