智能仪器设计第1章 绪论.ppt

智能仪器设计基础智能仪器设计基础第一章第一章 绪论绪论1.1智能仪器的发展状况智能仪器的发展状况1智能仪器的定义智能仪器的定义1.1仪器仪表仪器仪表仪器仪表是用于获取信息，来认知外部世界的系统或设备。仪器仪表是用于获取信息，来认知外部世界的系统或设备。1.2智能仪器智能仪器智智能能仪仪器器是是含含有有微微计计算算机机或或微微处处理理器器的的测测量量仪仪器器。由由于于它它拥拥有有对对数数据据的的存存储储、运运算算、逻逻辑辑判判断断及及自自动动化化操操作作等等功功能能，具具有有一一定定智智能能作作用用，因因而而被称为智能仪器。被称为智能仪器。第一章第一章 绪论绪论1.1智能仪器的发展状况智能仪器的发展状况1.3相关的文件与书籍相关的文件与书籍1智能仪器设计基础智能仪器设计基础赵新民赵新民2 智能仪器智能仪器:测控微处理器的应用测控微处理器的应用 乔治乔治.C.巴尼巴尼2仪器的历史仪器的历史2.1第一代第一代-模拟仪器模拟仪器2仪器的历史仪器的历史2.2第二代第二代-数字仪器数字仪器2仪器的历史仪器的历史2.3第三代第三代-智能仪器智能仪器3智能仪器的历史智能仪器的历史3.1微处理器微处理器第一款第一款微计算机芯片是微计算机芯片是生产于生产于1971年的年的Intel4004。Intel 4004,由 Intel公司推出的四位中央处理单元 CPU。Intel 4004被广泛认为是世界上第一个商业微处理器。4004采用10微米PMOS管技术，可以每秒执行约60,000指令。3.2相关会议相关会议国际计量测试联合会19863智能仪器的历史智能仪器的历史3.3相关组织相关组织国际自动控制联合会 IFAC19883智能仪器的历史智能仪器的历史4测试测量仪器的分类测试测量仪器的分类几何参量：几何参量：长度，角度，相对位置，位移和距离测量仪器等。长度，角度，相对位置，位移和距离测量仪器等。机械参数：机械参数：力，硬度，加速度，速度，转矩和振动测量仪器等。力，硬度，加速度，速度，转矩和振动测量仪器等。过程参数：过程参数：温度、压力、湿度和流量测量仪器等。温度、压力、湿度和流量测量仪器等。光光学学参参数数：光光度度测测量量器器、分分光光光光度度计计、色色度度、激激光光参参数数的的测测量量仪仪器器及及光光学传递函数的测量仪器等。学传递函数的测量仪器等。辐射检测：辐射检测：X 射线和中子测量仪。射线和中子测量仪。时频参数：时频参数：定时器和时钟，铯钟和时频测量仪器。定时器和时钟，铯钟和时频测量仪器。电电磁磁参参数数：AC、DC电电流流、电电压压、有有功功功功率率、无无功功功功率率、视视在在功功率率 以以及及cos测量仪器等。测量仪器等。电电气气参参数数：无无线线电电参参数数，示示波波器器，信信号号发发生生器器，相相位位测测量量仪仪，频频谱谱分分析析系统等。系统等。5发展趋势发展趋势5.1微计算机芯片微计算机芯片8031内内含含一一个个8位位的的CPU，128个个字字节节的的RAM，21个个特特殊殊功功能能寄寄存存器器（SFR），4个个8位位并并行行I/O口口，1个个双双工工串串行行口口，2个个16位位的的定定时时器器/计计数数器器，但但程程序序寄寄存存器器需需用用外扩外扩EPROM芯片。芯片。5发展趋势发展趋势 5.2DSP(数字信号处理器数字信号处理器)在我国已广泛采用美国TI仪器公司生产的TMS320系列DSP。它由乘法器、32位累加器及32位算术逻辑单元等组成，时钟频率在5MHz以上，做一次16位乘法仅需200ns。5发展趋势发展趋势5.2DSP5发展趋势发展趋势5.2DSP5发展趋势发展趋势5.2DSP5发展趋势发展趋势5.3ASIC(专用集成电路专用集成电路)有有人人预预计计今今后后将将是是ASIC的的年年代代，IC市市场场将将在在很很大大程程度度上上属属于于那那些些能能够够廉廉价价而而且且迅迅速速为为用用户户提提供供定定制制ASIC的的公公司司。这这种种局局面面一一旦旦形形成成，将将使使电电子子产产品品的的结结构构更更加加紧紧凑凑，性性能能更更加加良良好，保密性更强。好，保密性更强。第一章第一章 绪论绪论1.2智能仪器的特点智能仪器的特点1智能仪器的种类智能仪器的种类人工智能人工智能趋势趋势建模系统识别建模系统识别模型识别模型识别常态的智能仪器常态的智能仪器高级智能仪器高级智能仪器兼容性兼容性模块智能仪器模块智能仪器常态智能仪器常态智能仪器第一章第一章 绪论绪论1.2智能仪器的特点智能仪器的特点2.1测量过程的软件控制测量过程的软件控制测测量量过过程程的的软软件件控控制制起起源源于于数数字字化化仪仪器器测测量量过过程程的的时时序控制。序控制。当当功功能能的的增增加加，使使其其硬硬件件的的结结构构越越来来越越复复杂杂，给给其其进进一一步步的的发发展展带带来来造造成成很很大大的的困困难难。引引入入计计算算机机后后上上述述的的困困难难得得到到很很好好的的解解决决，它它不不仅仅简简化化了了硬硬件件结结构构、缩缩小小了了体体积积及功耗，提高了可靠性、增加了灵活性。及功耗，提高了可靠性、增加了灵活性。2智能仪器的特点智能仪器的特点2.2数据处理数据处理 对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是智能仪器最对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是智能仪器最突出的特点，它主要表现在改善测量的精确度及对测量结果的突出的特点，它主要表现在改善测量的精确度及对测量结果的再加工两个方面。再加工两个方面。在提高测量精确度方面，大量的工作是对随机误差及系统在提高测量精确度方面，大量的工作是对随机误差及系统误差进行处理。误差进行处理。2.3多功能化多功能化 智能仪器的测量过程、软件控制及数据处理功能使一机智能仪器的测量过程、软件控制及数据处理功能使一机多用的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一特点。多用的多功能化易于实现，成为这类仪器的又一特点。第一章第一章 绪论绪论1.3智能仪器的基本结构智能仪器的基本结构1智能仪器的结构智能仪器的结构从从智智能能仪仪器器发发展展的的状状况况来来看看，其其结结构构可可有有两两种种基基本本类类型型，即微机内置式及微机扩展式。即微机内置式及微机扩展式。微微机机内内置置式式为为将将单单片片机机或或多多片片的的微微机机芯芯片片与与仪仪器器有有机机地地结结合合在在一一起起形形成成的的单单机机，其其特特点点主主要要是是专专用用或或多多功功能能型型；小小型型化化、便携或手持式干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本低。便携或手持式干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本低。微微机机扩扩展展式式是是以以个个人人计计算算机机(PC)为为核核心心的的应应用用扩扩展展型型测测量量仪仪器器。PCI的的特特点点为为使使用用灵灵活活、应应用用范范围围广广泛泛、数数据据处处理理功功能能强强、内内存存容容量量远远大大于于内内置置式式微微机机仪仪器器，因因而而PCI可可以以用用于于复复杂杂的的、高高性能的信息处理。性能的信息处理。2微机内置式仪器微机内置式仪器结构结构CPU微型处理器微型处理器D/AA/DRS232,USB打印机打印机键盘键盘,转换器转换器传感器传感器电参数电参数输入通道输入通道输出通道输出通道显示显示(LED,LCD,Monitor)RAM,ROM,EPROM,EEPROM3微机扩展式仪器微机扩展式仪器结构结构屏幕显示硬拷贝数据处理数据/模拟输出数据总线局部网络输出输出输入输入模拟参数接口卡第一章绪论第一章绪论1.4自动测试系统自动测试系统1CAMAC(计算机自动测试及控制计算机自动测试及控制)CAMAC系系统统最最早早由由欧欧洲洲核核电电子子学学标标准准化化委委员员会会提提出出的的,后后为为IEEE（美美国电气及电子工程师协会）及国电气及电子工程师协会）及IEC（国际电工委员会）所承认，称为国际标准。（国际电工委员会）所承认，称为国际标准。2GP-IB(通用接口总线通用接口总线)GP-IB是是为为可可程程控控的的电电子子仪仪器器之之间间提提供供的的一一种种公公共共的的接口接口总线标总线标准以准以简简化自化自动测试动测试系系统统的的组组合及操作。合及操作。数据总线数据总线数据传输控制总线数据传输控制总线接口管理总线接口管理总线2GP-IB(通用接口总线通用接口总线)GP-IB的的优优点点:(1)仪仪器器既既可可以以单单独独使使用用又又可可组组成成系系统统，仪仪器器之之间间仅仅用用专专用用导线导线互互连连，方便、灵活、，方便、灵活、费费用低。用低。(2)兼容性好，适用于各兼容性好，适用于各类类可程控可程控仪仪器器.(3)可可使使数数据据作作双双向向、异异步步、互互锁锁传传送送，广广泛泛兼兼容容不不同同厂厂家家不不同同速速度度的的仪仪器器。任任何何两两台台仪仪器器也也可可直直接接传传送送数数据据而而不不必必经经过过控制器。控制器。(4)如如今今在在PC机机上上均均可可选选配配IEEE-488接接口口插插件件板板及及相相应应的的GP-IB控控制制软软件件，使使用用方方便便。但但使使用用者者需需要要对对IEEE-488的的总总线规线规范有必要的了解并有所需的技能范有必要的了解并有所需的技能.3VXIVXI总总线线是是面面向向模模块块式式的的总总线线，而而且且可可以以适适应应16位位、32位位字字长长及及大大容容量量存存储储器器、多多级级中中断断响响应应、分分级级组组合合、多多微微机机兼兼容容、高高速速信信息息传传输输等等进进代代计计算算机机技技术术发发展展的的要要求求，而而且且插插件式机箱结构可使体积大为缩小。件式机箱结构可使体积大为缩小。VXI总线的优点总线的优点:(1)开放式开放式结结构，可以是不同厂家的模板用于同一机箱中构，可以是不同厂家的模板用于同一机箱中.1.(2)体积小，结构紧凑，功耗低，模块化，功能易于扩展体积小，结构紧凑，功耗低，模块化，功能易于扩展.2.(3)可可靠靠性性高高，有有专专门门设设计计的的电电磁磁兼兼容容标标准准并并且且能能够够承承受受恶劣的工作环境恶劣的工作环境.3.(4)按按32位位机机设设计计，信信息息吞吞吐吐量量高高，可可达达40MB/s，比比GP-IB快快40倍。倍。MXIMXIGPIBGPIBVXI or VMEPXI PXI 系统系统系统系统模块模块模块模块和和P PCICI模块的连接模块的连接模块的连接模块的连接MXI-3MXI-3独立仪器独立仪器独立仪器独立仪器4 PXI模块和其他标准模块的连接模块和其他标准模块的连接5 硬件硬件第一章第一章 绪论绪论1.5虚拟仪器虚拟仪器传统仪器传统仪器传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器侧重硬件侧重硬件侧重硬件侧重硬件侧重软件侧重软件侧重软件侧重软件改进和维护费用大改进和维护费用大改进和维护费用大改进和维护费用大 改进和维护费用小改进和维护费用小改进和维护费用小改进和维护费用小 现代化应用时期短现代化应用时期短现代化应用时期短现代化应用时期短现代化应用时期长现代化应用时期长现代化应用时期长现代化应用时期长产品价格较高产品价格较高产品价格较高产品价格较高产品价格较低产品价格较低产品价格较低产品价格较低制造商规定功能制造商规定功能制造商规定功能制造商规定功能消费者规定功能消费者规定功能消费者规定功能消费者规定功能 系统封闭系统封闭系统封闭系统封闭固定固定固定固定系统开放系统开放系统开放系统开放 灵活灵活灵活灵活不易和其他设备连接不易和其他设备连接不易和其他设备连接不易和其他设备连接 易于和其他设备连接易于和其他设备连接易于和其他设备连接易于和其他设备连接2传统仪器和虚拟仪器的对比传统仪器和虚拟仪器的对比3 VI的设计的设计3.1前面板前面板3 VI的设计的设计3.1前面板前面板3 VI的设计的设计3.2图表图表