华电智能仪器考题

1、智能仪器的定义及作用。智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器。它拥有对数据的存储，运算，逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定的智能作用(表现为智能的延伸或加强等。2、为什么要采用程控放大器？与普通放大器的区别是什么？1)减少放大器的数量在多通道的测量系统当中，各个通道的测量信号变化也会很显著，我们要将这些信号放大到与A/D转换的输入电压相匹配（0~5V）就需要多个增益不同的放大器。如果这样的话，将会大大的增加仪表需要放大器的数量，从而增加整体造价，若选用程控增益放大器,可减少放大器的数量，减少开支。2)程控增益放大器通用性很好其放大倍数可以根据需要用程序控制进行改变，很容易使各种量程的信号达到与A/D匹配的要求。程控放大器与普通放大器的区别:1)反馈电阻网络可变；2)反馈电阻网络受控于控制接口的输出信号。3)由不同的控制信号，产生不同的反馈系数，改变放大器的闭环增益。3、仪用放大器的工作原理（要求绘制基本电路图、求出放大器的闭环增益）。通常为了保证放大器的共模抑制能力，电路参数对称，即R1=R2，R3=R4，R5=R6，此时放大器的闭环增益为351210)21(RRRRVVVAgiiF,显然，为保证电路的对称性，改变增益最合理，最简单的办法是改变RG的阻值。程控仪用放大器的增益控制，通常都使用控制RG阻值的方法实现。(图在19页)4、LED显示器的驱动显示形式有几种，各自的优缺点是什么。LED有两种显示方式：静态显示方式和动态显示方式。1)静态显示：所有的位选线COM连接到一起接低电平（共阴极）或接高电平（共阳极），每一位LED的段选线连接到一个8位显示输出口上，这样N位显示器共需要8N根显示输出线，显示时位与位之间是相互独立的。具有显示亮度高，显示稳定，控制方便等优点，但当显示的位数较多时，占用的I/O口线较多。2)动态显示：一位一位地轮流点亮显示器各个位。对于显示器的每一位来说。是分时显示的，但由于人的眼视觉的暂留现象，仍感觉所有的位是同时显示的。优点：硬件少，价格便宜；缺点：占用机时长。5、A/D转换器的主要性能指标。（1）、分辨率指ADC对输入模拟信号的分辨能力。从理论上讲，一个n位二进制数输出ADC应能区分输入模拟电压的2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小值为满量程输入的1/（2n-1）。（2）、转换时间转换时间是A／D转换完成一次所需的时间。（3）、转换误差它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。（4）、偏移误差偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。（5）、满刻度误差（增益误差）ADC的满刻度误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。6、为什么要进行V/I转换。在工业控制系统中，信号长距离传输常以电流方式输出信号，因为电流信号在长距传输中信号衰减小，抗干扰能力强。一般情况下,仪器采用的标准电流信号是4~20mA，但智能仪器的D/A转换器的信号电流为A数量级，因此，D/A转换器的输出常常需配接V/I转换器以便和仪表标准电流信号匹配。7、数字滤波与模拟滤波相比有哪些优点？(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加任何硬设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用，不但可以节约投资，还可以提高可靠性和稳定性。(2)可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。(3)灵活性好。可以用不同的滤波程序实现不同的滤波方法8、简要介绍递推平均滤波算法。递推平均滤波法是把N个测量数据看成一个队列，队列的长度固定为N，每进行一次新的测量，把测量结果放入队尾，而扔掉队首的一次数据，这样在队列中始终有N个“最新”的数据。计算滤波值时，只要把队列中的N个数据进行算术平均就可得到新的滤波值。这样每进行一次测量，就可计算得到一个新的平均滤波值。这种滤波算法称为递推平均滤彼法，其数学表达式为即第n次采样的N项递推平均值是n，n-1，n-N-1次采样值的算术平均，与算术平均法相似。递推平均滤波算法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，因此它不适用于脉冲干扰比较严重的场合，而适用于高频振荡系统。递过观察不同N值的递推平均滤波器的输出响应来选取N值，以便既少占用计算机时间，又能达到最好的滤波效果。9、仪器故障的检测原理。检测原理：给被测对象施加一定的检测信号，根据其输出响应信号来判断是否存在故障。所加的检测信号称为测试矢量或测试码。不是任何信号都可充当测试矢量的。测试矢量加在电路后，电路有故障和无故障时的响应信号是不同的。响应信号又称响应矢量或响应序列。10、简述智能仪器系统误差自动校准的两种方式及实现方法。内部校准和外部校准方式。1.内部校准根据系统误差的变化规律，采用一定的测量方法或计算方法，将它从仪器的测量结果中扣除。2.外部校准准确度等级高的仪器其系统误差小。因此，可用准确度高的标准仪器去修正准确度低的被测仪器。使用由智能仪器组成的自动校准系统来实现的。11、结合你对智能仪器的理解，讨论智能仪器的层次。智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。12、在智能仪器中为什么采用程控放大器？程控放大器的组成。1)减少放大器的数量在多通道的测量系统当中，各个通道的测量信号变化也会很显著，我们要将这些信号放大到与A/D转换的输入电压相匹配（0~5V）就需要多个增益不同的放大器。如果这样的话，将会大大的增加仪表需要放大器的数量，从而增加整体造价，若选用程控增益放大器,可减少放大器的数量，减少开支。2)程控增益放大器通用性很好其放大倍数可以根据需要用程序控制进行改变，很容易使各种量程的信号达到与A/D匹配的要求。组成：放大器，可变反馈电阻网络和控制接口13、程控放大器与普通放大器的区别。1、反馈电阻网络可变2、反馈电阻网络受控于控制接口的输出信号3、由不同的控制信号，产生不同的反馈系数，改变放大器的闭环增益14、非编码键盘扫描的基本任务。1.监测有无键按下；键的闭合与否，反映在电压上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否。2.判断是哪个键按下。一.编程扫描方式：当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，反复的扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据，来响应键盘的输入请求。二.定时扫描工作方式：单片机对键盘的扫描也可用定时扫描方式，即每隔一定的时间对键盘扫描一次。三.中断工作方式：只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序并执行该按键功能程序，如果无键按下，单片机将不理睬键盘3.完成键处理任务。15、为什么仪器要进行量程转换?自动量程转换可以使仪器在很短的时间内自动选定在最合理的量程下，从而使仪器获得高精度的测量，并简化了操作。16、智能仪器输出接口DAC的基本工作原理。DAC的基本功能是将数字量转换为与其大小成正比的模拟量。假设一个n位的二进制数字量是d0，d1…..dn,其大小可表示为：D=d0+d1•21+……+dn-1•2n-1,DAC按照上式将二进制数的每一位转换成与其大小成正比的模拟量，然后相加起来，就得到与该数字量大小成正比的模拟量。17、波特率的定义及意义。在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示(也就是每秒调制的符号数)，其单位是波特（Baud,symbol/s）。波特率是传输通道频宽的指标。18、DAC的主要技术指标及含义。1、分辨率：指输入数字量的最小有效位(LSB)产生的一次变化时，DAC输出变化的最小增量相对于满刻度输出的百分比。大小只与DAC的位数有关，n位的DAC分辨率为（1/2n）*100%FSR。常用位数表示分辨率，如10位二进制的DAC分辨率为10位。选用时，分辨率首先要考虑。2、精度：指DAC的实际输出与理论值的最大偏差，是DAC各种误差之和，包括非线性误差、零点误差、增益误差和温度漂移等。两种表示：绝对精度，用LSB作为单位；相对精度，即相对于满刻度输出值的百分比。3、建立时间指数字量从全0变为全2时，DAC输出模拟量达到终值的1/2LSB误差范围之内所需要的时间。19、简述串行通信的三种工作模式。（1）单工（Simplex）方式：相互通信的任何一方仅允许数据单方向传送。（2）半双工（HalfDuplex）方式：通信的双方既可以发送又可以接收数据，但是发送和接收数据只能分时使用同一传输线路，即在某一时刻只允许进行一个方向的数据传送。（3）全双工（FullDuplex）方式：通信的双方采用两根传输线连接两端设备，可同时进行数据的发送和接收。20、简述智能仪器系统误差自动校准的两种方式及实现方法。内部校准和外部校准方式。1.内部校准根据系统误差的变化规律，采用一定的测量方法或计算方法，将它从仪器的测量结果中扣除。2.外部校准准确度等级高的仪器其系统误差小。因此，可用准确度高的标准仪器去修正准确度低的被测仪器。使用由智能仪器组成的自动校准系统来实现的。21、键盘扫描线反转法的基本原理。(1)将行线作为输出线，列线作为输入线。置输出线全部为0，此时列线中呈低电平0的为按键所在的列，如果全部都不是0，则没有键按下。(2)将第一步反过来，将列线作为输出线，行线作为输入线。置输出线全部为0，此时行线中呈低电平0的为按键所在的列。至此，便确定了按键的位置（x,y）。(3)一次按键处理。有时为了保证一次按键只进行一次按键处理，可以判断按键是否释放，如果按键释放则开始执行按键操作。同样，在实际应用中也应该采用软件延时的方法来jinx那个去抖动处理。此时可以在第一步与第二步之间加上延时语句，在第二步中即判断了是否抖动，也可以直接得到按键的位置。22、开关量输出隔离的目的及常用的隔离器件。目的在于隔断微机与执行机构之间的直接电气联系，以防地电位差、外界电磁场等干扰因素造成执行机构的误动作，甚至导致智能仪器本身的损坏。常用的隔离器件有光电耦合器件和继电器隔离电路23、如何利用牛顿迭代法求平方根。求一个数的平方根等价于求方程kx2或02kx的正根，由此取f（x）=2x-kxxf2)`(因此，式子)`()(00010)1(xfxfxhxx可写成)(212000200)1(xkxxkxxx，n次迭代式为)(21)1()(nnnxkxx24、对半查找的基本原理。对半查找的实质是在一个有限且有序的对象中，通过每次减缩一半查找范围而达到迅速确定目标的一个有效算法。对一个已经排好序的数组，先看中间的元素是不是要求元素。如果是就找到了，不是看比要找的元素大还是小，大的话，上前一部分用同样的方法再找，小的话去后一部分用同样的方法再找25、希尔排序法的基本原理。希尔排序法是一,种容易编程而且运行速度较快的一种排序法。首先确定比较数据的间距h（t）的各对数据，若符合排序要求，则保持原状，继续向前比较；若不符合排序要求，则交换两数的位置，并沿反向逐对比较，直到遇到符合要求的数据对时，再继续向前比较，直至表中所有相距为h（t）的数据排序正确