智能仪表期末复习题

一、简答题

1、串模干扰的来源有哪些？主要有哪些硬件防干扰措施？

主要来自于高压输电线、与信号线平行敷设的输电线以及大电流控制线所产生的空间电磁场。

措施：①利用双端不对地输入的运算放大器作为输入通道的前置放大器②用变压器或光电耦合器把各种模拟负载与数字信号源隔离开来③采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰

2、常用的数字滤波方式是什么？

（1）克服大脉冲干扰的数字滤波法㈠.限幅滤波法㈡.中值滤波法

（2）抑制小幅度高频噪声的平均滤波法㈠．算数平均㈡．滑动平均㈢．加权滑动平均㈣一阶滞后滤波法（3）复合滤波法

程序判断，中位值滤波，算术平均滤波，递推平均滤波，加权递推平均滤波，一阶惯性滤波和复合滤波等。

3、简述智能仪器设计的基本原则？

1、从整体到局部（自顶向下）的设计原则

2、经济性要求、

3、可靠性要求

4、操作和维护的要求

5、实时性要求

4、简述有哪几种现场总线？

基金会现场总线FF、FF总线不附属任何一个企业或国家、提供了H

1和H

2

两种

物理层标准、过程现场总线Profibus、LonWorks、CAN、HART

5、简述程序跑飞的原因及其处理方法？

原因：干扰信号已通过某种途径作用到了CPU上，CPU就不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。统受到某种干扰后,程序计数器PC的值偏离了给定的唯一变化历程,导致程序运行偏离正常的运行路径。

处理办法：1）最简单的是使CPU复位，让程序从头开始重新运行。2）采用指令冗余、软件陷阱以及“WATCHDOG"技术。

6、逐次比较式A/D，积分式A/D的原理及各自优缺点？

逐次比较式：当启动信号作用后，时钟信号先通过逻辑控制电路是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.>Uo，则保留这一位，；若Ux

积分式：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。优缺点：逐次比较式A/D转换器的转换时间与转换精度比较适中，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。

优缺点：逐次比较式A/D转换器的转换时间与转换精度比较适中，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。

7、串行通信线路工作方式有哪些？

单工：当线上数据流动只有一个方向；半双工：当数据的流动为双向，且同

以时刻能一个方向进行时；全双工：当同时具有两个方向的传输能力时。

8、常用的键盘类型有哪些？键盘接口的任务是什么？

按键码识别分：有编码式和非编码式。任务是确定是否有键按下，按了哪一个

键，消除抖动问题以及同时按键的处理。

9、智能仪表的软件部分包括几部分？各部分的作用是什么？

包括:监控程序、中断处理程序以及实现各种算法的功能模块。

监控程序是仪表软件的中心环节，他接受和分析各种命令，管理和协调全部

程序的执行。中断处理程序是人机联系部件或其它外围设备提出中断申请。并为

主机响应后直接转去执行的程序，以便及时完成实时处理任务。功能模块是用来

实现仪表的数据处理和控制功能，包括各种测量算法（例如数字滤波、标度变换、

非线性校正等）和控制算法（PID算法、前馈控制、纯滞后控制、模糊控制等）。

10、简述智能仪表的设计思路和研制步骤？

设计思路：模块化设计和模块的连接。模块化设计是根据功能要求和技术经

济指标自顶向下地按仪表功能层次吧硬件和软件分成若干块，分别进行设计和调

试，然后把他们连接起来，进行总调。软件模块的连接一般是通过监控主程序调

用和各种功能模块，或采用中断的方法实时的执行相应的服务模块来实现，并且

按功能层次继续调用下一级模块。

研制步骤：三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪

表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。确定任务、拟定设计方案阶段包

括1、确定设计任务和仪表功能2、完成总调设计。选择确定硬件类型和数量。

硬件、软件研制及仪表结构设计阶段包括1、嵌入式系统的选择2、硬件电路设

计、研制和调试 3、应用软件设计、程序编制和调试 4、仪表结构设计。

11、简述USB总线的特点及优越性?

特点：使用方便、速度快、连接灵活、独立供电、支持多媒体

优越性：将逐步取代当前PC上的串口和并口。

12、USB有几种传输模式？试简述各种传输方式的特性？

控制传输方式：双向的，用来处理主机的USB设备的数据传输，包括设备控制指令，设备状态查询及确认命令。

批处理方式：可以是单向也可以是双向的。用来传输要求正确无误的数据。

中断传输方式：是单向的，且仅输入到主机。该方式传送数据量很小，但这些数据需得到及时处理。

等时传输方式：可以是单向也可以是双向的，主要用于传输连续性、实时的数据，用于对数的正确性要求不高而对时间极为敏感的外部设备。

13、A/D转换芯片的主要性能指标是什么？

性能指标：分辨率、转换时间、转换误差

D/A转换芯片性能指标？性能指标：分辨率、精度和转换时间。

14、七段LED显示中静态显示与动态显示接口方式有什么不同？

点亮显示器的方法有静态显示和动态显示。静态显示就是当显示器显示某一

个字符时，相应的发光二极管通过恒定电流。静态显示的特点：每一位都需要一

个8位输出口控制。动态显示是轮流点亮各位显示器。特点是只需一个8 位段

输出口和一个8位扫描输出口。

15、从干扰进入仪表的方式分为那几种？

串模干扰、共模干扰、数字电路干扰、电源和地线系统的干扰。

16、可靠性是智能仪器中一个重要的技术指标。请写出智能仪器中常用的提高硬件和软件可靠性的方法？

硬件：元器件选择、筛选、降额使用、可靠电路设计、冗余设计、环境设计、人为因素设计、仪器可靠性实验。采用冗余结构的方法，在设计时安排双重结构的硬件电路；合理选择元器件和采用极限情况下实验的方法

软件：认真进行规范设计、可靠的程序设计方法、程序验证技术、提高软件设计人员的素质、消除干扰、增加试运行时间。采用模块化设计方法；对软件进行全面测试。

17、智能仪表的软件主要包括是什么？

智能仪表的软件包括监控程序、中断处理程序以及实现各种算法的功能模块。

18、智能仪表的特点是什么？

1、操作自动化，

2、具有自测功能，

3、具有数据处理功能，

4、具有良好的人机对话功能，

5、具有程控操作能力。

(1)精度高智能变送器具有较高的精度。；2)功能强；(3)测量范围宽；(4)通信功能强；5)完善的自诊断功能。

19、如何消除键抖动，常用哪几种方法？

可以使用硬件或软件方法。键数少时使用R-S触发器或简单的RC滤波器；键数多时，采用软件延时的方法。

20、USB规范中的规定的4种数据传输方式是什么？

控制传输方式、批处理方式、中断传输方式、等时传输方式。

21、什么是光电耦合器？为什么说它有很强的抗干扰能力？

光电耦合器是把发电器件和光敏器件封装在一起，以光为媒介传输信号的器件，完全隔离了前后通道的电器联系，具有非常好的隔离效果。

原因:1、光电耦合器的输入阻抗很低，而干扰源的内阻一般都很大，这时能能馈送到光电耦合器输入端的噪声自然会很小。2、输入回路与输出回路之间的分布电容极小。3、光电耦合器的输入回路与输出回路之间是光耦合的，而且是在密封条件下耦合的，故不会受到外界光的干扰。

22、智能仪表的软件部分包括几部分？各部分的作用是什么？

软件包括监控程序，中断处理程序以及实现各种算法的功能模块。

监控程序是仪表软件的中心环节，接受和分析各种命令、管理和协调全部程序的执行、中断处理程序是人机联系、部件或其它外围设备提出中断申请，并为主机响应后直接转去执行的程序，以便及时完成实时处理任务。功能模块是用来实现仪表的数据处理和控制功能，包括各种测量算法和控制算法。

23、简述PID控制算法的中的P、I、D的含义和作用？

答：P称为比例项，起比例控制作用。

I称为积分项，起积分控制作用。

D称为微分项，起微分控制作用。

24、简述A/D转换有哪几种类型？

A/D转换器大致上可分为比较型和积分型两种类型。

二、计算题

1、某智能压力控制系统中采用8位ADC ，测量范围为0～100N ，在某一时刻仪表采样并经滤波和非线性校正后（即压力与数字量之间的关系已为线性）的数字量为E9H ，问此时的实际压力是多少？（设测量压力0N 对应ADC 的00H 输出，测量压力100N 对应ADC 的0FFH 输出）？（10分）

解：91.2N 0

000)(N N N N A A A A m x m X --++= 2、画出智能仪表的典型结构，简述各组成部分的作用？

传感器：将一种能量转换成另一种能量形式，如将非电学量转变为电学量等 信号调理：对传感器传来的信号进行变换、放大、整行、补偿等处理。 数据通信：用来实现仪表与外界交换数据，进而实现网络化互联网需求 信号处理：对传来的信号进行加工处理，计算分析等一系列工作

人机接口：沟通操作者与仪表之间的联系

控制输出：（自己诌）

3、画出两个DAC0832与MCS-51单片机的接口电路，并编写一个程序使两路D/A 同时改变输出？ MOV DPTR,#0FEFFH

MOV A,R2

MOVX @DPTR,A

INC DPH MOV A,R3

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,A

MOV DPTR,#FFFH

MOVX @DPTR,A

RET 信号处理人机接口数据通信

控制输出信号调理传感器

4、画出MC14433与MCS-51单片机的接口电路，编写程序采集模拟量信号，把它放到20H--21H的内存单元中。

INIT:SETB IT1 AJMP AI2 JNB ACC.6，AI5 SETB EA AI1：CLR 07H SWAP A

SETB EX1 AI2：JB ACC.3，AI3 INC R0 ........ SETB 04H MOV @R0，A AINT:MOV A,P1 AJMP AI4 AI6：MOV A,P1

JNB ACC.4，AINT AI3：CLR 04H JNB ACC.7，AI6 CLR 06H AI4：MOV A，P1 XCHD A,@R0

CLR 05H JNB ACC.5，AI4 RETI

JB ACC.0，AER MOV R0，#20H AER:SETB 10H

JB ACC.2，AI1 XCHD A,@R0 RETI

SETB 07H AI5：MOV A,P1

5、编写程序，要求T0产生1ms的定时，并使P1.0输出周期为2ms的方波。T0工作方式1，fosc=12MHz。

解：T0初始值：（2^16-x）*12/fosc=1000μs

x=64536=0FC18H

START: MOV TMOD,#01H

MOV TL0,#18H

MOV TH0，#0FCH

SETB TR0

LOOP: JBC TF0,CONT

SJMP LOOP

CONT: MOV TL0,#18H

MOV TH0,#0FCH

CPL P1.0

SJMP LOOP

6、画出一种有效（即微处理器的RESET引脚为高电平有效）的开机复位和人工复位的接法，并简要说明其工作原理。

手动按钮复位:当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST 端的高电平信号必须维持足够长的时间。

7、要求将60H-6FH的数据块从单片机串行口输出，设计单片机串行口工作于方式二，TB8作奇偶效验位，编写程序实现？

MOV SCON,#80H ;设定串口工作方式2

MOV PCON,#80H ;波特率为fosc/32

MOV R0,#60H ;设定数据传送的起始地址.

MOV R7,#10H ;设定数据传送的个数16

LOOP: MOV A,@R0 ;取数.

MOV C,PSW.0 ;取来奇偶校验位.

MOV TB8,C ;送到发送的位置.

MOV SBUF,A ;串口发送.

WAIT: JBC TI,CONT ;等待发送完成.

SJMP WAIT

CONT: INC R0 ;转向下一个数据.

DJNZ R7, LOOP ;循环16遍.

RET ;返回主程序.

8、编写程序，用计数器T1的方式2计数，要求每计满100次，将P1.1取反。

解：计算计数T1初值：X=2^8-100=156=9CH； TH1=TL1=9CH TMOD=60H 程序设计： MOV TMOD,#60H

MOV TL1,#9CH

MOV TH1,#9CH

SETB TR1

LOOP: JBC TF1,CONT

AJMP LOOP

CONT: CPL P1.1

AJMP LOOP