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1、对智能仪表的认识1.智能仪表的概念：智能仪表是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数 据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。2智能仪表的分类：根据国际发展潮流和我国的现状，现代仪器仪表按其应用领域和自 身技术特性大致划分为6个大类，即工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、电子与电工测 量、仪器、医疗仪器、各类专用仪器，传感器与仪器仪表元器件及材料。3智能仪表的用途：工业自动化仪表与控制系统，主要指工业，特别是流程产业生产过 程中应用的各类检测仪表、执行机构与自动控制系统装置。科学仪器主要指应用于科学研究、 教学实验、计量测试、环境监测、质量和安全检查等各个方面的仪器仪表。电子与电工测
2、量 仪器，主要指低频、高频、超高频、微波等各个频段测试计量专用和通用仪器仪表。医疗仪 器主要指用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪器。各类专用仪器指农业、气象、水文、地 质、海洋、核工业、航空、航天等各个领域应用的专用仪器。科学仪器可以细分为14个小 类，即电子光学仪器，离子光学仪器，X射线仪器，光谱仪器，色谱仪器，波谱仪器，电化 学仪器，生化分离分析仪器，气体分析仪器，显微镜和成像系统，化学反应及热分析仪器， 声学振动仪器，力学性能测试仪器（材料试验机），光电测量仪器。其中，发展最快，应用 最广和市场容量最大的是各类光学仪器和分析仪器。现代仪器仪表虽然作了大致分类，实际 上存在着许多交叉，比如
3、各类专用仪器中许多都是科学仪器。4智能仪表的原理：传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送 入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大 器，放大后的信号经A/D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所 设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被转换为相应的数据 进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM（闪速存储器）或E?2PR0M（电 可擦除存贮器）内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制 信号（如报警装置触发、继电器触点等）。此外，智能仪器还可以与
4、PC机组成分布式测控系 统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机 PC机，由PC机进行全局管理。智能仪表的输入输出通道信号输入输出通道是智能仪器的重要组成部分，本章阐述模拟量输入输出通道功能部件 （测量放大器、ADC、DAC、S/H、MUX等）的结构、性能及其与微机的接口原理；集成 数据采集系统及高速数据缓存技术；开关量输入输出通道信号调理及开关量输出信号的驱 动方法。工程中的被测量多数为由传感器转换的模拟量，而智能仪器中微处理器处理的是数字 量，因此，应把被测模拟信号经过放大、滤波、采样/保持、A/D转换之后，输入微处理器进 行处理。实现这些功能的电路称为
5、模拟量输入通道。模拟量输入通道有多种形式，按照被采集信号路数的不同，分为单通道模拟量输入通道 和多通道模拟量输入通道。由信号调理电路（放大器、滤波器等）、单通道模拟量输入通道的基本结构如图1所示。采样/保持器（S/H）及A/D转换器等组成。总线图1单通道模拟量输入通道多通道模拟量输入通道按照对多路信号采集的同步性及速度的不同，分为多通道一般图2（a）多通道一般型数据采集系统MUX总线图2(c)多通道并行数据采集系统多通道一般型结构它的优点是多路信号共用一个S/H和ADC电路，电路结构简单、成 本低。缺点是由于多路信号是分时进行采集和A/D转换的，因此，采集速度低。对于要求多 路信号严格同步采集
6、的系统是不适用的。多通道同步型结构中，由于各通道有独立的S/H电路，因此，可以实现同步采集分时 A/D转换。这种结构的缺点是由于多路信号的A/D转换仍然是分时进行的，工作速度仍然较 低。多通道并行结构中，每一通道有独立的S/H、ADC电路，可以实现同步采集和高速采集。拟量输入通道的放大器、滤波器、多路模拟开关、S/H、ADC,在实际系统中并非都需 要。例如，如果输入信号电平较高，就可以省去放大器；如果输入信号的变化速率比ADC 转换速率低得多，就不必使用S/H。模拟量输出通道的作用是将经智能仪器处理后的数据转换成模拟量输出。模拟量输出通 道一般由D/A转换器（DAC）、多路模拟开关、采样/保持器等组成。DAC是模拟量输出通 道的关键部件，本节主要讨论DAC的性能及其与微机的接口。 各通道有独立DAC的结构。如图3-39所示，这种结构中各路采用独立的DAC，各 路输出信号的保持由各自的数字锁存器实现。各路输出可以单独刷新，工作速度快。 各通道共享DAC的结构。如图3-40所示，这种结构中各路共享一个DAC，分时输 出到采样保持器中。这种结构的特点是仅用一个DAC，但是由于每个通道要有足够的采样时 间，因此工作速度慢。由于多路模拟开关和S/H电路要引入一定的误差，因此输出精度较低。
