智能仪器的设计与开发

来源：网络收集时间：2026-08-06

导读：智能仪器的设计与开发第6章第1节第2节第3节第4节第5节智能仪器的设计与开发智能仪器的设计与开发过程系统硬件的设计软件设计方法智能仪器系统软件的组成与设计智能仪器的调试智能仪器的设计与开发一、智能仪器的设计原则1、功能及技术指标首先

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第6章第1节第2节第3节第4节第5节

智能仪器的设计与开发智能仪器的设计与开发过程系统硬件的设计软件设计方法智能仪器系统软件的组成与设计智能仪器的调试

智能仪器的设计与开发

一、智能仪器的设计原则1、功能及技术指标首先按照要求的功能和技术指标进行整体框架设计，保证仪器在规定的工作环境里能够正常工作。 2、可靠性要求可靠性就是要求仪器在规定的条件下和规定的时间里，完成规定功能的能力，一般用年均无故障时间、故障率、失效率或平均寿命等指标来说明。设计时必须考虑到系统的各个环节，保证仪器长期可靠地工作。

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3、便于操作和维护设计时要充分考虑用户操作方便，尽量少用按键和开关，提供良好的人机界面。应该具有很好的可靠性、维护性，仪表结构规范化、模块化，通过故障诊断程序对现场故障进行定位。 4、降低成本，提高仪器的性价比。

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二、智能仪器的设计思想1、采用自顶向下(Top-Dwon)的设计方法，从整体到局部，再到细节。先考虑整体目标，明确任务，把整体分解成一个个子任务，并考虑子任务之间的关系。这样就把较大的、较复杂的、难解决的问题分成若干个小的、简单的、易解决的问题。

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2、采用自底向上的设计方法在某些场合，为了完成某个测试任务，可以利用现有的电路、模块或器件，综合成一个满足要求的系统。这种系统未必是最简单、最优化的方案，但只要能完成测试任务，仍不失为快速、高效解决问题的方法。 3、软硬件折衷微型计算机是智能仪器的核心，它控制管理着整个测试过程，又进行各种数据处理。

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智能仪器中有些功能靠硬件实现，有些功能利用软件或硬件都可以完成，软件和硬件都有各自的特点。软件可完成许多复杂的运算，修改方

便，但执行速度比硬件慢，硬件是各种元器件的物理实体，通过物理效应实现测量，硬件的成本高，组装起来不容易。

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几种趋势：―软件硬化”---降低硬件成本 “硬件软化”---如DSP芯片进行快速FFT运算 “硬件是不可改变”的观念已打破：如GAL、 FPGA、EDA系统、嵌入式系统的使用 “软件就是仪器”---LabVIEW和虚拟仪器的问世。下一页

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什么是DSP?DSP(digital singnal processor)是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字

信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令

程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子

世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。返回

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GAL?通用陈列逻辑GAL(Generic Array Logle) 是采用先进的E2COMS工艺制造的大规模专用数字集成电路,是专用集成电路ASIC的一个重要开支。GAl器件具有高速、低耗、用户可反复编程及结构灵活等特点,是一种新型的数字逻辑器件。

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GAL的优点：1.具有电可擦除的功能，克服了采用熔断丝技术只能一次编程的缺点，其可改写的次数超过100次； 2.由于采用了输出宏单元结构，用户可根据需要进行组态，一片GAL器件可以实现各种组态的PAL器件输出结构的逻辑功能，给电路设计带来极大的方便； 3.具有加密的功能，保护了知识产权； 4.在器件中开设了一个存储区域用来存放识别标志——即电子标签的功能。返回

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FPGA?FPGA (现场可编程门阵列)是专用集成电 (ASIC)中集成度最高的一种，用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑，因而也被用于对CPU的模拟。用户对FPGA的编程数据放在Flash芯片中，通过上电加载到FPGA 中，对其进行初始化。也可在线对其编程，实现系统在线重构，这一特性可以构建一个根据计算任务不同而实时定制的CPU,这是当今研究的热门领域。

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FPGA在结构上类似门阵列，但在逻辑功能的实现上类似微处理器，是一个由程序驱动的逻辑器件。这种部件内部多不是简单的逻辑门，而是可构造单

元，即可构造的逻辑模块。可构造外围I/O模块和实现内部互连资源，它们由芯片内部分布式构造存储器阵列单元中所存储的构造程序来控制和驱动。 FPGA内部的布线布局由用户在现场完、成。表现出很大的自由度和灵活性，是一种用户直接编程并反

复使用的集成电路。返回

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EDA?EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation) 的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率，减轻了设计者的劳动强度。返回

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第一节智能仪器的设计与开发过程

确定系统规模大小

软、硬件权衡分配硬件部分调试软件模块的调试

联机调试

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第2节

系统硬件的设计

智能仪器系统硬件体系结构的选择，主要是根据应用系统的

规模大小、控制功能性质及复杂程度、实时响应速度及检测控制精度等专项指标

和通用指标决定。首先根据系统规模及可靠性要求考虑，对于普通要求规模较小的应用系统，可

采用单机系统；对于高可靠性系统，即使系统规模不大，但为了可靠，也常采用双机系统。

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一、单机系统结构设计用单片机进行适当扩充和接口，可满足一般智能仪器的需要。单片机应用系统设计涉及单片机系统、信号测量功能模块、信号功能控制模块、人机对话功能模块和远程通讯功能模块。 1)单片机系统包括基本部分和扩展部分包括存储器的扩展(RAM、ROM、EEPROM等) 接口的扩展(8255、8155、8279、8251等)

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2)信号测量功能模块是测量对象与单片机相互联系的不可缺少的部分。不同的传感器输出的信号，经过放大、整形、转换(电流电压转换，模

数转换，电压/频率转换)后输入单片机，如果要进行巡回检测，还需在信号检测部分装多路选择

开关、多路放大器。若使用多个放大器，则各放大器应放在多路选择开关之前，若使用单个放大器，放大器应放在多路选择开关之后。

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3)信号控制功能块是单片机与控制对象相互联系的重要部分。信号控制功能模块由单片机输出的数字量、开关量或频率量转换(模数转换或频率电压转换)后，再由各种驱动回路来驱动相应执行器实现控制功能。 4)人机对话功能模块包括键盘、显示器(LED、 LCD或CRT)打印机及报警 …… 此处隐藏：1704字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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