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第一章 绪论 什么是智能仪器：智能仪器是计算机与测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处 理器的测量仪器。由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断和自动化操作等功能，具有一定的智能作用，因而被称为智能仪器。 智能仪器已开始从数据处理向知识处理发展。 智能仪器发展概况 各个时期的发展：50 年代：模拟式（指针式）仪器；60 年代：数字式仪器；70 年代：独立式智能仪器（简称称智能仪器）；80 年代初：个人仪器（PC 仪器）；80 年代后期：虚拟仪器。 智能仪器发展趋势 1、微型化 2、多功能化 3、人工智能化 4、网络化 智能仪器的分类、组成和特点 从发展应用的角度看，智能仪器分为微机内嵌式和微机扩展式两大类。 微机内嵌式：将微机作为核心部件嵌入到智能仪器中，仪器包含一个或多个微机，属于嵌入式系统。 智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件包括微处理器、存储器、输入通道、输出通 道、人机接口电路、通信接口电路等部分。微处理器是仪器的核心；存储器包括程序存储器和数据存储器用来存储程序和数据；输入通道主要包括传感器、信号调理电路和 A/D 转换器等， 完成信号的滤波、放大、模数转换等；输出通道主要包括D/A 转换器、放大驱动电路和模拟执行器等，将处理器处理后的数字信号转换为模拟信号；人机接口电路主要包括键 盘和显示器，是操作者和仪器的通信桥梁，操作者可通过键盘仪器发出控制指令，仪器可通 过显示器将处理结果显示出来；通信接口电路实现仪器与计算机或其它仪器的通信。 智能仪器的特点：1、操作自动化 2、自测功能 3、数据分析和处理功能 4、友好的人机对话功能 5、可程控操作能力 智能仪器设计要求、原则及步骤 智能仪器设计的基本要求：功能及技术指标要求、可靠性要求、便于操作和维护、仪器工艺结构与造型设计要求 智能仪器的设计原则：1、从整体到局部(自顶向下)的原则 2、较高的性能价格比原则 3、开放式设计原则 智能仪器的设计步骤：1、确定设计任务2、拟定总体设计方案3、方案实施：（1）根据仪器总体方案，确定仪器的核心部件：单片机、信号处理器（DSP）、可编程控制器（PLC）或微计算机（MPC）等（2）设计和调试仪器。 第二章 智能仪器输入/输出通道及接口技术 模拟量输入通道概述 模拟量输入通道:将实际存在的电压、电流、声音、图像、温度、压力等连续变化的模拟 信号进行放大、滤波、隔离等处理，将其转换成计算机能接收的逻辑信号的电路称为模拟量输入通道。 从被转换模拟信号的数量及要求看模拟量输入道有单通道结构和多通道结构。 单通道结构（特点）：当被测信号只有一路时采用单通道结构。使用场合：带采样/保持器 （S/H）的单通道结构常用于频率较高的模拟信号的A/D 转换。 多通道结构（特点）：当被测信号有多路时采用多通道结构，分为并行结构和共享结构。使用场合：( 1 ) 多通道并行结构：常用于模拟信号频率很高且各路必须同步采样的高转换速率系统。该结构的优点速度快；缺点成本高，体积、功耗大。( 2 ) 多通道共享结构：当各路模拟输入信号不需要同时获取时，可选用共享 S/H 和 A/D 的多通道结构。这种形式的通道速度慢，但硬件开销少，适合对转换速度要求不高的系统。 传感器 传感器是指能把物理化学量转变成便于利用和输出的电信号，用于获取被测信息，完成信号的检测和转换的器件。其性能直接影响整个仪器的性能。 传感器的分类： 按转换原理分类：物理传感器和化学传感器； 按用途分类：压力敏、力敏传感器、位置传感器、液面传感器、速度传感器、热敏传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、气敏传感器、生物传感器等。 按输出信号分类：模拟传感器、数字传感器和开关传感器。 传感器的性能指标：1、线性范围 2、 精度 3 、灵敏度 4、稳定性 5、频率响应特性 放大器 放大器是信号调理电路中的重要元件，合理选择使用放大器是系统设计的关键。程控放大器、仪用放大器、隔离放大器等是智能仪器中常用的放大器。 程控放大器: 作用：在通用测量仪器中，为了适应不同的工作条件，在整个测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度。 特点：智能仪器含有微处理器，用仪器内置的程序控制放大器的增益称为程控增益放大器简称程控放大器。 分类：程控反相放大器、程控同相放大器等 1、程控反相放大器： k ? k ? v v 0 ? ? R R f 由理想运放条件，有 i 1 反相程控放大电路如图所示，虚线框为模拟开关，模拟开关的闭合位置受控制信号C1、C2 的控制，反馈电阻又随开关位置而变，从而实现放大器的增益由程序控制。当放大倍数小于 1 时，程控反相放大器构成程控衰减器。 反相程控放大电路 同相放大电路图为一般同相放大器的基本原理，类似的可导出同相放大器的增益k 同相放大电路 图为一般同相放大器