智能仪器及其发展前景综述

　　随着微电子技术的不断发展, 以及超大规模集成电路芯片(即单片机)的出现, 智能仪器得到了迅速发展, 并对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学试验等产生了极其深远的影响。

　　1 智能仪器的组成

　　智能仪器主要由硬件和软件两部分组成。

　　( 1) 硬件

　　硬件主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机接口和标准通信接口电路等, 如图 1 所示。

　　主机电路通常由微处理器、程序存储器以及输入输出( I/O) 接口电路等组成, 有时, 主机电路本身就是一个单片机。主机电路主要用于存储程序与数据, 进行一系列的运算和处理, 并参与各种功能控制。

　　模拟量输入输出通道主要由 A/D 转换器、D/A 转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。主要用于输入和输出模拟信号, 实现模数与数模转换。

　　人机接口主要由仪器面板上的键盘和显示器等组成, 用来建立操作者与仪器之间的联系。

　　标准通信接口使仪器可以接受计算机的程控命令,用来实现仪器与计算机的联系。一般情况下, 智能仪器都配有 GPIB 等标准通信接口。

　　( 2) 软件

　　软件即程序, 主要包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三大部分。

　　监控程序面向仪器面板和显示器, 负责完成如下工作: 通过键盘操作, 输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数; 通过控制 I/O 接口电路进行数据采集, 对仪器进行预定的设置; 对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理; 以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。

　　接口管理程序主要面向通信接口, 负责接收并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码, 并根据通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果以响应计算机远程控制命令。

　　数据处理程序主要完成数据的滤波、运算和分析等任务。

　　2 智能仪器的性能特点

　　( 1) 测量过程软件化。整个测量过程在软件控制下进行, 实现了自动化。系统在 CPU 的指挥下, 按照软件程序不断取值、寻址, 进行各种转换、逻辑判断、驱动某一执行元件完成某一动作, 使系统工作按一定的顺序进行下去。比如: 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是用单片机或微控制器来控制操作。软件控制可以简化系统的硬件结构,缩小体积,降低功耗,提高测试系统的可靠性和自动化程度。

　　( 2) 数据处理功能强。能够对测量数据进行存储和处理是智能测试系统的主要优点之一。相比于传统测试系统事后进行数据分析和处理来讲, 智能测试系统采用软件对测量结果进行实时处理和修正, 这不仅将人们从繁重的手工数据处理工作中解脱出来, 大大提高了测量精度, 而且可以对采集的信号进行数字滤波、时域和频域分析, 从而获取更为丰富的信息。另外, 由于智能仪器采用了单片机或微控制器, 这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, 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, 有效地提高了仪器的测量精度。