1、 主讲人主讲人 张重雄 教授南京理工大学电光学院南京理工大学电光学院南京理工大学在职研究生河南教育中心南京理工大学在职研究生河南教育中心2008年年12月月第第1 1章章 概述概述第第2 2章章 内嵌微处理器的智能仪器内嵌微处理器的智能仪器第第3 3章章 虚拟仪器虚拟仪器教学参考书张重雄张重雄.虚拟仪器技术分析与设计虚拟仪器技术分析与设计 电子工业出版社电子工业出版社概 述第第1 1章章 智能仪器概述智能仪器概述 教学重点教学重点 智能仪器的组成结构智能仪器的组成结构 智能仪器的主要特点智能仪器的主要特点 智能仪器的发展趋势智能仪器的发展趋势1.1 仪器仪表概述1.仪器仪表定义、作用、行业分类
2、仪器仪表定义、作用、行业分类 仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是一个系统或装置；一个系统或装置；最基本的作用最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。触觉等器官的功能。仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个
3、角落。经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。2.仪器仪表的重要性1 1）仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节、）仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节、仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一；仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一；2 2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的组成部分；组成部分；3 3）仪器是信息的源头技术。）仪器是信息
4、的源头技术。王大珩院士：王大珩院士：“能不能创造高水能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个平的科学仪器和设备体现了一个民族、一个国家的创新能力。发民族、一个国家的创新能力。发展科学仪器设备应当视为国家战展科学仪器设备应当视为国家战略略”科学仪器是科学仪器是信息的源头信息的源头科学仪器产业科学仪器产业是信息产业是信息产业1.2 智能仪器的基本概念智能仪器的基本概念 智能仪器智能仪器是计算机技术与测量仪器相结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合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量的测量(或检测或检测)仪器，它拥有对数据的存仪器，它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自
5、动化操作等功储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用。能，具有一定智能的作用。1.智能仪器分类智能仪器分类智能仪器四个层次智能仪器四个层次 高级高级智能智能人工智能人工智能趋趋势势模型化模型化系统辨识、模式识别系统辨识、模式识别初级智能初级智能计算机、信号处理计算机、信号处理聪敏聪敏电子、传感、测量电子、传感、测量兼兼容容聪敏仪器类聪敏仪器类 初级智能仪器类初级智能仪器类 模型化智能仪器类模型化智能仪器类 高级智能仪器类高级智能仪器类 2.智能仪器的基本结构 其结构可有两种基本类型其结构可有两种基本类型:微机内嵌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
6、。以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。个人计算机仪器或或称微机卡式仪器。单片机或DSPRAM、EPROMI/O接口D/AA/DRS232USB打印机打印机键盘、开关、显键盘、开关、显示器示器传感器传感器电电量量非非电电量量内嵌微处理器智能仪器的基本结构内嵌微处理器智能仪器的基本结构输入通道输入通道输出通道输出通道外部通信外部通信A/D转换器转换器D/A转换器转换器输入输入电路电路模拟模拟执行器执行器I/O接口接口被测量被测量微处理器微处理器MPU程序存储器程序存储器(ROM)数据存储器数据存储器(RAM)标准仪用标准仪用通讯接口通讯接口键盘显示接口键盘显示接口键盘键盘显示显示外部仪
7、用外部仪用标准总线标准总线 智能仪器智能仪器 卡式卡式仪器的演变仪器的演变计算机部分计算机部分测试部分测试部分 卡式仪器将智能仪器卡式仪器将智能仪器中的测量部分配以相应的中的测量部分配以相应的接口，制成各种功能的仪接口，制成各种功能的仪器卡，插入到器卡，插入到PC机的扩展机的扩展槽中，而原智能仪器中的槽中，而原智能仪器中的微机系统、键盘、显示器、微机系统、键盘、显示器、存贮器、电源等均借助于存贮器、电源等均借助于PC机的资源而构成的。机的资源而构成的。卡式仪器的硬件结构卡式仪器的硬件结构计算机计算机仪器卡仪器卡缺少仪器面板缺少仪器面板 建立软面板建立软面板 个人仪器结构图个人仪器结构图个人计算
8、机个人计算机总线扩展槽总线扩展槽软件软件仪器插件仪器插件通用接口通用接口仪器仪器插件插件仪器插件仪器插件电电源源PC总线总线GPIB总线扩展底板或外部插件箱扩展底板或外部插件箱12n 个人仪器结构图 普通台式普通台式PCI工控机工控机PCI笔记本笔记本PCI 虚拟仪器：虚拟仪器：虚拟仪器是指，在以通用计算机虚拟仪器是指，在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。来实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的特点：虚拟仪器的特点：软件是虚拟仪器的核心
9、；软件是虚拟仪器的核心；虚拟仪器的性价比高；虚拟仪器的性价比高；具有良好的人机界面；具有良好的人机界面；具有与其它设备互联的能力。具有与其它设备互联的能力。虚拟示波器虚拟示波器3.智能仪器的主要特点智能仪器的主要特点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 ：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改善测量的精确度善测量的精确度 数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功率谱等信号分析位谱、功率
10、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 ：一机多用一机多用1.3 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1 1）传感器技术；）传感器技术；2 2）A/DA/D等新器件的发展将显著增强仪器的等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围；功能与测量范围；3 3）单片机与）单片机与DSPDSP的广泛应用；的广泛应用；4 4）嵌入式系统与片上系统）嵌入式系统与片上系统SOCSOC的应用；的应用；5 5）ASICASIC、FPGAFPGACPLDCPLD技术；技术；6 6）LabVlEWLabVlEW等图形化软件技术；等图形化软件技术；7 7）网络与通信技术。）网络与通信技术。（1）微型化）微型化（2 2）多功能化）多功能化1.4 智能仪器发展趋势智能仪器发展趋势（3 3）人工智能化）人工智能化（4 4）网络化）网络化南京理工大学电光学院南京理工大学电光学院本章结束本章结束
