发布时间 : 星期日 文章智能仪器课后习题答案更新完毕开始阅读3ada18174431b90d6c85c7c2
电磁屏蔽的原理：电磁屏蔽是采用良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频电磁场对金属屏蔽层的作用，在屏蔽金属内产生电涡流，由涡流产生磁场抵消或减弱干扰磁场的影响，从而达到屏蔽的目的。为了达到很好的效果，所选用的屏蔽层材料必须是良导体，当必须在屏蔽层上开孔或开槽时，必须注意孔或槽的位置和方向，应不影响或尽量减少影响电涡流的路径，以免影响屏蔽效果。
7-1 什么是可测试性？智能仪器中引入可测试性设计有什么优点？
P206 可测试性是指产品能够及时准确地确定其自身状态（如可工作、不可工作、性能下降等）和隔离其内部故障的设计特性。可测试性包括三个基本要素：可控制性、可观测性和可预见性。
P208 优点：（1）提高故障检测的覆盖率（2）缩短仪器的故障时间（3）可以对仪器进行层次化的逐级测试：芯片级、板级、系统级（4）降低仪器的维护费用 7-2 什么是固有测试性？固有测试性设计的主要内容包括哪几个方面？P209
固有测试性是指仅取决于产品硬件设计，不依赖于测试激励和响应数据的测试性。 固有测试性设计主要从硬件设计和与外部测试设备的兼容性考虑。在设计硬件时，尽量把每个功能划分为一个单元。在结构上要便于故障的隔离和单元的更换。在电器上要尽量减少各可更换单元之间的连线和信息的交叉。在元器件和部件的选择上，应优先选择具有良好可测试特性和故障模式已有充分描述的集成电路或组件。模块和组件的接口要便于测试控制和观测。被测单元和外部设备之间，应具有良好的兼容性。被测单元在结构和电气上都应和外部测试设备保持兼容，减少专用接口设备。 7-3 结合书中所学知识谈谈你对BIT技术的理解。P216
传统的测试技术主要是利用外部的测试仪器对被测设备进行测试，但随着复杂系统维修性要求的提高，迫切需要复杂系统本身具备检测、故障隔离的功能以缩短维修时间。所以BIT在测试研究当中占据了越来越重要的地位，成为维修性、测试性领域邪恶重要研究内容。BIT是指系统、设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力。BIT技术是改善系统或设备测试性与诊断能力的的重要途径，是测试和维修的重要手段，简化了设备维护，降低了总体费用，它使得传统测试中用手工完成的绝大多数测试实现了自动化。
7-4 常用的BIT技术有哪些？各有什么特点？P217
（1） 通用BIT技术：测试点的选择直接影响被测系统的测试性。包括余度BIT技术、
环绕BIT技术、并行测试技术。
（2） 数字BIT技术：包括板内ROM式BIT技术、微处理器BIT、微诊断法、RAM测试、
定时监控测试等。
（3） 模拟电路BIT技术：包括比较器方法和电压求和方法。由于模拟器件的故障模
式很多，模拟电路会有容差故障，所以模拟电路BIT技术很难发展。
7-5 常规BIT技术有哪些缺陷？如何解决这些问题？P223
常规BIT技术缺陷：功能相对简单，诊断技术单一、诊断能力差，虚报警率高。 解决方法：把神经网络、专家系统和模糊逻辑等智能理论和方法应用于BIT的故障诊断之中，将其与计算机技术、大规模集成电路技术结合，从根本上解决BIT 的虚报警问题，提高了BIT的诊断能力。
8-1 简述智能仪器设计的基本要求。P231 （1） 功能及技术指标应满足要求 （2） 可靠性要高
（3） 便于维护和操作
（4） 仪器工艺结构与造型设计要求
8-2 智能仪器设计时一般应遵循的基本原则。怎样理解“组合化与开放式设计思想”？P231-P232 基本原则：（1）从整体到局部（自顶向下）的设计原则
（2）较高的性能价格比原则 （3）组合化与开放式设计原则
开放式设计思想：在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的余地;向系统的不同配套档次开放，兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件;向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通用的基本设计和用户的专用要求。
组合化设计思想：开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬件模板和软件进行组合。组合化设计的基础是模块化(又称积木化)，硬、软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。优点：现成的功能模块，简化设计并缩短设计周期。结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应性强。维修方便快捷。功能模板可以组织批量生产，使质量稳定并降低成本。
8-3 智能仪器中微机系统有哪几种构成方式？分别试用于哪些场合？
8-4 总结目前市场流行的单片机型号、特点。
（1） MicroChip单片机：MicroChip单片机的主要产品是PIC16C系列和17C系列8
位单片机，CPU采用RISC结构。运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。适用于量大，档次低，价格敏感的产品。在办公自动化设备，消费电子产品，电讯通信，智能仪器仪表，汽车电子，金融电子，工业控制不同领域都有广泛应用。
（2） 51系列拥有基于复杂指令集（CISC）的单片机内核，虽然其速度不快，12个振
荡周期才能执行一个单周期指令，但其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性能非常强大。51的内部硬件预设，可用特殊功能寄存器对其进行编辑。
（3） AVR单片机高速RISC（精简指令集）:主频最高达20MHz；低功耗，宽电压：
1.8V-5.5V，最低全速运行功耗<300uA；IO口驱动能力强：推拉电流能力均达30mA，可以直接驱动蜂鸣器、继电器等；片内资源丰富：外部中断、定时/计数器、UART、SPI、IIC、ADC、模拟比较器型号齐全，而且40脚一下点的AVR均具有DIP的封装形式。
（4） MSP430单品级的特点
MSP430系列单片机的迅速发展和应用的范围的不断扩大，主要取决于一下的特点。强大的处理能力MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7中源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简介的27条内核指令以及大量的魔力指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有搞笑的查表处理敕令，有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期一节多功能的硬件乘法器（能实现加乘）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。MSP430系列单片机的终端源较多，并且可以任意嵌套，使用灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用终端请求将它唤醒只用6us。超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
8-5 TMS320系列DSP中，有哪些芯片适合智能仪器，概括其主要性能特点。
8-6 简述《仪器设计任务书》的主要内容、主要作用和编写注意事项。P232-P233 主要内容：（1）仪器名称、用途、特点及简要设计思想
（2）主要技术指标，包括：精度、被测参数名称及测量范围和工作环境、稳定性等。 （3）仪器应具备的功能，包括：输出功能、人机对话功能、运算功能、出错或超限报警提示功能以及诸如仪器检测状态的自动调整功能。 （4）仪器的设备规模 （5）系统的操作规范 主要作用：（1）作为用户（或委托方）和研制单位之间的合约附件或研制单位仪器设计的立项基础。
（2）反映仪器的结构、规定仪器的功能指标，是研制人员的设计目标。 （3）作为研制完毕进行项目验收的依据。 编写注意事项：
（1） 设计任务书应由项目主持人编写，力求简明，切勿陷入具体细节设计，但是要
从总体上考虑实现总目标所必须经历的研究途径和实施方法。
（2） 填写《仪器功能说明书》中有关技术指标的具体数据是要非常慎重。应结合实
际通盘考虑，切忌苛求高指标，避免技术指标在有限的人力和财力条件下难以实现。
8-7 智能仪器设计时如何考虑硬件和软件之间的关系。P233
智能仪器设计时两者紧密协调、不可分离。系统完成的某些功能（例如逻辑运算、定时或延时功能以及串行接口等），从原则上既可以以硬件为主实现，又可以以软件为主实现。一般的，利用硬件的方法，必须配置相应的外围芯片，它基本上不占用CPU的运行时间，但硬件多了，不仅增加成本，且系统的故障的机会也相应增多。利用软件方法，可以使硬件配置最省，其实质是以时间取代空间。软件执行过程需要时间，系统实时性会下降。但在实时性要求不高的系统，“以软代硬”是很合算的。例如：触电去抖动的软件延时法和软件低通滤波方法通常指的采用。
总之，硬件和软件的划分，要根据系统的规模、功能、指标和成本等因素综合考虑。一般原则是：如果仪器的生产批量很大，则应尽量压缩硬件投入，用以软代硬的方法降低成本，且能提高系统的可靠性。然而，硬件和软件的划分一般不可能一步到位，在具体的设计过程中，为取得较为满意的结果，软件和硬件的划分往往需要多次协调、折中和仔细权衡。
8-8 简述微处理器内嵌式智能仪器硬件设计时应注意哪几方面的问题。P233-P234 （1） 要求硬件设计人员对所需硬件芯片的性能有充分的了解并尽可能采用功能强的
芯片以简化硬件电路
（2） 在设计时要考虑到可能会有修改和扩展，因此，设计时硬件资源须留有足够的
余地
（3） 为使智能仪器具有自诊断功能，需附加设计有关的监测报警电路 （4） 考虑硬件干扰措施和是否需设置RAM 的掉电保护
（5） 绘制线路板时，尚需注意与机箱、面板的配哈，接插件安排等问题，必须考虑
到安装、调试和维修的方便
8-9 简述智能仪器软件调试、综合调试、整机性能测试的一般方法。
软件调试：从不需要调用其他子程序的最初子程序入手，然后逐级向上一级模块程序（测试软件）扩展，最后才是监控程序。
综合调试：在完成了样机的硬件组装和软件设计后，就可着手系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错误，并解决硬件和软件之间的协调问题。
整机性能测试：需按照设计任务书规定的设计要求拟定一个测试方案，对各项功能和指标进行逐项测试，如果某项指标不符合要求，还得查明原因，作相应调整，直至完全达到设计要求为止。
8-10 画出相关处理的快速算法流程。概述相关检测的主要应用。P247图8-17
相关检测的主要应用：相关检测是利用相关原理对某些物理量进行检测。两个信号的互相关函数是个有用的统计量，他可以用来了解两个信号的相似程度，或者两个信号之间的时间关系。对两个信号进行时差调整，就可以求得相关函数的最大值，从而了解他们之间的相似程度。如果已知这两个信号时相似的，则这个时差就等于他们之间的时间延迟。
8-11 自选仪器设计题目，提出设计方案。
9-1 与传统仪器相比，虚拟仪器有哪些特点？P253 （1） 软件是VI的核心
（2） VI具有良好的人机界面 （3） VI性价比高
（4） VI具有和其他设备互联的能力
9-2 在仪器开发中为什么要用虚拟仪器软件开发平台？请举例说明优越性。P257
VI应用软件具有被其他可复用源码模块继承性调用能力，从而减低测试成本。而且，由于VI是基于模块化软件标准的开放式系统，用户可以选择合适于自己应用要求的任何测试软件。例如，用户完全可以定义最合适与自己生产线上涌的低成本测试系统，或为研究与开发项目设计高性能的测试系统，而这些系统的软件或硬件平台可能是相同或兼容的。简而言之，采用基于VI的统一测试策略将有助于你面对当今的测试挑战而在积累的竞争中处于优势地位。
9-3 比较基于PCI总线（内插DAQ卡）的数据采集系统和基于USB总线的数据采集系统的优缺点。P251
PCI利用PC软硬件资源，是仪器设计灵活快捷，计算机的软硬件的到了充分的利用，但是，他需要打开机箱，携带也不方便，USB总线的出现，克服了PC插卡式仪器不能热插拔以及外接式专用PC仪器的吞吐率受总线速度限制等缺点，这种仪器能够实现即插即用，方便灵活。
9-4 两种虚拟仪器专用总线VXI和PXI有何异同？
与VXI相比，PXI具有更高的性价比，其坚固紧凑的形状特保证在恶劣的工业环境中应用时的可靠性，还通过增加更多的仪器模块扩展槽以及高级触发、定时、和高速通信性能，更好的满足用户的需要。
9-5 labview软件开发平台有哪些主要特点？简述采用labview进行虚拟仪器软件开发的方法和步骤。
主要特点：（1）图形化的编程界面，采用“所见即可得”的可视化编程技术 （2）内置程序编辑器，采用编译方式运行32位应用程序，速度快 （3）具有灵活的调试手段，可设置断点，单步运行程序 （4）集成了大量的函数库 （5）支持多中系统工作平台
（6）开放式开发平台，提供DDL，OLE等支持 （7）支持网络功能
方法和步骤：系统需求分析-结构设计阶段-细节设计阶段-编写代码阶段-程序测试阶段-软件维护阶段
9-6 随着网络技术、计算机技术、微电子技术和为传感器技术等现代信息技术的发展，请展望测控仪器的未来。