智能仪器

功能特点

　　随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。

　　与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：

　　①操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。

　　②具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。

　　③具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。

　　④具有友好的人机对话能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。

　　⑤具有可程控操作能力。一般智能仪器都配有GPIB、RS232C、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。

典型结构

　　智能仪器由硬件和软件两大部分组成。

　　硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。

　　智能仪器的软件分为监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序；接口管理程序是面向通信接口的管理程序，接收并分析来自通信接口总线的远控命令。

设计要点

　　一、 设计、研制智能仪器的一般过程

　　1． 确定设计任务

　　根据仪器设计目标，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。设计任务说明书是设计人员设计的基础，应力求准确简洁。

　　2． 拟制总体设计方案

　　先依据设计要求提出几种可能的方案，每个方案应包括仪器的工作原理，采用的技术，重要元器件的性能等；然后对各方案进行可行性论证，包括重要部分的理论分析与计算以及必要的模拟实验，以验证方案是否能达到设计的要求；再兼顾各方面因素选择其中之一作为仪器的设计方案。

　　3． 确定仪器工作总框图

　　采用自上而下的方法，把仪器划分成若干个便于实现的功能模块，并绘制出相应的硬件和软件工作框图。设计者应该根据仪器性能价格比、研制周期等因素对硬件、软件的选择做出合理安排。软件和硬件的划分往往需要经过多次折中才能取得满意的结果，设计者应在设计过程中进行认真权衡。

　　4．硬件电路和软件的设计与调试

　　一旦仪器工作总框图确定之后，硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。

主机的选择

　　在实际微处理器选择中，往往会感到许多型号的微处理器都能满足设计要求，这时主要取决于设计人员对某种微处理器的熟悉程度。由于51系列单片机是单片机的主流机型，技术性能及开发手段都较成熟，并在我国应用较普遍，因而，51系列单片机在智能仪器设计中得到了广泛应用。

　　在选择智能仪器主机电路时，目前应尽量先选用性能价格比高的8位/16位单片机，同时也要关注技术的进展，不失时机地把的含有微处理器的电路芯片或单板机平台引入到智能仪器的设计中来。