智能仪器考试重点

-1.分辨率和转换精度这两个技术指标有什么区别和联系。

答;分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标，转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。

2-2.逐次比较式、并联比较式和积分式A/D转换器各有什么特点？

答：逐次比较式A/D转换器转换时间与转换精度比较适中，适用与一般场合。

积分式A/D转换器的核心部件是积分器，速度较慢，但抗干扰性能力强，适用于在数字电压表类仪器中采用。

并行比较式A/D转换器，转换速率可以达到很高，但抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位。适用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器。

1、A/D转换的技术指标

①分辨率与量化误差：分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术指标.量化误差是由于A/D转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样二引起的误差，其大小在理论上为一个单位。②转化精度：反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值。用绝对误差或相对误差来表示。③转换速率：指A/D转换器在每秒钟内所能完成的转换次数。也可表示为转换时间，即转换从启动到结束所需时间。④满刻度范围：又称满量程输入电压范围，指A/D转换器所允许最大的输入电压范围。

2、逐次比较式A/D，积分式A/D的原理及各自优缺点

逐次比较式：当启动信号作用后，时钟信号先通过逻辑控制电路是N位寄存器的最高位D(N-1)位1，以下各位为0，这个二进制代码经A/D转换器转换成电压U0，送到比较器与输入的模拟电压Ux比较。若Ux.>Uo，则保留这一位，；若Ux

积分式：先用积分器把输入模拟电压转换成中间量，再把中间量转换成数字。

优缺点：逐次比较式A/D转换器的转换时间与转换精度比较适中，转换时间一般在us级，转换精度一般在0.1%左右，适用于一般场合。积分式A/D转换器的核心部件是积分器，因此速度较慢，其转换时间一般在ms级或更长。但抗干扰性能强，转换精度可达0.01%，适用于在数字电压表类仪器中。

1、D/A转换的原理、

由电阻网络，开关及基准电源等部分组成。为便于接口，有些还含有锁存器。目前采用最多的是R-2R梯形网络D/A转换器，D/A转换器电阻网络中电阻规格仅为R和2R两种。UR为基准电压，它可由内电子开关在二进制代码的控制下分别控制4个支路，并使电流个自己进入A3A2A1A04个节点。这种网络的特点是：任何一个结点的三个分支的等效电阻都是2R，因此由任意分支流入结点的电流都为IUR,并且I将在结点处被平分为相等的两3R个部分，由另外两个分支输出。经计算后当UR为正时，D/A转换器输出U0为负，反之为正。

2、D/A转换器主要技术指标

分辨率:输入数字发生单位数码变化时所对应的模拟量输出的变化量。转换精度:在整个工作区间实际的输出电压与理想电压之间的偏差，可用绝对值或相对值来表示。转换时间:又称稳定时间，是输入的二进制代码，从最小值突跳到最大值时，其模拟量电压达到其稳定值之差小于12LSB所需的时间。尖峰误差：输入代码发生变化时而使输出模拟量产生的剑锋所造成的误差

2-3 图2-10所示的双积分A/D转换器最大显示数为19999（BCD码），满刻度值为2V，时钟频率f0=100kHz(f0=1/T0),试求：

（1）该双积分A/D转换器的基准电压+UR、-UR应该为多少？

（2）该双积分A/D转换器的分辨率是多少？转换速率大约为多少？

（3）积分时间T1为多少毫秒？时钟频率是否可选择80kHz？为什么？

（4）当输入电压Ui=0.25V时，积分时间T2为多少毫秒？显示数的数码指示为多少？

解：（1）基准电压 U

R

2V U

R 2V

（2）分辨率：2V 量程显示最大值 1.9999V,其可显示最小值是 0.0001V ，即分辨率

0.0001V。

转换时间：T 2T1 2N1/fCLK

2

400 ms

转换次数为每秒2.5次

（3）T1=N1/fCLK=20000/100=200ms,而当选择时钟频率为80kHz是T1=N/fCLK=20000/80=250ms，采样时间T1不是T 的整数倍，顾不可选择80kHz为时钟频率

（4）T2

2500 *T0

25 ms，显示值 N

2 T2 *fCLK

25 100 2500

3-1. 独立式键盘、矩阵式键盘和交互式键盘各有特点？分别适合于什么场合？

答：独立式键盘：一键一线，即每一按键单独占用一根检测线与主机相连。优点是键盘结构简单，各测试线相互独立，按键识别容易。缺点是占用较多的检测经，不便于组成大型键盘。

矩阵式键盘：把检测线分别分成两组，一组为行线，另一组为列线，按键放大行线和列线的交叉点上。当需要的按键数大于 8 时,一般采用矩阵式键盘。

交互式键盘：任意两检测线之间均可以放置一个按键。其所占用的检测线比矩阵式还要少，但是这种键盘所使用的检测线必须具有位控功能的双向 I/O 端口线。

2键盘抖动的原因及消除方法

原因：当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象，即当按下按键时不会迅速可靠的接通，当按键释放时不会立即断开，这当中就产生了5ms到10ms之间的抖动。消除方法：硬件方法：利用RS触发器来吸收按键的抖动。软件方法：当判断有按键按下时，用软件延时10ms到20ms，等待按键稳定后在重新判断一次，以躲过触点抖动期。

1、无锁键、自锁键、互锁键的定义

无锁键：常态为开路的按键开关，按键被按下时触点接通，松开时又恢复断开。自锁键：第一次按下时触点接通，第二次按下时触点断开，电路开路。互锁键：当这一组开关之一被选择时，与该键有互锁关系的其他键都将断开。

2、行扫描法、线路反转法原理，及程序流程

行扫描法：首先判断是否有键按下，即先进行全扫描，将所有行线置成0电平，然后读入全部列值，如果读入的列值全是1，则说明没有键 按下；如果读入的列值不全是1，则说明有键按下。第二步确定哪一个键按下：一旦发现有健按下，转入逐行扫描的办法来确定是哪一个键按下。先扫描第一行，即使它接0电平，然后读入列值。哪一列出现0值，则说明与那一列跨接的键被按下了。如果读入的列值全是1，说明该行没有键 按下，接扫描第二行。以此类推，逐行扫描，直至发现非全1的列值，就能找出被按下的键。

线路反转法：第一步：先从P1的高四位输出“0”电平，从P1的第四位读取键盘状态，若某按键被按下，此时从P1的第四位输出的代码中对于该键的列位为0，其余为1。第二步：线路反转，从P1的低四位开始输出“0”电平，从高四位读取键盘状态，同样此时“0”所对应的为键盘的行所在位置，再将两次读入数据组成一个行列代码，即为按键准确位置。

3、键盘分析程序实现原理：直接分析法 状态分析法

直接分析法：根据当前按键的键值，把控制直接分支到相应处理程序的入口，而无须知道在此之前的按键情况。状态分析法：将键盘分析程序作为时序系统，在一定的条件下系统可以处于某种状态，当条件改变后，它的状态可以发生变迁，即从一个状态变到另一个状态。。

3-6 试比较七段LED显示器静态与动态多位数字显示系统的特点。

答：静态显示：每位显示都应有各自的锁存器、译码器（若采用软件译码，译码器可省去）与驱动器锁存器，用以锁存各自待显示数字的BCD码或段码。每一次显示输出后保持显示不变，仅在待显示数字需要改变时，才更新其数字显示器中锁 存的内容。其优点是占用机时少，显示稳定可靠。缺点是当显示的位数较多时，占用的 I/O 口较多。

动态显示：微处理器或控制器应定时地对各个显示器进行扫描，显示器件分时轮流工作，每次只以使用一个器件显示，但由于人的视觉暂留现象，仍感觉所有的器件都在同时显示。优点是使用硬件少，占用 I/O

口少。缺点是占用机时长，只要不执行显示程序，就立刻停止显示。

5-4. 为什么要进行量程转换？智能仪器怎样实现量程转换？

答：自动量程转换可以使仪器在很短的时间内自动选定在最合理的量程下，从而使仪器获得高精度的测量，并简化了操作。自动量程转换由最大量程开始，逐级比较，直至选出最合适的量程为止。量程的设定由 CPU 通过特定的输出端口送了量程控制代码实现，这些代码就是控制量程转换开关的控制信号，送出不同的控制代码就可以决定开关的不同组态，使电压表处于某一量程上。

5-5. 以电压表为例，简述其自动零点调整功能的原理。

答：自动零点调整的原理，首先微处理器通过粗陋控制继电器吸合使仪器输入端接地，启动一次测量并将测量值存入RAM的某一确定单元中，接着微处理器通过输出口又控制继电器释放，使仪器输入端接被测信号，最后微处理器再做一次减法运算，并将此差值作为本次测量结果加以显示。

5-7什么是仪器的系统误差？智能仪器如何克服仪器的系统误差？

答： 系统误差是指在相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定或在条件改变时按某种确定的规律而变化的误差。修正方法：1.利用误差模型修正系统误差；2.利用校正数据表修正系统误差；3.通过曲线拟合来修正系统误差。

5-8.简述智能仪器利用误差模型修正系统误差的方法和利用曲线拟合修正系统误差的方法。

答：利用误差模型：首先通过分析来建立系统的误差模型，再由误差模型求出误差修正公式。误差修正公式一般含有若干误差因子，修正时，先通过校正技术把这些误差因子求出来，然后利用修正公式来修正测量结果，从而削弱了系统误差的影响。采用曲线拟合对测量结果进行修正的方法是，首先定出f(x)的具体形式，然后再通过对实测值进行选定函数的数值计算，求出精确的测量结果。

5-9. 与硬件滤波器相比，数字滤波器具有哪些优点？

答：数字滤波具有硬件滤波器的功效，却不需要硬件开销，从而降低了成本，由于软件的灵活性，还能产生硬件滤波器达不到的功效。不足之处就是需要占用机时。

5-10. 常用数字滤波方法有哪些？说明各种滤波算法的特点和使用场合。

答：所谓数字滤波，即通过一定的计算程序，对采集的的数据惊醒某种处理，从而消除或减弱干扰和噪声的影响，提高测量的可靠性和精度.常用的数字滤波方法有：中值滤波、平均滤波程序、低通数字滤波。中值滤波对去掉脉冲性质的干扰比较有效，并且采样次数N越大，滤波效果愈强，对于变化较为剧烈的参数，不宜采用；平均滤波对滤除混杂在被测信号上的随机干扰非常有效；低通数字滤波对滤除变化非常缓慢的被测信号中的干扰是很有效的。

5-11 平均滤波算法、中值滤波算法和去极值平均滤波算法的基本思想是什么？

答：平均值滤算法：对被测参数连续采样 N 次，取其平均值。

中值滤波算法：对被测参数连续采样 N（N 一般是奇数），然后将这些采样值进行排序并选中间值。

去极值平均滤波算法：对被测测数连续采样

N 次，去掉一个最大值，去掉一个最小值，再求余下 N-2 个采样值的平均值。

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6-2有一台DVM最大显示数为19 999，最小量程主为0.2V，其分辨率为多少？该表能否分辨出1.5V被测电压中10uV的变化，为什么？

答：最小量程 0.2V，最大测量值 0.19 999V。该量程最小变化为 0.00 001V 10V , 即分辨率10V 。 测 量 1. 5V, 应 选 量 程 2.0V 。 测

量 最 大 值 是 1. 9 999V 。 该 量 程 最 小

变 化 为0 .0 0 0 1 V1 0 0V ，即分辨率是100V 。因此该表不能分辨出 1.5V 被测电压中10V 的变化。

6-3 一台DVM的误差表达式0.00003Ux0.00002Um

（1）现用1.000000V基本量程一电压，得Ux0.799876V，求此时测量误差为多少？相对误差为多少？

（2）如果测得电压Ux0.054876V，为了减少测量的相对误差，应该采用什么方法？

解：(1)方法：=/U x 则

=0.00003Ux+0.00002Um

=0.000030.799876 +0.000021.000000

 0.00004V

=/U

x100 %=(0.000044/0.799876)100 %0.0055 %

（2）因为绝对误差的两个组成部分只有量程产生的误差可以改变，在不超量程的前提下，量程越小，由量程产生的误差越小。因此为了减小相对误差可采用的方法是减小量程。

6-4 图6-44为某三斜积分式A/D转换器积分输出电压的时间波形，设基准电压UR10V，试求积分器的输入电压大小和极性。

100U解;

0Udt150Udt2501001502dt

100U X 50U R 100U R / 2

U X 0.5U R+U R / 2

U X 5.078V

输出电压大小，5.078V。参考电压极性为正，则输入电压极性为负.

（1）硬件故障自检内容及算法

利用事先编好的检测程序对仪器的主要部件进行自动检测，并对故障进行定位。自检过程：ROM,RAM.,总线，显示器，键盘以及测量电路等部件的检测。仪器能够进行自检的项目越多，使用和维修就越方便，但相应的硬件和软件也越复杂。

自检方式：①开机自检：在仪器电源接通或复位之后进行。若没发现问题，则自动进入测量程序，在以后的测量中不再进行自检；若发现问题，则及时报警，以免仪器带病工作。开机自检是对仪器正式投入运行之前所进行的全面检查。②周期性自检。指在仪器运行过程中，间断插入的自检操作，这种自检方式可以保证仪器在使用过程中一直处于正常过程中，周期性自检不影响仪器的正常工作，只有当出现故障给予报警时，用户才会觉察。③键控自检。有些仪器在面板上设有“自检”按键，当用户对仪器的可信度发出 怀疑时，便通过该键来启动一次自检过程。

（2）自动测量、自动校准 的内容及具体实现方法

自动零点调整：仪器零点飘移的大小以及零点是否稳定是造成零点误差的主要来源之一，消除这种影响最直接的方法是选择优质输入放大器和A/D转换器。自动校准：传统仪器的校准一般采用两种方式：一种方式是通过与更高精度的同类仪器进行比较测量来实现另一种方式是采用输出值可步进调节的标准信号源。

（3）测量误差消除的方法

随机误差：最常用的方法是多次测量取算数平均值的方法。系统误差：利用误差模型修正系统误差、利用校正数据表修正系统误差、通过曲线拟合修正系统误差。粗大误差：剔除明显错误的结果、测量结果中的粗大误差用莱特准则来判断。

1、DVM原理、主要技术指标、主要功能

原理：智能DVM是指以微处理器为核心的数字电压表。其中专用微型计算机部分包括微处理器芯片，存放仪器监控程序的存储器ROM和存放测量及运算数据的存储器RAM等。智能DVM的测量过程大致分为三个主要阶段：首先在微处理器的控制下，被测电压通过输入电路，A/D转换器的处理转变为

相应的数字量，存入到数据存储器中；接着微处理器对采集的测量数据进行必要的处理，最后，显示处理结束，上述整个工作过程都是由存放在ROM中监控程序的控制下进行。技术指标：量程、位数、测量准确度、分辨率、输入阻抗、输出电流、测量速率。主要功能：不仅具有测量功能，还具有很强的数据处理能力。

2、三斜积分式A/D原理

三斜积分式A／D转换器由基准电压-VREF、 、积分器、比较器和由单片机构成的计数控制电路组成。

斜积分式A／D转换器的转换波形是将双积分式A/D的反向积分阶段T2分为图4所示的T21、T22两部分。在T21期间，积分器对基准电压-VREF进行积分，放电速度较快；在T22期间积分器改为对较小的基准电压 进行积分,放电速度较慢。在计数时,把计数器也分为两段进行计数。

8.1频率测量原理：频率为fx的被测信号由A端输入，经A通道放大整形后输往主门。同时，晶体振荡器的输出信号经分频器逐级分频之后，可获得各种时间标准，通过闸门时间选择开关将所选时标信号加到门控双稳，再经门控双稳形成控制主门启闭的作用时间T。则在所选闸门时间T内主门开启，被测信号通过主门进入计数器计数。若计数器计数值为N，则被测信号的频率fx为fx=N/T

8.2周期测量原理：周期为Tx的被测信号由B端输入，经B通道处理后再经门控双稳输出作为主门启闭的控制信号，使主门仅在被测周期Tx时间内开启。同时，晶体振荡器输出的信号经倍频和分频得到了一系列的时标信号，通过时标选择开关，所选时标即经A通道送往主门，在主门的开启时间内，时标进入计数器计数。若所选时标T。，计数器计数值为N，则被测信号的周期为Tx=NT。

8.3时间间隔TA-B的基本测量原理：其中信号fA产生的脉冲与被测时间间隔的起点相对应，称为启动信号，它使门控双稳置位而开启闸门；信号FB产生的脉冲刷与被测时间间隔的终点相对应，称为停止信号，它使门控双稳复位而关闭闸门。于是，控制闸门开启的信号宽度就等于被测时间间隔TA-B。在这段时间内时标脉冲将进入计数器计数，因此这段被测时间间隔为TA-B=NT。

自动零点调整功能的原理：首先微处理器通过输出口控制继电器吸合使仪器输入端接地，启动一次测量并将其测量值存入RAM的某确定单元中。此值便是仪器衰减器、放大器、A/D转换器等模拟部件所产生的零件漂移值UOS。接着微处理器通过输出口控制继电器释放，使仪器输入端接被测信号，此时的测量值UOX应是实际的测量值与UOS之和。最后微处理器做一次减法运算，使UX=UOX-UOS,并将此差值作为本次测量结果加以显示。

ROM检测采用校验和方法。即在将程序机器码写入ROM的时候，保留一个单元，此单元不写程序机器码而是写校验字，校验字应能满足ROM中所有单元的每一列都具有奇数1.自检程序的内容是，对每一列数进行异或运算，如果ROM无故障，各列运算结果都为1，即校验和等于FFH.

RAM检测检验其读写功能的有效来体现，通常采用特征子55H和AAH，分别对RAM每一单元进行先写后读的操作。判断读写内容是否相符的方法是异或法，即把RAM单元内容求反并与原码进行异或运算，如果结果为FFH，则表明该RAM单元读写功能正常，否则说明该单元有故障。

54总线自检：是指经过缓冲器的总线进行检测。由于总线没有记忆能力，因此需要设置两组锁存触发器，分别记忆地址总线和数据总线上的信息。这样，只要执行一条对存储器或I/O设备的写操作指

令，地址线和数据线上的信息便能分别锁存到这两组8D触发器中，我们通过对这两组锁存触发器进行读操作，便可判知总线是否存在故障。

键盘检查的方法是，CPU每取得一个按键闭合的信号，就反馈一个信息。如果按下某单个案件后无反馈信息，往往是该键接触不良，如果按某一排键均无反馈信号，则一定与其对应的电路或扫描信号有关。

显示器的检测一般有两种方式，第一种是让各显示器全部发亮，即显示出888……，若显示器各发光段均能正常发光时，操作人员只要按任意键，显示器应全部熄灭片刻，然后脱离自检方式进入其他操作。第二种方式是让显示器显示某些特征字，几秒钟后自动进入其他操作。

多周期同步测量技术：为了提高测量精度，通常将电子技术器的功能转为测周期，然后再利用频率与周期互为倒数的关系换算其频率值，这样便可得到较高的精确度。但在测量周期时，当被测周期很小时，也会产生同样的问题并且存在同样的解决办法。即在被测信号的周期很小时，宜先测频率，再换算出周期。

多周期同步测量原理：预置闸门时间产生电路用于产生预置的闸门时间Tp,Tp经同步电路便可产生与被测信号（fx）同步的实际的闸门时间T。主门I与主门II在时间T内被同时打开，于是计数器I和计数器II便分别对被测信号(fx)和时钟信号（fo）的周期数进行累计。在T内，计数器I的累计数值NA=fx*T;计数器II的累计数值NB=fo*T。再由运算部件计算得出fx=NA/NB*fo，即为被测频率。