智能儀器實驗指導

1、1智能儀器實驗指導智能儀器實驗指導(1.0)一、實驗教學目的一、實驗教學目的智能儀器是測控技術與儀器專業(yè)本科生必修的專業(yè)課，是全國高等學校儀器儀表類專業(yè)開設的主干課之一。隨著微型計算機及微電子技術在測試領域中的廣泛應用，儀器儀表在測量原理、準確度、靈敏度、可靠性、多種功能及自動化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了完全突破傳統(tǒng)概念的新一代儀器——智能儀器。儀器的智能化已是現代儀器儀表發(fā)展的主流方向。在信息技術的高速發(fā)展和人工智能應用

2、的推動下，智能儀器必將有更大的進展。因此，學習智能儀器的工作原理、掌握新技術和設計方法無疑是十分重要的。通過智能儀器課程的學習，使學生建立儀器整機系統(tǒng)的概念，掌握智能儀器軟硬件相結合的基本工作原理、主要技術和設計方法，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識與技術進行儀器設計的能力，提高學生靈活性和創(chuàng)新（創(chuàng)造）意識。為達到本課程教學基本要求，主要單元教學內容通過相應的設計性或綜合性實驗，才能加深理解并切實掌握所學的知識和技術，發(fā)現并解決實驗中出現的問題

3、，培養(yǎng)獨立開展設計實驗的能力，積累實踐經驗。綜合單元實驗成果，形成較完整的儀器系統(tǒng)，培養(yǎng)學生的綜合集成設計能力和技術實現能力。二、實驗教學項目設置與任務二、實驗教學項目設置與任務根據課程教學要求，開設四個單元的設計性實驗和一個綜合性實驗共計16學時（另外需要學生按排計劃外16學時），課內外緊密結合，才能保證實驗項目實施。計劃安排見下表。智能儀器實驗教學項目設置一覽表智能儀器實驗教學項目設置一覽表學時分配學時分配序號序號實驗項目名稱實驗項

4、目名稱實驗實驗類型類型內外主要儀器主要儀器設備備注備注1儀用放大器和濾波電路設計與實現設計性實驗33萬用表、示波器、信號發(fā)生器等進入實驗前自行完成原理圖設計2電壓信號數據采集子系統(tǒng)設計與實現設計性33微機、單片機開發(fā)系統(tǒng)、信號發(fā)生器、示波器等先期完成原理圖設計和編寫采集程序3鍵盤及LCD顯示設計性23微機、單片機開發(fā)系統(tǒng)先期完成原理設計、編寫程序4基本數據處理算法設計性23微機先期編寫算法程序，擬定實驗數據5微機內嵌式智能儀器綜合實驗綜

5、合性44微機、單片機開發(fā)系統(tǒng)、信號發(fā)生器、示波器、溫度計等完成前四個實驗并保留其軟硬件成果3智能儀器實驗項目智能儀器實驗項目實驗項目一實驗項目一儀用放大器和濾波電路設計與實現儀用放大器和濾波電路設計與實現1實驗目的實驗目的放大器和濾波器是智能儀器數據采集通道非常重要的環(huán)節(jié)，在某種意義下成為影響儀器性能指標的關鍵電路。通過本實驗，使學生能夠根據被測對象或傳感器輸出信號的幅度大小、頻率范圍等特性，結合所設計儀器采集系統(tǒng)的技術指標，運用模擬電

6、子技術、信號與系統(tǒng)等課程所學的有關知識，設計并實現儀用放大器和抗混疊濾波器。2設計原理與任務設計原理與任務（1）儀用放大器是一種高性能的放大器，其對稱性結構可同時滿足對放大器的抗共模干擾能力、輸入阻抗、閉環(huán)增益的時間和溫度穩(wěn)定性等不同的性能要求。儀用放大器內部基本結構如圖下圖所示，它由三個通用運算放大器構成，第一級為兩個對稱的同相放大器，第二級是一個差動放大器。儀用放大器上下對稱，即圖中R1=R2，R4＝R6，R5＝R7?？梢酝瞥鰞x用放

7、大器閉環(huán)增益為：451)21(RRRRAGf???假設R4=R5，即第二級運算放大器增益為1，則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：)21(1GfRRA???由上式可知，通過調節(jié)電阻RG，可以很方便地改變儀用放大器的閉環(huán)增益。當采用集成儀用放大器時，RG一般為外接電阻。目前，市場上可供選擇的儀用放大器較多，在實際的設計過程中，可根據模擬信號調理通道的設計要求，并結合儀用放大器的主要性能指標確定具體的放大電路。（2）有源或無源RC濾波電路是常用