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1、测控技术与仪器概论(一),华北电力大学 控制与计算机工程学院,信息科学技术,信息工程 通信工程 电子信息工程 自动化 电气工程及其自动化 电子科学与技术 测控技术与仪器 计算机科学与技术 生物医学工程 软件工程 电子信息科学与技术 光信息科学与技术 。,当今社会起主导作用的科学技术,测控技术与仪器,测控技术与仪器专业是教育部根据21世纪信息时代的市场要求，于98年确立的仪器仪表类较宽口径专业。 研究的对象信号的测量与自动控制。 相关学科 电子信息工程、自动化、通信工程等。,测控专业主要课程,专业基础：电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、数字信号处理、微机原理及应用、误差理论与数据处理、自动控
2、制理论 专业必修：传感器原理与应用、过程参数检测及仪表、过程控制系统、计量测试技术、智能仪表设计。 专业选修：测控专题、单片机原理及应用、电厂热力设备及运行、电磁测量 、电子测量原理及仪器、分散控制系统及现场总线技术、工程光学、工程力学、流体力学、核电站参数检测与控制、火电厂顺序控制与保护、计算机测量与显示技术、检测新技术、控制电机。,物理对象,电厂、工业生产过程,参数检测,电压、电流、温度、 压力、流量、水位,信号处理,模拟、数字电信号,传感器,滤波、放大、A/D,微弱信号,计算与控制,作用于控制对象,信息传输,传感器原理与应用,过程参数检测及仪表,单片机原理及应用,智能仪表设计,电子测量原
3、理及仪器,电磁测量,电子测量原理及仪器,电厂热力设备及运行,过程控制系统、火电厂顺序控制与保护、核电站参数检测与控制、分散控制系统及现场总线技术,计算机测量与显示技术,控制电机,人机接口,控制作用,I/O驱动、PID,信息技术即有关信息的获取、传递、处理和控制技术。,信息获取技术： 如传感技术、检测技术等； 信息处理技术： 即计算机软件和硬件技术； 信息传输技术： 如网络通信技术、微波通信技术、卫星通信技术； 信息控制技术： 如反馈控制技术、现代控制技术。,计算机技术 1946年世界上第一台计算机诞生,提高速度、增大容量第一台计算机结构体积达3000立方英尺、18800个电子管、1500个电器
4、、70000个电阻、10000个电容、6000个开关，重30吨；运算速度5000次/秒加法，乘法为3秒作一次，存贮容量为20个字长的10位二进制数；功耗25KW； 减小体积、降低能耗1971年，Intel公司推出的第一台微处理器4004，只有2300上晶体管，运算速度每秒达6万条指令，随后个人微型机相继问世。 语言和软件系统的高级化各种高级语言及其软件系统的开发和应用。二进制机器程序汇编语言c语言组态软件模块化编程 从单机到多机网络20世纪90年代后的计算机通信网络 从增加功能到智能化20世纪90年代以后，计算机朝智能化方向发展，到今天计算机的速度已达每秒几十亿次，内存容量达几百兆字节，体积小
5、到只有一本书的大小。其功能不只是数值运算，还可以进行逻辑判断等多种功能，称其为第五代计算机。,通信技术,（1）数字化 通信、计算机和多媒体三位合一，使得文字、语音、图像、视频和数据都实现了数字化，称为数字融合，因特网就是数字融合的典型产物。 （2）高速化 目前通信传输正在向高速、大容量、长距离方向发展。常规的光纤通信、卫星通信、无线通信等技术日臻完善，网络与通信技术正朝着超高速多功能方向发展。 （3）宽带化 由于多媒体技术在通信领域的应用，通常都要占用较宽的带宽。以至于有人把WWW戏称为“全球等待”（World Wide Wait）。为此，世界各国都在研究提高带宽的新技术。 （4）综合化 电话
6、、电视、广播、计算机网络综合业务数字网（ISDM）在全球范围内获得广泛使用。,信息存储技术,（1）半导体存储技术 ROM、RAM、EEPROM、FLASH等 高技术半导体芯片:小型化、低能耗、高精度、高可靠性. 美国英特尔公司半导体芯片技术处于世界领先地位 （2）光学存储技术 CD-ROM（只读光盘）、 DVD（数字化视频光盘）等,嵌入式系统,定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 系统组成：1、嵌入式微处理器 2、存储器 3、通用设备接口和I/O接口 特点：1、系统内核小。 2、专用性强。 3、系统精简。
7、 4、高实时性的系统软件。5、嵌入式系统开发需要开发工具和环境。 4个特征：1、用来执行特定功能； 2、以微控制器及周边构成核心； 3、有严格的时序及稳定性； 4、全自动循环操作。 嵌入式系统包括：嵌入式硬件与嵌入式软件两部分 问题：什么是嵌入式系统？,Embedded System,嵌入式系统,应用领域： 工业控制：工业过程控制、数字机床、电力系统、发电设备、石油化工冶金等系统。 交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用。 信息家电：嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化。可以通过电话线、网络进行远程控制。 家庭智能管理系统：
8、水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统。 POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端等，手持一卡就可以行遍天下。 环境工程与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。 机器人：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。 医疗仪器： 军事武器： 消费类多媒体设备：手机、掌上电脑、游戏机,Embedded System,
9、嵌入式硬件与嵌入式软件,嵌入式系统的特殊性,复杂的算法：程序可能面对复杂的控制对象，编程人员必须了解相关背景知识。 灵活的用户接口：不同产品的人机接口可能都不一样。 实时性要求：循环运行的系统必须在规定时间处理并响应外界要求。 多重速度匹配：系统可能要同时对速度有要求的多个过程进行处理。 量身定做的硬件：考虑到功能、成本、环境等因素，每个系统的硬件都是不一样的。 电源： 考虑省电、散热、体积、电力来源等。 困难的验证：需要真实的信号与严格的时序。 难以观察：调试中可能没有普通微机那样的可视化环境。 苛刻的开发环境：微机不能完全模拟仿真，需下装到目标机中运行调试。 是否真的可靠：这是挑战性工作。
10、维修与信誉的成本可能非常高。 高的开发门槛：对技术人员掌握的技术要求高。需要有微控制器结构、软硬件总线时序与接口技术、实时操作系统、数据处理技术、控制理论、电子电路抗干扰技术等背景知识，高层应掌握传感器技术、人工智能的专业知识。,智能仪器的结构,智能仪器的核心是微控制器. 基本部分： 微处理器、ROM、RAM、键盘、显示器等。 特殊部分： 模拟量输入、输出，数字量输入、输出，标准的串行或并行通信接口等。 另外，智能仪器的键盘、显示器等亦会根据仪器功能、用途的不同而有别于通用计算机的键盘、显示器等。,智能仪器的特点,仪器的功能丰富、性价较高 智能仪器具有自校准、自检和自诊断功能 智能仪器能实现复
11、杂的运算和控制功能 智能仪器的人机对话能力强 单个仪器自动化水平高、多个仪器可构成自动测试系统 问题：智能仪器有何特点？,单片机芯片,STC单片机（51单片机） STC公司的单片机是基于8051内核指令代码完全兼容传统8051，速度快812倍，带ADC,4路PWM，双串口，加密性好，抗干扰强. PIC单片机： 是MICROCHIP公司的产品，特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好. EMC单片机： 是台湾义隆公司的产品，与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差. ATMEL单片机（51单片机）： Atmel公司的AT89系
12、列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容； PHLIPIS 51LPC系列单片机（51单片机）： PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求. HOLTEK单片机： 台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品. TI公司单片机（51单片机）： 德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP43
13、0系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合 松翰单片机（SONIX）： 是台湾松翰公司的单片机，部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，滤波功能，抗干扰较好。缺点RAM空间过小。 飞思卡尔单片机 飞思卡尔 8 位单片机系列主要包括 RS08 类、HCS08 类、HC08 类、HC08 汽车类、 HCS08 汽车类。 英飞凌单片机 英飞凌单片机的XC82x和XC83x单片机系列经过专门设计，可进一步在各种工业领域内降低系统成本，提高能效。 深联华单片机（51单片机） 深联华公司的单片机基于8051内核，加密好，速度快812倍，带有62 K FLAS
14、H ROM，内置256字节RAM和集成外置1024字节RAM， 台湾新唐科技（华邦电子）（51单片机） W79E51单片机，全面兼容AT89C2051/AT89C4051。保密性好、工业级别-4585、内置高精度RC晶振、dataflash。,单片机AT89C51,51单片机结构,单片机开发,单片机编程与调试,芯片编程,智能仪器的一般性结构,信号,输入电路 AI、DI,放大电路,A/D 采集电路,微控制器 （单片机）,驱动电路 AO、DO,显示电路 LED/LCD,键盘、语音、打印等电路,输出,网络通信,电源,嵌入式主板,智能仪器举例,汽轮机齿轮,电磁传感器,整形电路,51单片机,数码显示器,直流电源,汽车中的嵌入式监控系统,手机嵌入式硬件结构,嵌入式监控系统,完,
