測控技術(shù)與儀器專業(yè)必修課*智能儀器設(shè)計11了解原理教學目標掌握智能儀器設(shè)計的基本原理掌握技術(shù)了解智能儀器設(shè)計的發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)提高實踐搭建實驗及課設(shè)平臺，采用科學實驗方法獲取實驗數(shù)據(jù)并分析增強創(chuàng)新增強解決工程問題及實踐能力，提高創(chuàng)新能力教學目標*2本門課程的特點：1、是測控技術(shù)與儀器學科的專業(yè)課2、課程具有很強實踐性（課程設(shè)計）3、課程涉及的知識面廣（國外最新進展）4、是一門工程性（實際工程項目）、應(yīng)用性（電子競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽）都非常強的課程課程特點3思考？你自己學習這門課程的目的？（1）拿到學分，考試順利通過（2）學習專業(yè)知識，為畢設(shè)打基礎(chǔ)（3）提高動手能力，為將來工作準備（4）參加電子競賽，提高專業(yè)技能教學目的4（1）學分公共基礎(chǔ)課，專業(yè)基礎(chǔ)課，專業(yè)學位課（2）畢設(shè)畢設(shè)題目、課程設(shè)計、電子競賽，如何著手（3）技能整機角度，掌握儀器設(shè)計方法，工程項目（4）動手能力知識運用（實驗、課程設(shè)計），提高動手能力，獨當一面本門課程的教學目的：教學目的5側(cè)重對學生動手能力的培養(yǎng)側(cè)重對學生硬件方面的培養(yǎng)對學生進行軟件、硬件相結(jié)合的能力的培養(yǎng)重視給學生建立系統(tǒng)和整體概念重視學生獨立工作能力的培養(yǎng)本門課程的具體教學目標：教學目標*187智能儀器概念及基本組成結(jié)構(gòu)●內(nèi)嵌式

●擴展式（1）微處理器（2）模擬量輸入/輸出通道（3）數(shù)據(jù)/程序存儲器（4）人機接口（5）通信接口課程核心知識體系主要知識點匯總1、智能儀器的概念2、智能儀器的分類、基本結(jié)構(gòu)與特點

4個層次、2種結(jié)構(gòu)、5個特點一、緒論89主要知識點匯總1、智能儀器的微處理器主要有哪些系列2、串行外設(shè)接口（SPI）基本原理3、單片機待機和掉電方式的異同4、在應(yīng)用編程IAP5、機器周期、指令周期、時鐘周期的異同二、處理器技術(shù)10主要知識點匯總1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)？(有哪幾種，特點？)2、放大器（1）為什么要“前置”，即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？（2）放大器倍數(shù)的選擇；（3）通用運算放大器的主要參數(shù)三、數(shù)據(jù)采集技術(shù)11主要知識點匯總3、模擬多路開關(guān)（模擬多路轉(zhuǎn)換器）（1）導通時內(nèi)阻的影響？（2）關(guān)斷時漏電流的影響？4、采樣保持電路（1）工作原理（2）主要參數(shù)（孔徑時間、捕捉時間、保持電壓下降率）（3）采樣/保持器設(shè)置原則12主要知識點匯總5、A/D轉(zhuǎn)換器（1）ADC的位數(shù)選擇（2）ADC的速率選擇（3）ADC的量化誤差及其特性曲線（4）ADC的啟動方式（5）Σ-△型A/D轉(zhuǎn)換器（過采樣、量化噪聲整形、數(shù)字抽取濾波）13主要知識點匯總6、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差分析（重點）（1）采樣誤差（2）模擬電路誤差（傳感器誤差、放大器誤差、多路模擬開關(guān)誤差、采樣保持器誤差）（3）A/D轉(zhuǎn)換器誤差（線性誤差、量化誤差、溫度漂移誤差）（4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差分配示例※14主要知識點匯總1、模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)2、常用驅(qū)動電路3、利用模擬量輸出實現(xiàn)任意波形發(fā)生器4、DDS原理四、模擬量與控制信號輸出技術(shù)15主要知識點匯總鍵盤、LED、LCD顯示器、觸摸屏等內(nèi)容，不是課程重點。五、人機接口技術(shù)16主要知識點匯總1、模擬信道和數(shù)字信道帶寬2、信道容量、比特率與波特率3、誤碼率與編碼效率4、差錯控制技術(shù)（1）處理差錯的基本策略（2）常用檢錯碼概念、計算

（奇偶校驗、CRC校驗）六、通信接口技術(shù)17主要知識點匯總5、模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制6、時分多路復(fù)用和頻分多路復(fù)用7、數(shù)據(jù)傳輸方式（1）不同傳輸方式（總線）的特點（2）RS232、485、422的特點、性能比較8、無線通訊方式（ZigBee、Wi-Fi、藍牙、NFC、紅外、UHF、GPRS性能比較）18主要知識點匯總1、儀器自檢方式、自檢內(nèi)容2、ROM、RAM、總線等自檢方法3、量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)的一般要求（測量速度、確定性、安全性）4、看懂量程自動轉(zhuǎn)換電路舉例（重點）（重點是：流程圖）七、自檢與量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)※19主要知識點匯總1、串模干擾和共模干擾的概念、特點及抑制措施2、干擾的耦合途徑3、硬件抗干擾技術(shù)（1）常用硬件抗干擾技術(shù)種類、特點、實現(xiàn)方法（2）“地”的種類、接地方法4、軟件抗干擾技術(shù)（1）軟件抗干擾都有那些實現(xiàn)方法（2）軟件陷阱的定義、實現(xiàn)方法等八、抗干擾技術(shù)20主要知識點匯總1、鏈表的插入、刪除和查找原理2、順序存儲和鏈式存儲3、系統(tǒng)誤差模型的建立方法4、零位誤差和增益誤差的定義、校正方法5、常用的數(shù)字濾波技術(shù)的特點、實現(xiàn)方法6、標度變換的概念、計算方法九、數(shù)據(jù)處理及程序設(shè)計21主要知識點匯總用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序的設(shè)計步驟

1）繪制狀態(tài)圖

2）編制狀態(tài)表

3）編碼按鍵

4）設(shè)計程序流程圖5）狀態(tài)矩陣法的優(yōu)點7、監(jiān)控程序設(shè)計（重點）※22主要知識點匯總1、智能儀器設(shè)計的基本要求、基本步驟2、微處理器和A/D轉(zhuǎn)換器方案選擇依據(jù)十、智能儀器設(shè)計實例教學計劃（共48學時，授課學時：40學時）1、緒論（2學時）課程介紹（2學時）12、智能儀器的硬件技術(shù)（16學時）微處理器技術(shù)（2學時）2數(shù)據(jù)采集技術(shù)（8學時）3456模擬量與控制輸出技術(shù)（2學時）7人機接口技術(shù)（1學時）8課程設(shè)計要求（1學時）通信接口技術(shù)（2學時）9課程內(nèi)容3、智能儀器的軟件技術(shù)（12學時）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序存儲技術(shù)（1學時）10誤差處理與校正技術(shù)（1學時）數(shù)字濾波與標度變換技術(shù)（2學時）11監(jiān)控程序設(shè)計（2學時）12基于人工智能理論的信息處理技術(shù)（2學時）13自檢技術(shù)&量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)（2學時）14抗干擾技術(shù)（2學時）154、應(yīng)用實例（2學時）實例：智能嗅覺/聽覺機器人的設(shè)計（2學時）16課程內(nèi)容課程內(nèi)容5、課程設(shè)計與實驗介紹（8學時）智能儀器設(shè)計方法與設(shè)計過程（2學時）17課程設(shè)計要求與實驗課程講解（2學時）18課程設(shè)計報告與評析（4學時）

1920教學計劃（共48學時，實驗學時：8學時）序號實驗項目名稱實驗類型學時主要儀器設(shè)備備注1模擬量輸入輸出虛擬儀器控制實驗綜合性實驗

4示波器、數(shù)字萬用表、微機、單片機開發(fā)系統(tǒng)、Labview軟件進入實驗前自學單片機開發(fā)系統(tǒng)實驗、Labview圖形化軟件設(shè)計2用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序?qū)嶒灳C合性實驗4單片機開發(fā)系統(tǒng)等

先期學習用狀態(tài)矩陣法設(shè)計監(jiān)控程序文獻檢索，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀學術(shù)調(diào)研，國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀分析隨堂測試，考核知識點實驗報告評分規(guī)范實驗內(nèi)容完成情況實驗結(jié)果評判實驗課程設(shè)計課上小作業(yè)考試課程評價標準學習情況考核知識應(yīng)用能力考核形式：書面詳細設(shè)計/課堂PPT答辯形式團隊：3-4人/每組組長負責制成果：研制報告（6000字以上）課程的考核方式*26課程的考核方式1、平時考核成績，約占10%2、實驗成績，約占10%3、課程設(shè)計，約占10%4、課程結(jié)業(yè)綜合考試，約占70%本課程總成績的組成27第一章緒論緒論1.1儀器儀表概述1.1.1儀器儀表定義、作用、行業(yè)分類儀器儀表是信息獲取的手段、是認識世界的工具，是一個系統(tǒng)或裝置。最基本的作用：是延伸擴展補充或代替人的聽覺、視覺、觸覺等器官的功能。28緒論★幾何量：長度、角度、形貌、相互位置、位移、距離測量儀器等★機械量：各種測力儀、硬度儀、加速度與速度測量儀、力矩測量儀、振動測量儀等★熱學量：溫度、濕度、流量測量儀器等★光學量：如光度計、光譜儀、色度計、激光參數(shù)測量儀、光學傳遞函數(shù)測量儀等1.1.2八類測試計量儀器29緒論★電離輻射量：各種放射性、核素計量，X、γ射線及中子計量儀器等。時間頻率：各種計時儀器與鐘表、銫原子鐘、時間頻率測量儀等★電磁量：交、直流電流表、電壓表、功率表、RLC測量儀、靜電儀、磁參數(shù)測量儀等★無線電參數(shù)：如示波器、信號發(fā)生器、相位測量儀、頻譜分析儀、動態(tài)信號分析儀等30儀器儀表是：國民經(jīng)濟的“倍增器”科學研究的“先行官”現(xiàn)代戰(zhàn)爭的“戰(zhàn)斗力”法庭審判的“物化法官”對儀器儀表重要性的認識緒論31緒論1.1.3儀器儀表的發(fā)展過程●第一代為指針式（或模擬式）儀器儀表●第二代為數(shù)字式儀器儀表●第三代就是智能式儀器儀表32緒論第一代是模擬式電子儀器

基本結(jié)構(gòu)：電磁式

原理：基于電磁測量原理，使用指針來顯示最終的測量結(jié)果

舉例：大量指針式的電壓表、電流表、功率表及一些通用的測試儀器，均是典型的模擬式儀器

特點：這一代儀器功能簡單，精度低，響應(yīng)速度慢指針式電壓/電流表33緒論第二代是數(shù)字式電子儀器基本結(jié)構(gòu)中集成A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，將待測的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，結(jié)果以數(shù)字形式輸出顯示。特點：精度高，速度快，讀數(shù)清晰、直觀，結(jié)果可打印輸出，也容易與計算機通信。同時因數(shù)字信號便于遠距離傳輸，所以數(shù)字式電子儀器適用于遙測和遙控。電壓/電流數(shù)碼表頭數(shù)字萬用表RLC阻抗測試儀34緒論第三代就是智能儀器在數(shù)字化的基礎(chǔ)上用微處理器裝備起來的，是計算機技術(shù)與電子儀器相結(jié)合的產(chǎn)物。特點：具有數(shù)據(jù)存儲、運算、邏輯判斷能力，能根據(jù)被測參數(shù)的變化自選量程，可自動校正、自動補償、自尋故障等，具備了一定的智能，故被稱為智能儀器。網(wǎng)絡(luò)分析儀示波功率儀電能質(zhì)量分析儀35智能儀器的概念1.1.4智能儀器的概念智能儀器是含有微計算機或微處理器的測量(或檢測)儀器，它擁有對數(shù)據(jù)的存儲、運算、邏輯判斷及自動化操作等功能，具有一定智能的作用

。1984年：我國儀器學會成立“自動測試與智能儀器專業(yè)學組”；1986年：IMEKO(國際測量聯(lián)合會)以“智能儀器”為主題召開了專門的討論會；1988年：IFAC(國際自動控制聯(lián)合會)的理事會正式確定“智能元件及儀器”。36智能儀器的概念近年來，智能儀器已開始從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識處理發(fā)展。模糊判斷、故障診斷、容錯技術(shù)、傳感器融合、機件壽命預(yù)測等，使智能儀器的功能向更高的層次發(fā)展。智能儀器：帶有處理器兼有檢測和信息處理功能的儀器37智能儀器四個層次高級人工智能趨勢模型化系統(tǒng)辨識/模式識別初級智能數(shù)學運算/信號處理聰敏電子/傳感/測量兼容聰敏儀器類初級智能儀器類

模型化智能儀器類

高級智能儀器類

1.2.1分類1.2智能儀器分類與基本結(jié)構(gòu)智能儀器分類38兩種基本類型:●內(nèi)嵌式

●擴展式將單片或多片的微處理器與傳統(tǒng)儀器有機地結(jié)合在一起形成的單機，其形態(tài)是嵌入式儀器。以計算機(PC)為核心的應(yīng)用擴展型測量儀器，其形態(tài)可以是計算機或微機擴展卡式儀器。智能儀器基本結(jié)構(gòu)

1.2.2智能儀器的基本結(jié)構(gòu)39401.2.3智能儀器實例智能儀器實例多通道數(shù)據(jù)采集裝置（DSP28335+光纖）DSP674x+ARM9DSP28377內(nèi)嵌式智能儀器實例41時空分布大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)智能儀器實例內(nèi)嵌式智能儀器實例——大氣環(huán)境監(jiān)測裝置系統(tǒng)組成：傳感器節(jié)點環(huán)境參數(shù)采集、無線上傳GPRS無線基站GPRS聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控中心監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲、分析、顯示及歷史數(shù)據(jù)的查詢內(nèi)嵌式智能儀器實例——大氣環(huán)境監(jiān)測裝置42智能儀器實例主要功能：傳感器信號調(diào)理、采集無線通信RTCLED顯示無線通信電路470MHz射頻電源電路顯示電路主控部分信號調(diào)理指示及外部驅(qū)動電路輸出通道阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)射頻通信電路74HC595驅(qū)動電路動態(tài)掃描驅(qū)動電路調(diào)試接口調(diào)試及復(fù)位電路內(nèi)嵌式智能儀器實例——大氣環(huán)境監(jiān)測裝置傳感器節(jié)點：43智能儀器實例GPRS無線通信基站：功能：GPRS聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)無線組網(wǎng)RTC校準傳感器節(jié)點控制星型結(jié)構(gòu)，基站主動查詢傳感器節(jié)點，已建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基站為數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點內(nèi)嵌式智能儀器實例——大氣環(huán)境監(jiān)測裝置44智能儀器實例微處理器無線通信電路電源電路配置串口GPRS模塊SIM卡接口網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示系統(tǒng)組成：GPRS模塊：連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，并通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)無線通信電路：470MHz無線通信配置串口：上位機對GPRS配置接口網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示：等的閃爍頻率表明連接狀態(tài)SIM卡接口：驅(qū)動SIM卡RS232接口電路復(fù)位及啟動電路啟動電路復(fù)位電路SIM卡接口電路內(nèi)嵌式智能儀器實例——大氣環(huán)境監(jiān)測裝置45智能儀器實例遠程中央監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)嵌式智能儀器實例——大氣環(huán)境監(jiān)測裝置46智能儀器實例微機擴展式智能儀器的基本結(jié)構(gòu)個人計算機總線擴展槽軟件儀器插件n通用接口儀器插件2儀器插件1電源PC總線擴展底板或外部插件箱…GPIB總線總線類型：PCI總線ISA總線PXI總線LXI總線PC-104PCMCIAUSBGPIB47智能儀器實例48擴展式智能儀器實例

—基于物聯(lián)網(wǎng)的城市大氣污染氣體測量裝置智能儀器實例遠程中央監(jiān)控平臺便攜式氣體檢測儀1)操作自動化儀器的整個測量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關(guān)切換、數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理以及顯示打印等功能用微處理器控制，實現(xiàn)了測量過程的自動化。2)自測功能自補償、自動校準、自檢、自診斷及量程自動轉(zhuǎn)換等功能。比如：自補償能補償環(huán)境溫/濕度等對被測量的影響，補償輸入的非線性；自校準能通過校準零點、增益等來保證自身的準確度；自檢功能可以在儀器啟動時運行，也可在儀器工作中運行，極大地方便了儀器的維護；自診斷能檢測出故障的部位甚至故障的原因；量程自動轉(zhuǎn)換能根據(jù)被測量的大小自動切換與其匹配的量程。智能儀器的特點491.3智能儀器的特點主節(jié)點傳感器單元DSP單元無線通訊單元混合氣體辨識嗅覺機器人自測功能舉例50智能儀器的特點3)數(shù)據(jù)分析和處理功能傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表只能測量電阻、交直流電壓、電流等，而智能型的數(shù)字萬用表不僅能進行上述測量，而且還具有對測量結(jié)果進行諸如零點平移、取平均值、求極值、統(tǒng)計分析等復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能。如用示波器可測交流功率*。4)友好的人機對話功能智能儀器能輸出多種形式的數(shù)據(jù)，如通過顯示器或虛擬面板將儀器的運行情況、工作狀態(tài)以及處理結(jié)果以數(shù)字或圖形形式輸出。智能儀器的特點51自確認壓力傳感器原理框圖自確認壓力傳感器信息處理功能舉例52智能儀器的特點5)可程控操作能力一般都配有GPIB、RS232/485、USB、CAN、LAN等標準通信接口，方便與PC機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統(tǒng)，完成更復(fù)雜的測試任務(wù)。不是所有的智能儀器都必須具備上述所有功能，在設(shè)計具體的智能儀器時應(yīng)根據(jù)實際需要確定其功能。智能儀器的特點注意：5354輸入輸出通道及通信接口功能舉例

放大濾波電路三維加速度傳感器gx,gy,gz三維磁通門傳感器Hx,Hy,Hz加速度計放大濾波電路磁通門放大濾波電路數(shù)據(jù)采集傳輸電路（含A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、接口芯片）

電源電路

傳感器

計算機8路傳感器信號輸入

計算機AT89C2051MAX232MAX186MAX81324LC65加速度計與磁傳感器組合測試系統(tǒng)智能儀器的特點人機接口功能舉例直升機基準槳葉揮舞參數(shù)測量系統(tǒng)及標定裝55智能儀器的特點

傳感器技術(shù)

A/D、D/A等新器件的發(fā)展單片機、DSP與ARM的廣泛應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)與片上系統(tǒng)(SOC)ASIC、FPGA／CPLD技術(shù)

LabVlEW等圖形化軟件技術(shù)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

人工智能技術(shù)1.4推動智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)緒論56

思考題1．你在學習和生活中，接觸、使用或了解哪些儀器儀表？屬于哪種類型？指出它們的共同之處、主要區(qū)別。選擇一種儀器，針對其存在的問題或不足，提出改進設(shè)想。

2．結(jié)合你對智能儀器概念的理解，討論“智能化”的層次。3．簡述推動智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。

4．學過的哪些課程為智能儀器設(shè)計奠定基礎(chǔ)，回顧主要內(nèi)容。

5．智能儀器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？對其作簡要描述。課上作業(yè)課上作業(yè)答案本節(jié)課重點內(nèi)容總結(jié)一、從傳統(tǒng)儀器到智能儀器

儀器儀表、智能儀器、重要性認識

二、智能儀器的分類、基本結(jié)構(gòu)與特點

4個層次、2種結(jié)構(gòu)、5個特點電子/傳感/測量、數(shù)學運算/信號處理、系統(tǒng)辨識/模式識別、人工智能內(nèi)嵌式、擴展式操作自動化、自測功能、數(shù)據(jù)分析和處理功能、友好的人機對話功能、可程控操作能力58測控技術(shù)與儀器專業(yè)必修課*智能儀器設(shè)計591內(nèi)容回顧上節(jié)課重點內(nèi)容總結(jié)一、從傳統(tǒng)儀器到智能儀器

儀器儀表、智能儀器、重要性認識

二、智能儀器的分類、基本結(jié)構(gòu)與特點

4個層次、2種結(jié)構(gòu)、5個特點電子/傳感/測量、數(shù)學運算/信號處理、系統(tǒng)辨識/模式識別、人工智能內(nèi)嵌式、擴展式操作自動化、自測功能、數(shù)據(jù)分析和處理功能、友好的人機對話功能、可程控操作能力60智能儀器四個層次高級人工智能趨勢模型化系統(tǒng)辨識/模式識別初級智能數(shù)學運算/信號處理聰敏電子/傳感/測量兼容聰敏儀器類初級智能儀器類

模型化智能儀器類

高級智能儀器類

分類智能儀器分類與基本結(jié)構(gòu)61內(nèi)容回顧兩種基本類型:●內(nèi)嵌式

●擴展式將單片或多片的微處理器與傳統(tǒng)儀器有機地結(jié)合在一起形成的單機，其形態(tài)是嵌入式儀器。以計算機(PC)為核心的應(yīng)用擴展型測量儀器，其形態(tài)可以是計算機或微機擴展卡式儀器。智能儀器的基本結(jié)構(gòu)62內(nèi)容回顧第二章智能儀器中的微處理器微處理器技術(shù)638051內(nèi)核的單片機PIC系列單片機AVR系列單片機MSP-430系列單片機基于ARM內(nèi)核的單片機DSP型單片機可編程邏輯器件CPLD和FPGA642.1智能儀器中微處理器的選擇不同單片機的區(qū)別CPU字長及結(jié)構(gòu)存儲器容量和種類I/O數(shù)字外設(shè)功能等方面微處理器技術(shù)思考？什么是單片機？65如何選擇微處理器？課上作業(yè)（1）任務(wù)需求（2）性能（3）片內(nèi)硬件資源（4）成本（5）開發(fā)難易度微處理器技術(shù)66任務(wù)需求性能片內(nèi)硬件資源成本如何選擇微處理器？精度字長尋址空間開發(fā)難易度速度課上作業(yè)微處理器技術(shù)67字長:8位、16位、32位。8位單片機結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，應(yīng)用廣泛。指令系統(tǒng)：CISC:數(shù)據(jù)線和指令線分時復(fù)用，取指令和取數(shù)據(jù)不

能同時進行，速度受限，價格亦高。RISC:數(shù)據(jù)線和指令線分離，提高了運算速度，這種單片機指令多為單字節(jié)，程序存儲器的空間利用率大大提高，便于超小型化設(shè)計。微處理器技術(shù)682.2基于8051內(nèi)核的單片機（1）MCS-51系列單片機20世紀80年代由美國Intel公司推出的一種8位單片機，主要有8031、8051系列。特點：技術(shù)性能及開發(fā)手段都較成熟，價格低廉，可重復(fù)編程和方便功能擴展。應(yīng)用領(lǐng)域：智能儀器設(shè)計、機電一體化設(shè)備、家電產(chǎn)品及玩具。微處理器技術(shù)69（1）MCS-51系列單片機片內(nèi)集成并行I/O口、串行I/O口、16位定時器/計數(shù)器、RAM、ROM等，最高時鐘頻率為12MHz，指令系統(tǒng)采用CISC體系，總線結(jié)構(gòu)為三總線*。微處理器技術(shù)課上作業(yè)————總線、————總線、————總線70（2）Atmel公司的AT89系列Atmel公司通過技術(shù)交換取得了MCS-5l單片機的內(nèi)核使用權(quán)，把內(nèi)核與其FlashROM技術(shù)相結(jié)合，推出了AT89系列單片機。

特點：采用CMOS工藝、ISP（在系統(tǒng)編程），對8051的接口功能作了必要的擴充。

微處理器技術(shù)71特性AT89C51/52AT89S51/52AT89LV51/52AT89LS51/52程序存儲器/KB4/84/84/84/8片內(nèi)RAM/B128/256128/256128/256128/25616位定時/計數(shù)器2/32/32/32/3全雙工串行口有有有有I/O口線32323232中斷矢量6/86/86/86/8電源電壓/V4.0~6.04.0~5.52.7~6.02.7~4.0待機和掉電方式*有有有有WDT無有無有SPI接口*無有無無加密位3333在系統(tǒng)可編程不可以可以不可以可以微處理器技術(shù)72微處理器技術(shù)思考？單片機待機和掉電方式區(qū)別？待機方式系統(tǒng)時鐘運行，任何中斷喚醒，低功耗模式，電流<幾個mA.掉電方式系統(tǒng)時鐘停止，外部中斷喚醒，省電模式，電流<1個μA73微處理器技術(shù)SPI接口連接示意圖SPI(SerialPeripheralInterface—串行外設(shè)接口)74微處理器技術(shù)FPGA+STM32雙核控制板（SPI總線）75微處理器技術(shù)SPI總線全雙工通信，傳輸速率可達幾Mbps水平比I2C和UART快I2C總線半雙工，只有2根線，數(shù)據(jù)線和時鐘線—標準速度：100kbps—快速模式：400kbpsUARTRS232：傳輸速率一般不超過20kbps76微處理器技術(shù)I2C總線連接示意圖I2C（Inter-IntegratedCircuit）串行總線接口通過串行數(shù)據(jù)（SDA）線和串行時鐘（SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。77（3）Philips公司的增強型80C51系列和LPC系列可以通過關(guān)閉不用的ALE，改善單片機的EMI電磁兼容性能特有雙DPTR指針，使設(shè)計查表程序更加靈活方便UART串行口增加了從地址自動識別和幀錯誤檢測功能，特別適合于單片機的多機通信可提供1.8～3.3V供電電源，適合于便攜式產(chǎn)品LPC系列十分適用于要求低功耗、低價格、小引腳的應(yīng)用場合，這是Philips單片機的主要發(fā)展趨勢微處理器技術(shù)78（4）SiliconLab公司的C8051系列C8051F系列單片機采用具有專利的CIP-51內(nèi)核，與MCS-5l單片機指令系統(tǒng)完全兼容，運行速度高達25MIPS，除具有標準8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。

特點：在以下兩個方面有突出性能。

微處理器技術(shù)79a.采用CIP-51內(nèi)核大力提升CISC結(jié)構(gòu)運行速度廢除了機器周期的概念，指令以時鐘周期為運行單位平均每個時鐘可以執(zhí)行完1條單周期指令，從而大大提高了指令運行速度使8051兼容機系列進入了8位高速單片機行列（指令周期）微處理器技術(shù)80b.I/O口從固定方式到交叉開關(guān)配置交叉開關(guān)是一個數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部資源分配給I/O端口引腳可通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器將串行總線、硬件中斷、ADC、比較器輸出等數(shù)字外設(shè)配置到I/O端口引腳用戶可根據(jù)自己特定應(yīng)用，設(shè)置選擇通用端口和所需要數(shù)字資源的組合微處理器技術(shù)81微處理器技術(shù)82產(chǎn)品型號詳細參數(shù)C8051F02x64kBFlash,25Mips,4352RAM,32/64I/O,2UARTs,SMBus,SPI,12-bit,8ch,100ksps,64-pinTQFP/100-pinTQFP,C8051F02xDK-UC8051F04x32-64kBFlash,25Mips,4352RAM,32/64I/O,CAN2.0B,2UARTs,SMBus,SPI,12-bit,13ch,100ksps,64-pinTQFP/100-pinTQFP,C8051F04xDK-UC8051F12x-13x64-128kBFlash,50-100Mips,8448RAM,32/64I/O,2UARTs,SMBus,SPI,12-bit,8ch,100ksps,64-pinTQFP/100-pinTQFP,C8051F12x-13xDK-UC8051F33x2-16kBFlash,25Mips,768RAM,17I/O,UART,SMBUS,SPI,10-bit,200ksps,20-pinQFN/24-pinQFN,C8051F33XDK-UC8051F36x16-32kBFlash,50-100Mips,1280RAM,27/39I/O,UART,SMBUS,

SPI,10-bit,16ch,200ksps,28-pinQFN/32-pinLQFP/48-pinTQFP,

C8051F36XDK-UC8051F41x16-32kBFlash,50Mips,2304RAM,20/24I/O,UART,SMBUS,

SPI,12-bit,24ch,200ksps,28-pinQFN/32-pinLQFP,C8051F41XDK-UC8051F58x-59x96-128kBFlash,50Mips,8448RAM,25/33/40I/O,CAN2.0,I2C,LIN2.1,SPI,2*UART,12-bit,25ch,200ksps,32-pinQFN/QFP/40-pinQFN/48-pinQFN/QFP,C8051F58x-59xDK-U微處理器技術(shù)832.3PIC系列單片機Microchip公司產(chǎn)品，主要有PIC-16C系列和PIC-17C系列，采用精簡指令集計算機(RISC)和哈佛雙總線、兩級指令流水線結(jié)構(gòu)，高性價比的8位微處理器。應(yīng)用領(lǐng)域：辦公自動化設(shè)備、消費電子產(chǎn)品、通信、智能儀器儀表、汽車電子、金融電子和工業(yè)控制等。微處理器技術(shù)842.3PIC系列單片機高速、低電壓、低功耗I/O口驅(qū)動能力強、每一個I/O口都可以單獨地置為輸入/輸出抗干擾性很強芯片的價格低、體積小指令簡單、指令數(shù)量少、易學易用、一次性編程OTP微處理器技術(shù)特點：85I/O口驅(qū)動能力強：輸入輸出直接驅(qū)動能力強，I/O口灌電流/拉電流都很大（25mA），驅(qū)動LED或數(shù)碼管無需三極管注意：微處理器技術(shù)86抗干擾性很強：其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可直接接到220V交流電源上，與繼電器控制電路相連，無需光耦隔離器按芯片工作溫度等級及可靠性：商業(yè)級（0~70攝氏度）、工業(yè)級*（-40~85攝氏度）、汽車級

（-40~120攝氏度）、軍工級（-55~150攝氏度）注意：微處理器技術(shù)872.4AVR系列單片機ATMEL公司的AVR單片機采用增強的RISC結(jié)構(gòu)，具有高速處理能力，在一個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令，工作電壓為2.7～6.0V，高速8位單片機，可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化。應(yīng)用領(lǐng)域：計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器、宇航設(shè)備、機器人等。微處理器技術(shù)882.4AVR系列單片機速度快程序保密性高能支持C語言編程功耗低，接口強大，價格低，有內(nèi)部晶振內(nèi)載Flash存儲器，可隨時編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計容易，更新?lián)Q代方便微處理器技術(shù)特點：892.5MSP-430系列單片機MSP430系列單片機是美國TI（德州儀器）公司1996年推出的超低功耗、高集成度的16位單片機，由CPU、程序/數(shù)據(jù)存儲器、外圍模塊、振蕩器/系統(tǒng)時鐘模塊和控制電路組成，對存儲器進行統(tǒng)一編址。應(yīng)用領(lǐng)域：家用儀表、液晶顯示的智能化儀器智能檢測與控制系統(tǒng)、醫(yī)療與運動設(shè)備、家用電器和保安系統(tǒng)等，特別適合使用電池的設(shè)備或手持設(shè)備。微處理器技術(shù)902.5MSP-430系列單片機運算速度快超低功耗片內(nèi)資源豐富、方便高效的開發(fā)環(huán)境可長時間用電池工作微處理器技術(shù)特點：912.6基于ARM內(nèi)核的單片機ARM公司設(shè)計的基于精簡指令集計算機RISC結(jié)構(gòu)的微處理器核，具有耗電少、成本低、功能強、特有16/32位雙指令集的特征。ARM公司不生產(chǎn)芯片，它將技術(shù)授權(quán)給世界范圍的半導體公司，基于ARM技術(shù)的微處理器芯片約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場份額。微處理器技術(shù)思考？ARM是否屬于單片機**？92應(yīng)用領(lǐng)域：嵌入式控制、消費、教育類多媒體、數(shù)碼產(chǎn)品、移動式通訊設(shè)備。ARM處理器核當前有6個系列產(chǎn)品：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore以及最新的ARM11系列。市場上ARM7和ARM9E比較常見，下面對ARM7進行簡單介紹。微處理器技術(shù)93（1）AT91系列ARM芯片AT91系列微控制器是基于ARM7TDMI嵌入式微處理器的32位微控制器，它是目前國內(nèi)市場應(yīng)用最廣泛的ARM芯片之一。AT91系列微控制器定位在低功耗和實時控制應(yīng)用領(lǐng)域，已成功地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、MP3／WMA播放器、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備、GPS和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)品中。微處理器技術(shù)94

AT91系列微控制器具有下列特點：ARM7TDMI及以上32位RSIC微處理器核；內(nèi)置SRAM、ROM和Flash存儲器；豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備；10位ADC／DAC；功耗低于其他公司同類產(chǎn)品；先進的電源管理提供空閑模式及外圍禁止；快速、先進的向量中斷控制器；段寄存器提供分離的棧和中斷模式調(diào)用返回。微處理器技術(shù)95（2）LPC2100系列ARM芯片Philips公司LPC2100系列芯片，并帶有128/256KB的高速Flash存儲器，64腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、4路10位ADC、PWM輸出以及多達9個外部中斷。

適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和電子收款POS機等應(yīng)用領(lǐng)域；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟件調(diào)制解調(diào)器等應(yīng)用場合。微處理器技術(shù)96主要特性：32位ARM7TDMI-S核，超小LQFP和HVQFN封裝；16/32/64KB片內(nèi)SRAM；128/256KB片內(nèi)Flash程序存儲器；128位寬度接口/加速器可實現(xiàn)高達60MHz工作頻率；通過片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)*；EmbeddedICE可實現(xiàn)斷點和觀察點；嵌入式跟蹤宏單元(ETM)支持對執(zhí)行代碼進行無干擾的高速實時跟蹤；10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間低至2.44μs；CAN接口，帶有先進的驗收濾波器；多串行接口，2個16C550工業(yè)標準UART、高速I2C接口和2個SPI接口。微處理器技術(shù)97微處理器技術(shù)在應(yīng)用編程與在系統(tǒng)編程區(qū)別？課上作業(yè)應(yīng)用場合：1.ISP程序升級需要到現(xiàn)場解決；2.IAPMCU自帶引導區(qū)，可遠程下載更新程序引導程序區(qū)、運行程序區(qū)、下載區(qū)98（3）STM32系列ARM芯片意法半導體ST公司的STM32系列，基于ARMCortex-M3內(nèi)核，內(nèi)部總線為32位，帶有USART、SPI、I2C、16多功能位定時器、實時時鐘、看門狗、DMA、雙通道ADC、CAN、USB2.0B、專用脈沖寬度調(diào)制PWM等。STM32的所有GPIO口都可以配置成外部中斷的輸入口，使得它特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、儀器儀表等應(yīng)用領(lǐng)域。微處理器技術(shù)99典型芯片STM32F103外設(shè)速率USB12Mbit/sUSART4.5Mbit/sSPI18MHzI2C400kHzGPIO18MHzPWM72MHz時鐘輸入微處理器技術(shù)100內(nèi)核：32位Cortex-M3，最高工作頻率72MHz，單周期乘法和硬件除法；

存儲器：片上集成32-512KB的Flash存儲器；6-64KB的SRAM存儲器；時鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動電壓；低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機；為RTC和寄存器供電的VBAT；

DMA：12通道DMA；3個12位的us級的A/D轉(zhuǎn)換器（16通道）：A/D測量范圍：0-3.6V；雙采樣和保持能力；片上集成一個溫度傳感器；2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器；接口：2個IIC；5個USART；6個PWM；3個SPI；CAN（2.0B）；USB2.0；4個16位定時器，每個有4個IC/OC/PWM或者脈沖計數(shù)器；2個看門狗定時器調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口；ECOPACK封裝。主要特性*：微處理器技術(shù)1011STM32STM32代表ARMCortex-M內(nèi)核的32位微控制器2FF代表芯片子系列3103103代表增強型系列4RR這一項代表引腳數(shù)，其中T代表36腳，C代表48腳，R代表64腳，V代表100腳，Z代表144腳，I代表176腳5BB這一項代表內(nèi)嵌Flash容量，其中6代表32K字節(jié)Flash，8代表64K字節(jié)Flash，B代表128K字節(jié)Flash，C代表256K字節(jié)Flash，D代表384K字節(jié)Flash，E代表512K字節(jié)Flash，G代表1M字節(jié)Flash6TT這一項代表封裝，其中H代表BGA封裝，T代表LQFP封裝，U代表VFQFPN封裝766這一項代表工作溫度范圍，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃STM32型號說明微處理器技術(shù)STM32F103RCT6（20元）102ARM核ARM720T以上及ARM9，帶有內(nèi)存管理單元，支持嵌入式操作系統(tǒng)，如WindowsCE、uCLinux等系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)時鐘決定芯片的處理速度，ARM7的速度一般為20~133MHz，ARM9時鐘頻率一般為100~233MHz內(nèi)部存儲器容量當系統(tǒng)存儲器容量不大時可以采用內(nèi)置存儲器ARM芯片（4）ARM芯片的選擇微處理器技術(shù)103I/O接口功能包括是否帶有USB接口，LCD以及數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換等接口總線擴展及總線接口不同的ARM芯片擴展能力不同，外部數(shù)據(jù)總線寬度也不相同，部分ARM芯片沒有外部總線擴展能力數(shù)字信號處理能力為了增加科學計算功能及多媒體功能，ARM芯片又增加了DSP內(nèi)核，以滿足不同要求微處理器技術(shù)1042.7數(shù)字信號處理器DSP

DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子、電機變頻控制、通信技術(shù)、信號處理、音頻壓縮/解碼、圖形/圖像處理、醫(yī)療設(shè)備、數(shù)字電話/電視等諸多領(lǐng)域。微處理器技術(shù)105

DSP芯片一般具有如下特點：在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；

程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；

片內(nèi)具有快速RAM，可通過獨立數(shù)據(jù)總線在2種RAM中同時訪問；快速的中斷處理和硬件I/O支持；具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；可以并行執(zhí)行多個操作；支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。微處理器技術(shù)106

TI公司DSP產(chǎn)品：（市場份額60%）2000系列–測量、控制24x—16位定點，運行速度30-40MIPS28x—32位定點，運行速度60-150MIPS5000系列–通信、語音

54x—16位定點，運行速度32-532MIPS55x—8-48位浮點，運行速度288-600MIPS6000系列–圖像、視頻62x—32位定點，運行速度1200-2400MIPS64x—32位定點，運行速度3200-4800MIPS67x—32位浮點，運行速度600-1350MFLOPSDSP系列DSP類型特征C24x16位定點SCI、SPI、CAN、A/D、事件管理器、看門狗定時器、內(nèi)部Flash存儲器、20~40MIPSC28x32位定點SCI、SPI、CAN、12位A/D、McBSP、事件管理器、看門狗定時器、內(nèi)部Flash存儲器、高達150MIPSC283xx32位浮點SCI、SPI、CAN、12位A/D、McBSP、增強PWM模塊、增強捕捉單元、增強光電編碼接口、看門狗定時器、內(nèi)部Flash存儲器、高達150MIPS微處理器技術(shù)107微處理器技術(shù)

TMS320F28335簡介最大工作頻率150MHz，32位浮點處理單元，256K×16位的Flash，34K×16位SRAM16通道12位ADC，輸入電壓范圍0-3V，最大采樣率12.5MPS6個DMA通道，支持ADC，18路PWM輸出，內(nèi)核電壓1.9V，I/O口電壓3.3V外部總線控制接口XINTF，可擴展3個2M×16位的尋址空間DSP28335處理器28335片內(nèi)數(shù)字外設(shè)外設(shè)名稱數(shù)量外設(shè)名稱數(shù)量直接數(shù)據(jù)存儲

（DMA）6多通道緩沖串行口(McBSP)2脈寬調(diào)制輸出（PWM）6串行外設(shè)接口（SPI）1捕捉單元（CAP）6串口通信接口（SCI）3正交編碼（QEP）2控制局域網(wǎng)（CAN）212位模數(shù)轉(zhuǎn)換通道（ADC）16內(nèi)部集成電路（I）132位定時器（Times）8通用I/O口（GPIO）88108TMS320F28335DSP外擴RAM存儲器JTAG在線調(diào)試接口復(fù)位電路微處理器技術(shù)109微處理器技術(shù)

TMS320F28377簡介最大工作頻率200MHz，32位浮點雙核處理器，復(fù)雜數(shù)學單元，三角法數(shù)學單元片內(nèi)1MB，外擴512K×16位的Flash；片內(nèi)204KB，片外256K×16位SRAM24通道16位ADC，輸入電壓范圍0-3V；3通道DAC，輸出電壓范圍0.6-2.7V12個DMA通道，支持ADC，24路PWM輸出，內(nèi)核電壓1.2V，I/O口電壓3.3V28377片內(nèi)數(shù)字外設(shè)外設(shè)名稱數(shù)量外設(shè)名稱數(shù)量直接數(shù)據(jù)存儲

（DMA）12多通道緩沖串行口(McBSP)2脈寬調(diào)制輸出（PWM）24串行外設(shè)接口（SPI）3捕捉單元（CAP）6串口通信接口（SCI）4正交編碼（QEP）3控制局域網(wǎng)（CAN）216位模數(shù)轉(zhuǎn)換通道（ADC）24可編程控制律加法器（CLA）2串行總線接口（I2C）2通用I/O口（GPIO）169DSP28377處理器110微處理器技術(shù)

TIOMAP-L138簡介OMAP-L138是美國德州儀器（TI）推出全新DSP+ARM工業(yè)處理器，這款芯片也是業(yè)界功耗最低的浮點數(shù)字信號處理器DSP+ARM9處理器，大大降低了雙核通訊的開發(fā)難度，可充分滿足工業(yè)應(yīng)用的高能效、連通性設(shè)計對高集成度外設(shè)、更低熱量耗散以及更長電池使用壽命的需求。不僅具備通用并行端口（uPP），同時也是TI首批集成串行高級技術(shù)附件（SATA）的器件。處理器TIOMAP-L138浮點DSP+ARM雙核處理器（PintoPin兼容TMS320C6748，AM1808處理器）主頻：456MHz存儲器128/256MByte工業(yè)級DDR2128M/256M/512MByteNANDFlash2.8FPGA／CPLD技術(shù)111微處理器技術(shù)FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)FPGA／CPLD規(guī)模大，適合于時序、組合等邏輯電路應(yīng)用場合，它可以替代幾十甚至上百塊通用IC芯片。這種芯片具有可編程性和實現(xiàn)方案容易改動的特點，在電路保持不動的情況下，改變內(nèi)部硬件連接關(guān)系的描述，就能實現(xiàn)一種新的功能。比較典型的有Xilinx公司的FPGA器件系列Altera公司的CPLD器件系列112微處理器技術(shù)

CycloneII簡介CycloneII系列器件是Altera低成本Cyclone系列的第二代產(chǎn)品，CycloneIIFPGA的成本比第一代Cyclone器件低30%，邏輯容量大3倍多。CycloneII器件容量有4608-68416個邏輯單元，還具有新的增強特性，包括多達1.1Mbit的嵌入存儲器、多達150個嵌入18×18乘法器、鎖相環(huán)、支持外部存儲器接口及差分和單端I/O標準。高效率的芯片結(jié)構(gòu)支持從4608到68416的集成度；

包含內(nèi)部嵌入式乘法器，支持DSP運算；

先進的I/O，支持PCI，DDR，DDR2等多種接口；全局時鐘管理及嵌入式鎖相環(huán)；支持AlteraIPCore及NiosII嵌入式處理器。主要特點113微處理器技術(shù)CycloneII系列芯片比較器件EP2C5EP2C8EP2C20EP2C35EP2C50EP2C70邏輯單元4608825618752332165052868416嵌入式存儲器塊263652105129250總比特數(shù)119808165888239616483840594432115200嵌入式乘法器1318263586150鎖相環(huán)224444最多用戶I/O管腳142182315475450622差分通道5575125200192275嵌入式存儲器塊：由帶校驗的4K位(4096位)真雙口RAM組成；

嵌入式乘法器：可以配制成18×18的乘法器，處理速度250MHz；

輸入輸出單元：可以提供各種類型的單端或差分邏輯輸入輸出。114重點總結(jié)任務(wù)需求性能片內(nèi)硬件資源成本

*微處理器芯片的選擇精度字長尋址空間開發(fā)難易度速度115課上作業(yè)（視頻1-2）1.智能儀器的微處理器主要有哪些系列？2.以8051為內(nèi)核的單片機制造公司有哪些？它們各有什么特點？3.C8051系列單片機增加了哪些數(shù)字外設(shè)？在實際應(yīng)用中有什么優(yōu)勢？4.什么是ARM？它有什么特點？5.DSP芯片的主要用途是什么？簡述DSP的特點。6.設(shè)計智能儀器時怎樣選擇微處理器？應(yīng)考慮哪些因素？課上作業(yè)區(qū)別：定點數(shù)xq：Q表示法定標，由符號位、整數(shù)和小數(shù)位組成浮點數(shù)x：由階碼和尾數(shù)兩部分組成，float轉(zhuǎn)換公式xq=[x*2Q]向下取整比較：定點DSP結(jié)構(gòu)簡單，因而在速度、成本、功耗上強于浮點DSP浮點DSP精度高、處理數(shù)據(jù)范圍大、編程簡單、函數(shù)運算效率高（FFT、除法、平方根等）定點機參與運算的是16位整形數(shù)用Q表示法定標轉(zhuǎn)化成浮點數(shù)浮點機浮點數(shù)直接參與運算116

課后作業(yè)：定點和浮點的區(qū)別？課后作業(yè)117課后作業(yè)？浮點數(shù)x=0.6，定標Q=15，則其定點數(shù)為？2.一個用Q=15表示的定點數(shù)19660，其浮點數(shù)為？課后作業(yè)智能儀器設(shè)計12020年春季學期智能儀器：帶有微處理器兼有檢測和信息處理功能的儀器119智能儀器概念及基本組成結(jié)構(gòu)內(nèi)容回顧●內(nèi)嵌式

●擴展式8051內(nèi)核單片機PIC、AVR系列單片機MSP-430單片機ARM、DSPCPLD、FPGA120任務(wù)需求性能片內(nèi)硬件資源成本

*微處理器芯片的選擇精度字長尋址空間開發(fā)難易度速度內(nèi)容回顧121作業(yè)？浮點數(shù)x=0.6，定標Q=15，則其定點數(shù)為？2.一個用Q=15表示的定點數(shù)19660，其浮點數(shù)為？196600.59998課后作業(yè)區(qū)別：定點數(shù)xq：Q表示法定標，由符號位、整數(shù)和小數(shù)位組成浮點數(shù)x：由階碼和尾數(shù)兩部分組成，float轉(zhuǎn)換公式xq=[x*2Q]向下取整比較：定點DSP結(jié)構(gòu)簡單，因而在速度、成本、功耗上強于浮點DSP浮點DSP精度高、處理數(shù)據(jù)范圍大、編程簡單、函數(shù)運算效率高（FFT、除法、平方根等）定點機參與運算的是16位整形數(shù)用Q表示法定標轉(zhuǎn)化成浮點數(shù)浮點機浮點數(shù)直接參與運算122作業(yè)：定點和浮點的區(qū)別？課后作業(yè)123微處理器技術(shù)124智能儀器基本組成結(jié)構(gòu)人機接口人機接口技術(shù)第5章人機接口技術(shù)5.1鍵盤處理技術(shù)5.2數(shù)碼顯示技術(shù)5.3觸摸屏技術(shù)125人機接口技術(shù)5.1鍵盤處理技術(shù)鍵盤的種類：鍵盤上按鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。鍵盤的接口必須解決下列的一些問題：（1）判斷是否有鍵按下；—識鍵（2）判斷是哪一個鍵被按下，并確定鍵值；—譯鍵（3）根據(jù)按鍵編碼執(zhí)行相應(yīng)程序；—鍵義分析（4）按鍵抖動的消除；—防抖（5）處理同時按鍵，鍵連擊處理?！I人機接口技術(shù)1265.1.1非編碼鍵盤獨立連接式非編碼鍵盤127μP接口+5V10kΩ×4人機接口技術(shù)矩陣式非編碼鍵盤128識別按鍵的方法行掃描法線反轉(zhuǎn)法行線x2x1x0y0y1y2y3列線0489512376AB10kΩ*4+5V行碼列碼0鍵：11011101鍵：11011012鍵：11010113鍵：11001114鍵：10111105鍵：1011101A鍵：0111011人機接口技術(shù)線反轉(zhuǎn)法129并行接口11010000+5V+5V并行接口11011011+5V+5V人機接口技術(shù)按RESET鍵（軟復(fù)位）初始化并啟動測量初始化后按A鍵---測頻率（F）B鍵---測周期（T）C鍵---測時間間隔（TA-B）D鍵---測電壓（U）按GATE鍵后，再按A、B、C、D鍵，則規(guī)定相應(yīng)的閘門時間或電壓量程按SET鍵后，再按A、B、C、D鍵，則送入四個不同的偏移量按奇數(shù)次OFS鍵，進入偏移工作方式，把測量結(jié)果加上偏移值后進行顯示；按偶數(shù)次（包括0）OFS鍵，為正常工作方式，測量結(jié)果直接顯示ABSETGATECOFSRESETDFUTTA-B實驗二狀態(tài)矩陣法程序設(shè)計130人機接口技術(shù)人機接口技術(shù)131實驗二狀態(tài)矩陣法程序設(shè)計矩陣鍵盤電路132人機接口技術(shù)5.1.2鍵抖動及串鍵的處理

思考：如何消除按鍵的抖動？如何處理多個按鍵同時按下？串鍵按鍵抖動現(xiàn)象由于觸點彈性作用產(chǎn)生，抖動時間一般約為5~10ms抖動過程引起電平信號的波動，可能令CPU誤解為多次按鍵操作而引起誤處理一次按鍵操作（按下、松開）時間為秒級人機接口技術(shù)133去抖程序流程串鍵處理一鍵鎖定技術(shù)只處理一個按鍵將第一個按鍵視為正確按鍵人機接口技術(shù)134按鍵抖動實測波形人機接口技術(shù)135串鍵處理實例136人機接口技術(shù)5.1.4編碼鍵盤可編程通用鍵盤/顯示接口芯片，如8279、HD7279。有三種：程序掃描法

中斷掃描法

定時中斷法5.1.3鍵盤信號的獲取方法D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18051RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20μF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138Y0~Y7VCC+5V1514131211109876543210BIC8708dpBIC8708+5VfgcedbaB0B1B2B3A0A1A2A3CSWR人機接口技術(shù)137人機接口技術(shù)HD7279A典型鍵盤/顯示器管理應(yīng)用電路138139人機接口技術(shù)5.1.5鍵值分析程序簡明直觀，程序處理方便單義鍵根據(jù)當前按鍵鍵值，把控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)處理程序入口，而無需知道此前的按鍵情況。優(yōu)點單義鍵鍵值分析流程圖140人機接口技術(shù)多義鍵一個按鍵有多個含義，在組成一個命令的按鍵序列中，除了取決于當前按了什么鍵，還取決于之前按了什么鍵。雙義鍵鍵值分析流程圖人機接口技術(shù)5.2數(shù)碼顯示技術(shù)5.2.1LED數(shù)碼顯示141靜態(tài)顯示方式動態(tài)顯示方式功耗大，當顯示位數(shù)較多時，占用I/O口較多優(yōu)點亮度高，控制程序簡單，顯示穩(wěn)定可靠缺點所有LED的段碼線并聯(lián)，位選線輪流選通，使每個LED顯示1ms～5ms，在最長20ms內(nèi)，所有LED必須都分別刷新一次。優(yōu)缺點*？142人機接口技術(shù)LED動態(tài)顯示電路143人機接口技術(shù)利用較少I/O口實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示人機接口技術(shù)5.2.2LCD數(shù)碼顯示144利用液晶的電光效應(yīng)，通過電路控制液晶單元的透射率及反射率，從而產(chǎn)生不同灰度層次及多達1670萬種色彩的靚麗圖像。LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，下基板玻璃上設(shè)置薄膜晶體管（TFT），上基板玻璃上設(shè)置彩色濾光片，通過TFT上信號與電壓改變來控制液晶分子的轉(zhuǎn)動方向，從而控制每個像素點偏振光出射而達到顯示目的。145可視面積可視角度點距色彩度對比值亮度值響應(yīng)時間

LCD技術(shù)參數(shù)人機接口技術(shù)146按顯示方式不同分為段碼式和點陣式段碼式是最早最普通的顯示方式，比如計算器，電子表等。點陣式用于如MP3，手機屏，數(shù)碼相框等。按照控制方式不同分為被動矩陣式和主動矩陣式被動矩陣式在亮度及可視角方面受到較大限制，反應(yīng)速度也較慢，畫面質(zhì)量差，但成本低廉。主動矩陣式目前應(yīng)用比較廣泛，如TFT液晶顯示器，在畫面中每個像素內(nèi)建晶體管，可使亮度更明亮、色彩更豐富及可視面積更寬廣。人機接口技術(shù)人機接口技術(shù)147按驅(qū)動方式不同分為靜態(tài)驅(qū)動式和動態(tài)驅(qū)動式靜態(tài)驅(qū)動方式是指液晶顯示器每個像素單獨控制的驅(qū)動方法，即每個像素對應(yīng)一個單獨的控制信號，適用于像素較少的場合。動態(tài)驅(qū)動方式（時分驅(qū)動），將顯示器件的電極制作成矩陣結(jié)構(gòu)，每個像素由其所在的行與列的位置唯一確定。按接口方式不同分為串行LCD和并行LCD

常用并行方式，讀寫速度較快按點陣（分辨率）不同分為240*128，128*64，320*240等類型如何顯示中文？字庫查找*148LCD中文字庫字模提取（C51格式）人機接口技術(shù)人機接口技術(shù)液晶顯示模塊與單片機的接口原理示意圖149150液晶顯示模塊引腳定義人機接口技術(shù)5.3觸摸屏技術(shù)人機接口技術(shù)151

觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成，觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，然后將相關(guān)信息傳送至觸摸屏控制器；觸摸屏控制器接收到觸摸信息，將其轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再傳送給CPU。從技術(shù)原理分為四個基本種類電阻觸摸屏電容觸摸屏紅外線觸摸屏聲表面波觸摸屏電阻觸摸屏152電阻觸摸屏主要由一塊多層復(fù)合電阻薄膜構(gòu)成。它的優(yōu)點是不怕油污、灰塵和水。缺點是因為復(fù)合薄膜外層采用塑膠材料，怕銳器劃傷而導致整個觸摸屏報廢。常用在PDA等手持設(shè)備，需要手寫筆操作。人機接口技術(shù)電容屏在原理上把人體當作電容元件的一個電極使用，利用人體的電流感應(yīng)進行工作。電容式觸摸屏是眾多觸摸屏中最可靠、最精確的，可手指觸控操作，但價錢也最貴。缺點是漂移、反光嚴重。人機接口技術(shù)153電容觸摸屏

四線電阻屏聲波屏五線電阻屏紅外屏電容屏價格低中較高高較高壽命3年5年3年3年2年維護免2次/年免1次/年免防暴性一般好一般好好穩(wěn)定性高較高高高一般透明度一般好好好一般安裝形式內(nèi)置或外掛內(nèi)置或外掛內(nèi)置或外掛外掛內(nèi)置觸摸物任何物體手指、軟膠任何物體截面尖銳物不可輸出分辨率4096×40964096×40964096×4096977×7374096×4096抗強光干擾性好好好差差響應(yīng)速度<10ms<10ms<15ms<20ms<15ms跟蹤速度好第二點速度慢好好好人機接口技術(shù)154155人機接口技術(shù)

四線電阻屏聲波屏五線電阻屏紅外屏電容屏誤抬筆動作好一般好好好傳感器損傷影響較小很大較小較小較小污物影響沒有較大沒有較大較大漂移沒有較小較大較大較大適用顯示器純平純平均可純平最好均可防水性好一般好一般好防電磁干擾好一般好好一般適用范圍室內(nèi)或室外室內(nèi)室內(nèi)或室外室內(nèi)室內(nèi)或室外156人機接口技術(shù)觸摸屏實例（移動式氣體檢測儀演示軟件*視頻**）157人機接口技術(shù)觸摸屏實例（電動汽車動態(tài)無線充電演示軟件*視頻**）測控技術(shù)與儀器專業(yè)必修課*智能儀器設(shè)計1581159模擬量與控制信號輸出主要知識點匯總160主要知識點匯總四、模擬量與控制信號輸出技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換器：分類、應(yīng)用、接口電路放大驅(qū)動電路：（1）驅(qū)動電路：小/中/大功率

（2）功率放大電路：各類功率放大器

（D類、E類高頻放大電路）模擬執(zhí)行器：電機、電磁開關(guān)、繼電器控制信號輸出：數(shù)字量（開關(guān)量）輸出與接口，如固

態(tài)繼電器等第4章模擬量與控制信號輸出技術(shù)4.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)和特點4.2D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用4.3數(shù)字量輸出與接口161模擬量輸出4.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)和特點162

模擬量輸出通道作用：將經(jīng)智能儀器處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。模擬量輸出通道組成結(jié)構(gòu)：由D/A轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)、保持器、放大驅(qū)動電路、模擬執(zhí)行器等組成。模擬量輸出163（1）模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)a)單通道獨立型每一通道都是一個獨立結(jié)構(gòu)，包括一個DAC、驅(qū)動/放大電路、模擬執(zhí)行機構(gòu)。

思考：DAC能否直接接執(zhí)行機構(gòu)？模擬量輸出164b)多通道獨立型

各通道采用獨立的DAC，各路輸出可以單獨或同步轉(zhuǎn)換，工作速度快。模擬量輸出165c)多通道共享型各通道共享一個DAC，通過多路模擬開關(guān)切換，分時輸出到保持器中。特點：僅用一個DAC，但工作速度慢，不能實現(xiàn)多路模擬量同步輸出。由于多路模擬開關(guān)和保持電路的引入，輸出精度較低。模擬量輸出166（2）模擬量輸出通道的特點小信號輸出驅(qū)動接口：小功率、中功率、大功率*功率放大：低頻、高頻D/A轉(zhuǎn)換DAC指標：串行/并行輸入、分辨率轉(zhuǎn)換接口：電壓信號、電流信號波形合成：頻率、幅值、占空比可調(diào)輸出干擾抗干擾措施：信號隔離、電源隔離模擬量輸出

思考：輸出直流信號如何控制交流設(shè)備？4.2D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用167D/A轉(zhuǎn)換器原理（權(quán)電阻、倒T型解碼網(wǎng)絡(luò)）

技術(shù)指標（分辨率、轉(zhuǎn)換誤差、建立時間、轉(zhuǎn)