智能仪器原理及其应用复习题..pdf

智能仪器原理及其应用复习题 智能仪器是指内部带有微型计算机并带有GP-IB等通信接口，具有对数据的存储、运算、逻辑判断，自动化操作与外界通信等智能作用的仪器。 智能仪器的优点包括： 1. 使用键盘代替传统仪器中旋转式获琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。 2. 微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。 3. 智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便的实现量程自动切换，自动调零，触发电平自动调整，自动校准，自诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。 4. 智能仪器具有友好的人机对话的能力，使用人员只通过键盘打入命令。 5. 智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。 A/D转换技术是智能仪器中非常重要的一部分。A/D转换技术的指标包括： 1. 分辨率与量化误差：分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术指标，记数字量变 化一个字 所对应模拟信号的变化量。量化误差是由于A/D转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样二引起的误差，其大小在理论上为一个单位。 2. 转化精度：反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值。用绝对误差或相对误差来表示。 3. 转换速度：指A/D转换器在每秒钟内所能完成的转换次数。也可以表示为转换时间，即转换从启动到结束所需的时间。 4. 满刻度范围：又称满量程输入电压范围，指A/D转换器所允许的最大输入电压范围。 逐次比较式A/D转换器和积分式A/D转换器是两种常见的A/D转换器。逐次比较式A/D转换器的原理是当启动信号作用后，时钟信号先通过逻辑控制电路，N位寄存器的最高位D(N-1)位1，以下各位为0，这个二进制代码经A/D转换器转换成电压U0，送到比较器与输入的模拟电压Ux比较。若Ux>U0，则保留这一位；若Ux<U0，则置D(N-1)位0。D(N-1)位比较完成后，在对下一位即D(N-2)位进行比较，控制电路使寄存器D(N-2)为1，其以下各位仍为0，然后再与上一次D(N-1)结果一起经过D/A转换后再次送到比较器与Ux相比较。如此一位一位地比较下去，直至最后一位Do比较完成为止，发出EOC信号表示转换结束。 积分式A/D转换器的原理是先用积分器把输入模拟电压转换成中间量，再把中间量转换成数字。 逐次比较式A/D转换器的转换时间与转换精度相比适中，转换时间一般在us级，转换精度一般在0.1%左右，适用于一般场合。积分式A/D转换器的核心部件是积分器，因此速度较慢，其转换时间一般在ms级或更长。但抗干扰性能强，转换精度可达0.01%，适用于在数字电压表类仪器中。 并行比较式A/D转换器的原理以一个三位并行比较式A/D转换器为例，采用（23-1）=7个比较器，每个比较器的急转电压分别为14UR、14UR和锁存电路对7个比较器的输出状态进行译码和锁存，输出三位二进制数码，从而完成A/D转换。 并行比较式A/D转换器的优缺点是转换时间极短，但需要大量的低漂移比较器和高精度电阻，成本太高，价格昂贵。 高速数据采集与传输的方式有DMA双口RAM FIFO等。DMA方式是在DMA控制器控制下的直接存储器存取方式，在这种作用下外设不经由CPU控制直接读取内存数据。实现原理是用指令对，DMA控制器和存储器之间的数据传输。