智能仪器的组成及特点

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1、 第1章 导论1.1 智能仪器的组成及特点1.2 智能仪器及测试系统的发展1.3 智能仪器的设计要点第1章 导论微处理器在20世纪70年代初期问世不久，就被引进电子测量 和仪器领域，所占比重在各项计算机应用领域中名列前茅。人们习惯将这种内含微型计算机、具有自动化操作和数据处 理能力并带有GP-IB等通信接口的电子仪器称为智能仪器，以区别 于传统的电子仪器。智能仪器: 以计算机为核心的电子仪器。 能进行自动化操作，并能对测量数据分析/运算/逻辑判断/等 处理功能以及更高层次的知识处理功能。 一般都带有 GP-IB 等标准仪器总线接口。双金属温度计 双金属温度计 电磁流量计 1151型压力变送器

2、UL型阻移式物位计位移变送器： 输出420mA、05V或 010V、05V的标准 电信号 轮辐式称重传感器：适用于 平台秤、汽车衡、轨道衡及 料仓物位测量与控制。 扩散硅无腔压力 传感器/变送器高频信号源 （300MHz标准信号源 ） 双踪示波器 1.1 智能仪器的组成及特点一、 智能仪器的典型结构 智能仪器由硬件和软件两大部分组成。 硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。智能仪器的软件分为监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序；接口管 理程序是面向通信接口的管理程序，接收并分析来自通信接 口总线的远控命令。一、 智能仪

3、器的典型结构 一、 智能仪器的典型结构 一、 智能仪器的典型结构 主机电路用来存储程序、 数据并进行一系列的运算和处理 ，它通常由微处理器、程序存储器、数据存储器及输入/输出接 口电路等组成，或者它本身就是一个单片微型计算机；模拟量输入/输出通道用来输入/输出模拟信号，主要由A/D 转换器、D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成；人机接口电路的作用是沟通操作者和仪器之间的联系，主 要由仪器面板中的键盘和显示器组成；通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系，以便使仪器 可以接受计算机的程控命令，目前生产的智能仪器一般都配有 GPIB等通信接口。硬件部分主要包括：主机电路、模拟量输入/输出 通道

4、、人机接口电路、通信接口电路。一、 智能仪器的典型结构 监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序，其内 容包括：通过键盘输入命令和数据，以对仪器的功能、操作方 式与工作参数进行设置；根据仪器设置的功能和工作方式，控 制I/O接口电路进行数据采集、存储；按照仪器设置的参数，对 采集的数据进行相关的处理；以数字、字符、图形等形式显示 测量结果、数据处理的结果及仪器的状态信息。接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其内容是接收 并分析来自通信接口总线的远控命令，包括描述有关功能、操 作方式与工作参数的代码；进行有关的数据采集与数据处理； 通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理的结果及仪器的 现

5、行工作状态信息。 软件又分为：监控程序和接口管理程序两部分。1.1 智能仪器的组成及特点二、 智能仪器的主要特点(1)、智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或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。有利于提高仪 器技术指标，并方便了仪器的操作。 例如，传统仪器中与衰减器相连的旋转式开关必须安装在衰减器正前方的面板上，这样，可能由于面板的布置受仪器 内部结构的限制，不能充分考虑用户使用的方便性；也可能 由于衰减器的安装位置必须服从面板布局的需要，而给内部 电气连接带来许多的不便。二、 智能仪器的主要特点(2) 微处理器的运用极大地提高

6、了仪器的性能。例如：利用微处理器的运算和逻辑判断功能，按照一定的 算法可以方便地消除由于漂移、增益的变化和干扰等因素所 引起的误差，从而提高了仪器的测量精度。例如：传统的数字多用表(DMM)只能测量电阻、交直流电 压、电流等， 而智能型的数字多用表不仅能进行上述测量， 而且还能对测量结果进行诸如零点平移、平均值、极值、统 计分析以及更加复杂的数据处理功能，使用户从繁重的数据 处理中解放出来。目前有些智能仪器还运用了专家系统技术，使仪器具有更 深层次的分析能力，解决专家才能解决的问题。二、 智能仪器的主要特点(3) 智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、触发电平自

7、动调整、自动校准、自 诊断等功能，有力地改善了仪器的自动化测量水平。例如：智能型的数字示波器有一个自动分度键(Autoset)，测量时只要一按这个键， 仪器就能根据被测信号的频率及幅 度，自动设置好最合理的垂直灵敏度、时基以及最佳的触发 电平，使信号的波形稳定地显示在屏幕上。例如：智能仪器一般都具有自诊断功能，当仪器发生故障时，可以自动检测出故障的部位并能协助诊断故障的原因， 甚至有些智能仪器还具有自动切换备件进行自维修功能，极 大地方便了仪器的维护。 二、 智能仪器的主要特点(4) 智能仪器具有友好的人 机对话的能力，使用人员只需通过键盘打入命令， 仪器就能实现某种测量和处理功能，与 此同时

8、，智能仪器还通过显示屏将仪器运行情况、工作状态 以及对测量数据的处理结果及时告诉使用人员，使人 机之间的联系非常密切。 (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。 从而可以很方便地与计算 机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系 统，来完成更复杂的测试任务。 1.2 智能仪器及测试系统的发展模拟 仪器数字 仪器智能仪器与 自动测试系统卡式仪器 及系统虚拟仪器 及系统一、 独立式智能仪器及自动测试系统1、独立式智能仪器独立式智能仪器简称智能仪器，即前述的自身带有微处 理器和GPIB接口的能独立进行测试工作的电子仪器。 独立式智能仪器

9、在结构上自成一体，因而使用灵活方便，并且仪器的技术性能可以做得很高。这类仪器在技术上已 经比较成熟，正在或已经成为当前电子实验室的主流仪器模 式。目前，大多数传统的电子仪器已有相应换代的智能仪器产品，我国科研院所使用的电子仪器正在进行着用智能仪器 逐步取代相应传统仪器的工作。典型智能仪器 数字多用表典型智能仪器 函数信号发生器典型智能仪器 数字存贮示波器典型智能仪器 频谱分析仪典型智能仪器 频谱分析仪1、独立式智能仪器 将一台PC 机与多台带有 GP-IB 标准仪器总线接口的智能仪 器组合而成的仪器系统。 PC机作为仪器系统的控制者，通过执行测试软件，实现对 测量全过程的控制与测量结果的处理。

10、 此时，智能仪器面板的控制按键已不起作用。 2、自动测试系统 以计算机为核心的电子仪器。 能进行自动化操作，并能对测量数据分析/运算/逻辑判断/等 处理功能以及更高层次的知识处理功能。 一般都带有 GP-IB 等标准仪器总线接口。2、自动测试系统自动测量系统被测器件或过程GP-IB仪器总线典型自动测试系统一、 独立式智能仪器及自动测试系统2、自动测试系统智能仪器几乎都配有GPIB(或RS232C)通信接口。GPIB是国际电工协会(IEC)1978年正式推荐的一种标准仪用接口总线，已被世界各国普遍采纳。凡是配有GPIB 这种标准接口的仪器和计算机，不分生产国家、厂家，都可以借助于一条无源电缆总线

11、按积木式互连 ，灵活地组成各种不同用途的自动测试系统，以完成较复杂 的测试任务。2、自动测试系统自动测试系统由计算机、多台可程控仪器以及GPIB三者组成。 计算机作为系统的控制者，通过执行测试软件，实现对测量全过程的控制及处理；可程控仪器设备是测试系统的执行单元，具体完成采集、测量、处理等任务；GPIB 由计算机及各程控仪器中的标准接口和标准总线两部分组成，它如同一个多功能的神经网络，把各种仪器设备 有机地连接起来，完成系统内的各种信息的变换和传输任务 。2、自动测试系统自动测试系统具有极强的通用性和多功能性，对于不同的 测试任务，只需增减或更换“挂”在它上面的仪器设备，编制相应的测试软件，而

12、系统本身不变。这种自动测试系统特别适用于要求测量时间极短而数据处理量极大的测试任务中，以及测试现场对操作人员有害或操 作人员参与操作会产生人为误差的测试场合。从计算机系统结构的角度看，自动测试系统是一个分布式多微机系统，系统内的各智能仪器在任务一级并行工作，它们 各自具备完备的硬件和软件，因而能相对独立地工作，它们之 间通过外部总线松散耦合，相互间也可通信。二、 个人仪器系统及VXI总线仪器系统 1、个人仪器系统个人仪器是在智能仪器的基础上，伴随着个人计算机(PC)登上电子测量的舞台而创造出的一种崭新的仪器品种，它是将原智能仪器中的测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡，插入到PC的总线插槽

13、或扩展箱内，而原智能仪器所需的键盘、显示器以及存储器等均借助于PC机的资源，就构成了早期的个人仪器（又称PC仪器或仪器卡）。 A/D 转换器D/A 转换器输入 电路模拟 执行器I/O接口被测量微处理器MPU程序存储器(ROM)数据存储器(RAM)标准仪用 通讯接口键盘显示接口键盘显示外部仪用 标准总线智能仪器 卡式仪器的演变计算机部分测试部分卡式仪器将智能仪器中的测量部分配以相应的 接口，制成各种功能的仪 器卡，插入到PC机的扩展槽中，而原智能仪器中的 微机系统、键盘、显示器、存贮器、电源等均借助 于PC机的资源而构成的。卡式仪器的硬件结构计算机仪器卡缺少仪器面板 建立软面板软面板卡式仪器的基

14、本形态插入仪器卡计算机卡式仪器区别智能仪器一个显著特点 是用“软面板”实现对仪器的操作软面板是显示在CRT上用作图软件生 成的仪器面板图形（类似仪器硬面板）用户通过操作鼠标器移动光标的方式 控制软面板上的按键、旋钮等二、 个人仪器系统及VXI总线仪器系统 1、个人仪器系统、基于PC机内部总线的仪器系统、基于独立仪器总线的仪器系统、基于统一标准的VXI总线仪器系统个人仪器及系统发展的几个阶段1、个人仪器系统1、个人仪器及系统基于PC机的内部总线，因而仪器卡在 PC机内受到了严重的干扰；2、各仪器卡间也不能同步触发，无法传递模拟信号。3、早期的个人仪器强调硬件最少，通常不含微处理器，而 将各仪器的

15、控制和处理工作统一由PC机来处理，使得个人仪器系统的工作速度不高。 基于PC机内部总线的仪器系统的缺陷：、基于PC机内部总线的仪器系统、基于独立仪器总线的仪器系统、基于统一标准的VXI总线仪器系统为克服基于PC机内部总线的仪器系统的缺点，许多仪器生 产厂家各自生产专门的扩展仪器卡箱并定义仪器总线，并普 遍将微处理器装入仪器插卡而构成多微机分布式系统结构。 不仅提高仪器系统的速度，还简化系统的组建和测试软件的 开发。这种高级的个人仪器系统吸取GP-IB仪器系统灵活的模块 化结构的优点， 同时由于共享PC机的外设和软件资源，仍 能保持早期个人仪器系统性能价格比的优势，这就使个人仪 器系统发展进入一

16、个新的阶段。 、基于PC机内部总线的仪器系统、基于独立仪器总线的仪器系统、基于统一标准的VXI总线仪器系统、基于独立仪器总线的仪器系统独立的仪器总线是由各生产厂家自行定义而无统一标准， 使用户在组建个人仪器系统时难以在不同厂家生产的仪器插 卡中进行选配，妨碍了个人仪器的推广和发展。 、基于统一标准的VXI总线仪器系统、基于独立仪器总线的仪器系统1987年HP和泰克等五家仪器公司在经过一段扎实工作之后 ，联合提出适合于个人仪器系统标准化的接口总线标准VXI规范，并为世界各厂家所接受。VXI总线及VXI 总线仪器系统的问世被认为是测量和仪器领 域发生的一个重要事件，围绕着VXI 总线仪器系统出现了一系列的国际性标准和支持技术，从而使测试和仪器系统进入一个 划时代的新阶段。2、 VXI总线仪器系统VXI总线是一个开放式结构，