《智能仪器绪论》PPT课件.ppt

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1、智能仪器智能仪器Intelligent Instrument教师：张教师：张 瑜瑜电话：电话：39221323922132、1383460794313834607943 科研楼科研楼313313房间房间课程类型：课程类型：专业教育课程专业教育课程专业教育课程专业教育课程 必修必修必修必修先修课程：先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、数字电子技术、模拟电子技术、数字电子技术、模拟电子技术、数字电子技术、模拟电子技术、 微机原理及接口技术、微机原理及接口技术、微机原理及接口技术、微机原理及接口技术、EDAEDAEDAEDA技术技术技术技术使用教材：使用教材：智能仪器设计基础，赵新民主编，哈尔滨工

2、业大学出版社智能仪器设计基础，赵新民主编，哈尔滨工业大学出版社智能仪器设计基础，赵新民主编，哈尔滨工业大学出版社智能仪器设计基础，赵新民主编，哈尔滨工业大学出版社参参考考书：书：赵茂泰，智能仪器原理及应用，电子工业出版社赵茂泰，智能仪器原理及应用，电子工业出版社赵茂泰，智能仪器原理及应用，电子工业出版社赵茂泰，智能仪器原理及应用，电子工业出版社林君林君林君林君 程德福，智能仪器，机械工业出版社程德福，智能仪器，机械工业出版社程德福，智能仪器，机械工业出版社程德福，智能仪器，机械工业出版社 宋万杰等，宋万杰等，宋万杰等，宋万杰等，CPLDCPLDCPLDCPLD技术及其应用，西安电子科技大学技术

3、及其应用，西安电子科技大学技术及其应用，西安电子科技大学技术及其应用，西安电子科技大学出版社出版社出版社出版社 学时分配：学时分配：学时分配：学时分配：本课程共本课程共本课程共本课程共5656学时，其中讲课学时，其中讲课学时，其中讲课学时，其中讲课4848学时，实验学时，实验学时，实验学时，实验8 8学时学时学时学时成绩的考察方法及评定标准：成绩的考察方法及评定标准：成绩的考察方法及评定标准：成绩的考察方法及评定标准：总评成绩以百分制计算，平时和实验成绩占总评成绩以百分制计算，平时和实验成绩占总评成绩以百分制计算，平时和实验成绩占总评成绩以百分制计算，平时和实验成绩占30%30%30%30%，

4、期末考试成绩占期末考试成绩占期末考试成绩占期末考试成绩占70%70%70%70%教学内容：教学内容：教学内容：教学内容： 章节内容章节内容章节内容章节内容学学学学 时时时时第一章第一章第一章第一章绪论（绪论（绪论（绪论（智能仪器的发展概况、特点、基本结构智能仪器的发展概况、特点、基本结构智能仪器的发展概况、特点、基本结构智能仪器的发展概况、特点、基本结构）2 2第二章第二章第二章第二章器件基础器件基础器件基础器件基础（D/AD/A、A/DA/D、程控放大器、模拟开关等）程控放大器、模拟开关等）程控放大器、模拟开关等）程控放大器、模拟开关等）1212第三章第三章第三章第三章智能仪器通信接口智能仪

5、器通信接口智能仪器通信接口智能仪器通信接口（GP-IBGP-IB接口接口接口接口）4 4第四章第四章第四章第四章数据采集系统数据采集系统数据采集系统数据采集系统（数据采集系统的组成及设计技术）（数据采集系统的组成及设计技术）（数据采集系统的组成及设计技术）（数据采集系统的组成及设计技术）8 8第五章第五章第五章第五章智能仪器设计智能仪器设计智能仪器设计智能仪器设计（智能仪器设计方法、抗干扰技术）（智能仪器设计方法、抗干扰技术）（智能仪器设计方法、抗干扰技术）（智能仪器设计方法、抗干扰技术）1414第六章第六章第六章第六章实验技术基础（实验技术基础（实验技术基础（实验技术基础（可编程逻辑器件及其

6、应用、可编程逻辑器件及其应用、可编程逻辑器件及其应用、可编程逻辑器件及其应用、开发软件的使用、开发软件的使用、开发软件的使用、开发软件的使用、HDLHDL程序设计）程序设计）程序设计）程序设计） 8 8第一章第一章 绪论绪论一、从传统仪器到智能仪器一、从传统仪器到智能仪器仪器仪表、智能仪器、仪器仪表、智能仪器、仪器仪表、智能仪器、仪器仪表、智能仪器、重要性认识重要性认识重要性认识重要性认识二二 、智能仪器的基本结构与特点、智能仪器的基本结构与特点2种结构、种结构、3个特点个特点三、三、 推动智能仪器发展的主要技术推动智能仪器发展的主要技术传感器，传感器，A/D,单片机，单片机，DSP,FPGA

7、/CPLD,软件，网络与通信软件，网络与通信四、智能仪器的发展趋势四、智能仪器的发展趋势一一 、从传统仪器到智能仪器、从传统仪器到智能仪器1. 1.仪器仪表定义、作用、行业分类仪器仪表定义、作用、行业分类仪器仪表是仪器仪表是信息获取信息获取的工具、是的工具、是认识世界认识世界的的工具，是一个工具，是一个系统或装置系统或装置。最基本的作用：是最基本的作用：是延伸扩展补充或代替延伸扩展补充或代替人的人的听觉、视觉、触觉等听觉、视觉、触觉等器官的功能器官的功能。测量仪器测量仪器，分析仪器分析仪器，生物医疗仪器生物医疗仪器，地球探测地球探测仪器仪器，天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，电力，石油，化

8、工仪表等，遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。 2 2、八类测试计量仪器、八类测试计量仪器vv几何量：几何量：长度、角度、相互位置、位移、长度、角度、相互位置、位移、距离测量仪器等距离测量仪器等 vv机械机械量：量：各种测力仪、硬度仪、加速度与各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等速度测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等vv热工量：热工量：温度、湿度、流量测量仪器等温度、湿度、流量测量仪器等vv光学参数：光学参数：如光度计、光谱仪、色度计、如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。vv电离辐射：电离辐

9、射：各种放射性、核素计量，各种放射性、核素计量，X X、射线及中子计量仪器等。射线及中子计量仪器等。时间频率：时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原子各种计时仪器与钟表、铯原子各种计时仪器与钟表、铯原子各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等钟、时间频率测量仪等钟、时间频率测量仪等钟、时间频率测量仪等 电磁量：电磁量：交、直流电流表、电压表、功率表、交、直流电流表、电压表、功率表、交、直流电流表、电压表、功率表、交、直流电流表、电压表、功率表、RLCRLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等测量仪、静电仪、磁参数测量仪等测量仪、静电仪、磁参数测量仪等测量仪、静电仪、磁参数测量仪等电子参数：电子参数

10、：无线电参数测量仪器无线电参数测量仪器无线电参数测量仪器无线电参数测量仪器 如示波器、如示波器、如示波器、如示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等。号分析仪等。号分析仪等。号分析仪等。3 3、四代仪器仪表、四代仪器仪表n n第一代为第一代为指针式（或模拟式）指针式（或模拟式）仪器仪表仪器仪表n n第二代为第二代为数字式数字式仪器仪表仪器仪表n n第三代就是第三代就是智能式智能式仪器仪表仪器仪表n n第四代第四代 虚拟仪器虚拟仪器基于基于USBUSB

11、总线的数据采集卡总线的数据采集卡基于基于PCIPCI总线的数据采集卡总线的数据采集卡操操 作作 系系 统统 ： DOS, OS, Windows2000/9x/NTWindows2000/9x/NT最大最大I/0I/0速度：速度：1.5 Mbytes/s 1.5 Mbytes/s （IEEE488.1)IEEE488.1)7.7 Mbytes/s7.7 Mbytes/s (HS488)(HS488)尺寸：尺寸：133x107 mm133x107 mmNINI的的PCI-GPIBPCI-GPIB卡卡NINI的的DAQDAQ及及VXIVXI产品示例产品示例虚拟数字示波器的软面板虚拟数字示波器的软面

12、板4、智能仪器的概念与历史概念概念: :智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量物，是含有微计算机或微处理器的测量物，是含有微计算机或微处理器的测量物，是含有微计算机或微处理器的测量( ( ( (或检测或检测或检测或检测) ) ) )仪器，仪器，仪器，仪器，它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功

13、能，具有一定智能的作用等功能，具有一定智能的作用等功能，具有一定智能的作用等功能，具有一定智能的作用( ( ( (表现为智能的延伸或加表现为智能的延伸或加表现为智能的延伸或加表现为智能的延伸或加强等强等强等强等) ) ) ) 。也可以理解为传统仪器仪表的智能化、数字。也可以理解为传统仪器仪表的智能化、数字。也可以理解为传统仪器仪表的智能化、数字。也可以理解为传统仪器仪表的智能化、数字化发展。化发展。化发展。化发展。智能仪器仪器科学计算机科学智能仪器仪器科学计算机科学近年来，智能仪器已开始从较为成熟的近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理数据处理向向知识处理知识处理发展。发展。模糊判断模糊判

14、断、故障诊断故障诊断、容错技术容错技术、传感传感器融合器融合、机件、机件寿命预测寿命预测等，使智能仪器等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。的功能向更高的层次发展。智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。 5 5、对仪器仪表重要性的认识、对仪器仪表重要性的认识仪器仪表是：仪器仪表是： 国民经济的国民经济的“倍增器倍增器”科学研究的科学研究的“先行官先行官”现代战争的现代战争的“战斗力战斗力”法庭审判的法庭审判的“物化法官物化法官”王大珩院士：王大珩院士：“能不能创造高水平的科学能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个民族、一个国家的仪器和设备体现了一个民族

15、、一个国家的创新能力。发展科学仪器设备应当视为国创新能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略家战略” 钱学森：钱学森：“新技术革命的关键技术是信息新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术是关键和通讯技术三部分组成。测量技术是关键和基础基础” 现代仪器仪表的发展水平是国家科技水平现代仪器仪表的发展水平是国家科技水平和综合国家力的重要体现，仪器仪表的制和综合国家力的重要体现，仪器仪表的制造水平反映出国家的文明程度造水平反映出国家的文明程度。 1 1、智能仪器的基本结构、智能仪器的基本结构 其结构可有两种基本类型

16、其结构可有两种基本类型: :微机内置式微机扩展式将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。个人计算机仪器(PCI)PCI)或或称微机卡式仪器。二二 、智能仪器的基本结构与特点、智能仪器的基本结构与特点微机内置式智能仪器的结构图微机内置式智能仪器的结构图微机扩展式智能仪器的结构图微机扩展式智能仪器的结构图 个人仪器结构图 微机扩展式普通台式普通台式PCI工控机工控机PCI笔记本笔记本PCI测量过程的软件控制：测量过程的软件控制：测量过程的软件控制：测量过程的软件控制： CPU CPU 软件控制测量过程软件控制测量过程 “以软代硬以软代

17、硬” 灵活性强、可靠性强灵活性强、可靠性强数据处理数据处理数据处理数据处理 ： 随机误差、系统误差、非线性校准等处理随机误差、系统误差、非线性校准等处理 改善测量的精确度改善测量的精确度 数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、 相位谱、功率谱等信号分析相位谱、功率谱等信号分析 提供更多高质量的信息量提供更多高质量的信息量多功能化多功能化多功能化多功能化 ：一机多用一机多用 如如智能化电力需求分析仪智能化电力需求分析仪3 3、智能仪器的特点、智能仪器的特点三、推动智能仪器发展的主要技术三、推动智能仪器发展的主要技术 传感器技术传感器技术 A/DA/D等等新新

18、器器件件的的发发展展将将显显著著增增强强仪仪器器的功能与测量范围的功能与测量范围 单片机单片机、 DSPDSP的广泛应用的广泛应用 嵌入式系统与片上系统嵌入式系统与片上系统(SOC)(SOC)ASICASIC、FPGAFPGACPLDCPLD技术技术 LabVlEWLabVlEW等图形化软件技术等图形化软件技术 网络与通信技术网络与通信技术 1 1、传感器技术、传感器技术为为适适应应智智能能仪仪器器发发展展的的需需要要，各各种种新新型型传传感感器不断涌现。器不断涌现。聋哑传感器聋哑传感器(Dumb Sensor) (Dumb Sensor) 智能传感器智能传感器(Smart Sensor)(S

19、mart Sensor)网络化传感器网络化传感器(Networked Sensor)(Networked Sensor) A AD D芯片是现代科学仪器不可缺少的核心部件之一，它的速度的提高是实现高速数据采集的关键。在向高速，向低功耗、高分辨率、高性能的方向发展。A AD D等电路与微处理器集成在一块(称为混合电路)传感器与控制电路都集成在一块芯片上，这将缩小体积，增强可靠性，从而实现智能仪器的多功能化2 2、A/DA/D等新器件增强仪器的功能与测量范围等新器件增强仪器的功能与测量范围3.3.单片机、单片机、DSPDSP处理器广泛应用处理器广泛应用单片机单片机:8031:8031、805180

20、51、89C5189C51、 AVRAVRAVRAVR、凌阳、凌阳、凌阳、凌阳、PICPICPICPIC、 MSP430MSP430MSP430MSP430、ARMARMARMARM TMSTMS320320系系列列等等高高速速单单片片数数字字信信号号处处理理器器(DSP(DSPDigital Digital Signal Signal Processor)Processor)是是通通过过硬硬件件来来完完成成乘乘法法和和加加法法运运算算的的，极极大大地地增增强强了了智智能能仪仪器器的的数数字字滤滤波波、FFFFT T、相相关关、卷卷积积等等信信号号处理能力。处理能力。新新型型DSPDSP芯芯片

21、片接接口口功功能能大大大大加加强强，甚甚至至集集成成了了DSPDSP与与ARMARM双核。双核。处理器处理器处理器处理器（1 1 1 1）MCUMCUMCUMCU8 8 8 8位位位位8051805180518051内核的、内核的、内核的、内核的、microchipmicrochipmicrochipmicrochip的的的的PIC10PIC10PIC10PIC10（12,16,1812,16,1812,16,1812,16,18）单片机；）单片机；）单片机；）单片机；16161616位的位的位的位的TITITITI的的的的MSP430MSP430MSP430MSP430系列、系列、系列、系列

22、、atmelatmelatmelatmel的的的的AVRAVRAVRAVR单片机、单片机、单片机、单片机、PIC24PIC24PIC24PIC24（30,3330,3330,3330,33）单片机；）单片机；）单片机；）单片机；32323232位的位的位的位的atmelatmelatmelatmel的的的的AVR32AVR32AVR32AVR32单片机单片机单片机单片机（2 2 2 2）ARMARMARMARM处理器处理器处理器处理器 STSTSTST的的的的STM32STM32STM32STM32系列、系列、系列、系列、32323232位位位位ARM7,ARM9ARM7,ARM9ARM7,A

23、RM9ARM7,ARM9系列。系列。系列。系列。（3 3 3 3）数字信号处理器（）数字信号处理器（）数字信号处理器（）数字信号处理器（DSPDSPDSPDSP） TITITITI、ADADADAD、MotoloraMotoloraMotoloraMotolora （4 4 4 4）移动处理器（针对智能手机笔记本电脑的）移动处理器（针对智能手机笔记本电脑的）移动处理器（针对智能手机笔记本电脑的）移动处理器（针对智能手机笔记本电脑的CPUCPUCPUCPU）2003200320032003年年年年 TITITITI公司的公司的公司的公司的OMAPOMAPOMAPOMAPTMTMTMTM，内部含有

24、，内部含有，内部含有，内部含有ARMARMARMARM和和和和DSPDSPDSPDSP许许多多公公司司还还采采用用了了数数字字模模拟拟混混合合集集成成技技术术，将将A AD D、D DA A、锁锁相相环环以以及及USBUSB、CANCAN总总线线接接口口等等都都集集成成到到单单片片机机中中，大大大大地地减减少少片片外外附附加加器器件件的的数数目目，进进一一步步提提高高了系统的可靠性。了系统的可靠性。 5151系列单片机的时钟频率目前可以提高至系列单片机的时钟频率目前可以提高至3340MHz3340MHz，提提升到升到20 MIPS20 MIPS。集成片上集成片上FlashFlash存储器，集成

25、密度高并实现了存储器，集成密度高并实现了ISP(ISP(在系统烧录程序在系统烧录程序) )和和IAP(IAP(在应用烧录程序在应用烧录程序) )。例例如如PhilipsPhilips公公司司P89C51RC2P89C51RC2RD2 RD2 、32KB32KB64KBFlash64KBFlash存存储储器，器，8KB8KB容量的容量的RAMRAM。瑞瑞典典XemicXemic公公司司生生产产的的XE8301XE8301，其其工工作作电电压压的的范范围围为为1.21.25.5V5.5V，1 1 MIPSMIPS时时电电流流为为200A200A，暂暂停停模模式式下下仅仅需需要要1A1A电电流流维持

26、时钟的运行。维持时钟的运行。4 4、嵌入式系统与片上系统、嵌入式系统与片上系统(SOC)(SOC)将使将使 智能仪器的设计提升到一个新阶段智能仪器的设计提升到一个新阶段 计计算算机机可可以以分分成成通通用用计计算算机机系系统统和和嵌嵌入入式式计计算算机机系系统统( (简简称称嵌嵌入入式式系系统统) )。而而嵌嵌入入式式系系统统则则是是指指把把微微处处理理器器、单单片片机机( (微微控控制制器器) )、DSPDSP芯芯片片等等作作为为“控控制制与与处处理理部部件件”，虽虽然然嵌嵌入入式式系系统统的的核核心心是是计计算算机机，但但它它是是以以某某种种设设备备的的形形式式出出现现的的，其其外外观观不

27、不再再具具备备计计算算机机的的形形态态。很很显显然然，智智能能仪仪器器属属于于嵌嵌入入式式系系统统，它它虽虽然然以以微微型型计计算算机机为为核核心心，但但它它不不以以计计算算机机的的形形态态出出现现；而而是是作作为为宿宿主主设设备备的的控控制制器器智智能能地地体体现现仪仪器设备的功能。器设备的功能。 嵌嵌入入式式系系统统的的发发展展曾曾出出现现过过两两次次高高潮潮。19761976年年80488048微微控控制制器器的的问问世世和和19801980年年MCS-5lMCS-5l微微控控制制器器的的问问世世，推推动动了了第第一一次次嵌嵌入式系统发展的浪潮。入式系统发展的浪潮。 经经过过2020世世

28、纪纪9090年年代代PCPC机机技技术术大大发发展展的的孕孕育育，又又迅迅速速掀掀起起了了第第二二次次嵌嵌入入式式系系统统发发展展的的浪浪潮潮。这这次次嵌嵌入入式式系系统统的的明明显显特特点点是肢解了是肢解了PCPC机最新两项成熟技术：机最新两项成熟技术：互联网和多媒体。互联网和多媒体。 为为了了满满足足互互联联网网和和多多媒媒体体嵌嵌入入式式设设备备的的高高速速性性和和实实时时编编解解码码的的复复杂杂技技术术需需要要，支支持持嵌嵌入入式式网网络络设设备备、移移动动通通信信设设备备、多多媒媒体体设设备备的的开开发发，第第二二次次嵌嵌入入式式系系统统的的主主力力器器件件已已让让位位于于3232位

29、位的的DSP-RISCDSP-RISC双双核核结结构构的的微微处处理理器器。很很显显然然，这这类类微微处处理理器器也也为为智智能仪器网络化和智能化的进一步扩展提供了坚实的基础。能仪器网络化和智能化的进一步扩展提供了坚实的基础。 嵌嵌入入式式系系统统的的深深入入发发展展将将使使智智能能仪仪器器的的设设计计提提升升到到一一个个新新的的阶阶段段，尤尤其其是是能能运运行行操操作作系系统统的的嵌嵌入入式式系系统统平平台台，由由于于它它具具备备多多任任务务、网网络络支支持持、图图形形窗窗口口、文文件件和和目目标标管管理理等等功功能能，并并具具有有大大量量的的应应用用程程序序接接口口(API)(API)，将

30、将会会使使研研制制复复杂杂智智能能仪仪器器变变得得容易容易。 片上系统片上系统(SOC)(SOC)的发展更是为智能仪器的开发及性能的发展更是为智能仪器的开发及性能的提高开辟了更加广阔的前景。的提高开辟了更加广阔的前景。 SOCSOC的核心思想就是要把整个应用电子系统的核心思想就是要把整个应用电子系统( (除无法集除无法集成的电路成的电路) )全部集成在一个芯片中，避免了大量全部集成在一个芯片中，避免了大量PCBPCB板的设计板的设计及板级调试工作及板级调试工作；SOCSOC是以功能是以功能IP(Intellectual Property)IP(Intellectual Property)为基础

31、的系统固件和电路综合技术。为基础的系统固件和电路综合技术。 在在SOCSOC设计中，设计者面对的不再是电路芯片，而是根据设计中，设计者面对的不再是电路芯片，而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应的单片机所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应的单片机CPUCPU内核和成熟优化的内核和成熟优化的IPIP内核模块，这样就基本上内核模块，这样就基本上消除了器件信消除了器件信息障碍，息障碍，加快了设计速度，加快了设计速度，SOCSOC将使系统设计技术发生革命将使系统设计技术发生革命性的变化，这标志一个全新时代已经到来。性的变化，这标志一个全新时代已经到来。 5 5、ASICASIC、FPGA

32、FPGACPLDCPLD技术技术ASIC(Application ASIC(Application Specific Specific Integrated Integrated CircuitsCircuits，专专用用集集成成电电路路) )无无论论在在价价格格、集集成成度度，还还是是在在产产量量、产产值值方方面面均均取取得得了了飞飞速速发发展展。因因此此，对对仪仪器器设设计计者者来来说说，很很有有意意义义的的一一项项工工作作是是把把一一些些性性能能要要求求很很高高的的线线路路单单元元设设计计成成专专用用集集成成电电路路而而使使智智能能仪仪器器的的结结构构更更紧凑，性能更优良，保密性更强。紧

33、凑，性能更优良，保密性更强。FPGA(Field Programmable Gates ArrayFPGA(Field Programmable Gates Array，现场可编现场可编程门阵列程门阵列) )CPLD(Complex Programmable Logic DeviceCPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可复杂可编程逻辑器件编程逻辑器件) )FPGAFPGACPLDCPLD的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，它可以替代几十甚至上百块通用电路应用场合，它可以替代几十甚至上百块通用ICIC

34、芯芯片。片。这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点。这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点。电路保持不动的情况下，改变内部硬件连接关系的描电路保持不动的情况下，改变内部硬件连接关系的描述，就能实现一种新的功能。述，就能实现一种新的功能。比较典型的有比较典型的有Xilinx公司的公司的FPGA器件系列器件系列Altera公司的公司的CPLD器件系列。器件系列。 （1 1）FPGAFPGACPLDCPLD芯芯片片的的规规模模也也越越来来越越大大，其其单单片片逻逻辑辑门门数数已已达达到到数数十十万万门门，它它所所能能实实现现的的功功能能也也越越来来越强，同时也可以实现系统集成。越强，同时

35、也可以实现系统集成。应用应用FPGAFPGACPLDCPLD的的优点优点 （2 2）FPGAFPGACPLDCPLD芯片在出厂之前都做过百分之百芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能指定。研制开发费用相对环境来完成芯片的最终功能指定。研制开发费用相对较低。较低。 （3 3）FPGAFPGACPLDCPLD芯片和芯片和EPROMEPROM配合使用时，用户配合使用时，用户可以反复地编程、擦除、使用或者在

36、外围电路不动的可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的情况下用不同的EPROMEPROM就可实现不同的功能。就可实现不同的功能。 （4 4）FPGAFPGACPLDCPLD芯芯片片的的电电路路设设计计周周期期很很短短。软软件件包包中中不不但但有有各各种种输输入入工工具具和和仿仿真真工工具具，而而且且还还有有版版图图设设计计工工具具和和编编程程器器等等全全线线产产品品，电电路路设设计计人人员员在在很很短短的的时时间间内内就就可可完完成成电电路路的的输输入入、编编译译、优优化化、仿仿真真，直直至至最最后后芯芯片片的的制制作作( (物物理理版版图图映映射射) )。当当电电路路有有

37、少少量量改改动动时时，更更能能显显示示出出FPGAFPGACPLDCPLD的的优优势势。它它大大大大加加快快了了新新产产品品的的试试制制速速度度，减减少少了了库库存存风风险险与与设设计计错错误误所所带带来来的的危危险险，从从而提高了企业在市场上的竞争能力和应变能力。而提高了企业在市场上的竞争能力和应变能力。 （5 5）电路设计人员使用）电路设计人员使用FPGAFPGACPLDCPLD进行电路设计时，进行电路设计时，不需要具备专门的不需要具备专门的IC(IC(集成电路集成电路) )深层次的知识，深层次的知识，FPGAFPGACPLDCPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行软件易学易用

38、，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。电路设计。FPGAFPGACPLDCPLD适合于正向设计适合于正向设计( (从电路原理图从电路原理图到芯片级的设计到芯片级的设计) )，对知识产权的保护也非常有利。，对知识产权的保护也非常有利。在在计计算算机机和和必必要要的的仪仪器器硬硬件件确确定定之之后后，软软件件就就是是PCIPCI仪器发展的关键。仪器发展的关键。软件就是仪器成为流行的说法软件就是仪器成为流行的说法。NINI（National National InstrumentsInstruments）公公司司19861986年年设设计计的的LabVlEWl.0LabVlEWl.0，20102

39、010年年发发展展到到Labview2010Labview2010，推推动动虚虚拟拟仪器技术的发展。仪器技术的发展。图图形形化化编编程程语语言言建建立立的的虚虚拟拟仪仪器器面面板板，完完成成对对仪仪器器的控制、数据采集、数据分析和数据显示功能。的控制、数据采集、数据分析和数据显示功能。虚虚拟拟仪仪器器系系统统由由用用户户定定义义；仪仪器器硬硬件件模模块块化化；可可重重用用和和重重新新配配置置；系系统统功功能能、规规模模可可通通过过修修改改软软件件、更更换换仪仪器器硬硬件件而而增增减减；技技术术更更新新速速度度快快(1(12 2年年) )，开发维护费用低。开发维护费用低。6 6、LabVlEWL

40、abVlEW等图形化软件技术等图形化软件技术虚拟仪器虚拟仪器 随随着着网网络络技技术术、通通信信技技术术的的高高速速发发展展与与广广泛泛应应用用，网网络络化化测测试试技技术术受受到到广广泛泛关关注注，这这必必将将对对网网络络时时代代的的测测试试仪仪器器和和测测试试技技术术产产生生革革命命性性变化。表现在两个方面：变化。表现在两个方面： 智智能能仪仪器器要要上上网网，完完成成数数据据传传输输、远远程程控控制与故障诊断等；制与故障诊断等；构构建建网网络络化化测测试试系系统统，将将分分散散的的各各种种不不同同测测试试设设备备挂挂接接在在网网络络上上，通通过过网网络络实实现现资资源源、信信息息共共享享

41、，协协调调工工作作，共共同同完完成成大大型型复复杂杂系系统统的测试任务。的测试任务。7 7、网络与通信技术、网络与通信技术 网络化测试系统主要由两大部分组成：网络化测试系统主要由两大部分组成： 组组成成系系统统的的基基本本功功能能单单元元(PC(PC仪仪器器、网网络络化化测测量量仪仪器器、网络化传感器、网络化测量模块网络化传感器、网络化测量模块) )； 连连接接各各基基本本功功能能单单元元的的通通信信网网络络。用用于于测测试试和和控控制制的的网网络络与与以以信信息息共共享享为为目目的的的的信信息息网网不不同同，前前者者采采用用工工业业EthernetEthernet，后者采用快速后者采用快速E

42、thernetEthernet。 构建网络化测试系统需考虑的问题：构建网络化测试系统需考虑的问题： 系统要具有开放性和互操作性；系统要具有开放性和互操作性； 系统的实时性和时间的确定性；系统的实时性和时间的确定性； 系统的成本尽可能低，通用性好；系统的成本尽可能低，通用性好； 基本功能单元必须是智能化的，带有本地微理基本功能单元必须是智能化的，带有本地微理 器和存储器，具有网络化接口。器和存储器，具有网络化接口。四、智能仪器的发展趋势四、智能仪器的发展趋势 1 1、微型化、微型化2 2、多功能化、多功能化 3 3、人工智能化、人工智能化 4 4、网络化、网络化5 5、虚拟仪器是智能仪器发展的新

43、阶段、虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段谢谢谢！谢！ 思考题思考题 1 1你在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？属于你在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？属于哪种类型？指出它们的共同之处、主要区别。选择一种仪器，针哪种类型？指出它们的共同之处、主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想。对其存在的问题或不足，提出改进设想。 2 2结合你对智能仪器概念的理解，讨论结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化智能化”的层次。的层次。 3 3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？仪器仪表的重要性体现在哪些方面？ 4 4简述推动智能仪器发展的主要技术。简述推动智能仪器发展的主要技术。 5 5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾主要内容。学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾主要内容。 6 6智能仪器有哪几种结构形式？对其作简要描述。智能仪器有哪几种结构形式？对其作简要描述。 7 7智能仪器设计时采用智能仪器设计时采用FPGAFPGACPLDCPLD有哪些优有哪些优点？点？