智能仪器的特点和组成

6．2．1　智能仪器的特点和组成

1）智能仪器的特点

微处理机在测量仪器中的使用可以说是测量技术上的一个飞跃，是赋予仪器智能化的核心，增强了仪器的功能和灵活性，使原来用许多硬件逻辑还难以解决或根本无法解决的问题可以用软件来解决。在20世纪80年代出现的智能仪器中，微处理机的功能已相当复杂，并且配备有大量的存储器，但成本增加并不太多。如HP3585A频谱分析仪和FLUKE8520A数字繁用表中的微处理器，它们不仅参与仪器各种功能的控制，参与仪器与外界其他仪器的通信管理，其本身也成了仪器功能的一部分。例如以上两台仪器的核准和若干计算程序主要是由微处理器来完成的。

目前智能仪器接口系统已标准化，给自动测试系统的组建带来了极大的方便。另外，这些智能仪器一般都在其后面板上配置了一组可拨动的地址开关。由于有了一组可变的地址开关，使用者便可以方便地将智能仪器听／讲地址设置在预定的数据上（一般是0、31）。

由于上述微处理器能进行仪器校核以及测量过程的控制，智能仪器的操作达到了自动化，因此也被称为自动测试仪器。传统仪器面板上的开关和旋钮均被键盘所代替，测量人员在测量时只需按键就能完成测试，省掉很多烦琐的人工调节。智能仪器通常都能自动选择量程、自动校准，有的还能自动调正测试点，这样不仅方便了操作，又提高了测试精度。智能仪器在性能上还有两个突出的特点：记忆功能和计算功能。

有了记忆功能，操作者不仅可以很方便地通过面板控制或程序将仪器的工作状态、测试数据存储在指定的存储器中，而且在需要时还可以调用存储器的内容。如HP8165A信号发生器配置有10个存储器，每一个存储器都可用来存放仪器的一组完整的功能设置参数，另外还专门有一个断电寄存器，可以随时存放仪器当前的工作状态参数，仪器断电后，这些参数还可以在其中保留数个星期而不丢失。再如FLUKE8520A数字繁用表，配有50个批处理存储器，这些存储器可用来存放最近获得的50个测量数据，需要时，操作者可以通过面板控制或程控调用指定的数据。

仪器或装置的这种记忆功能在许多场合是非常有用的。例如对某些随机事件或不可重复的事件进行测试时，可以先将这种事件“捕捉”到，然后再进行分析。此外，在进行一些复杂测试的场合，常需频繁地改变仪器的工作状态。这时如预先将仪器的不同工作状态参数存储起来，在需要时再用程序去调用它们，工作时就显得十分方便。

由于配置了微处理器和存储器，仪器不再是简单地获取数据，而是具有一定的计算功能，可以对数据进行某些处理，给测量者提供更多与被测量有关的信息。例如在FLUKE8520A数字繁用表中设计了14个计算程序，这些程序可完成输入信号电平与参考电平的比值、相对偏差、相对偏差百分数、输入信号的平均值、方差、标准差等多种计算。在有的智能仪器中，虽没有配备专用的计算程序，但仪器在某种测试和显示时，实际上进行了很复杂的运算，如HP3585A频谱分析仪就是一例。

为了考虑组成自动测试系统，智能仪器中考虑了能与外界通信的要求，通过IEEE -488接口提供仪器的状态数据，因此使用智能仪器容易组成自动测试系统。

2）智能仪器的基本组成

智能仪器的基本组成如图6．1所示，它类似于计算机结构，与一般计算机结构的差别在于它多了一个专用的外围设备——“测试电路”，以及它与外界的通信一般都通过GP -IP接口系统进行。由于智能仪器具有计算机结构，因此它的工作方式与计算机一样，而与传统的测量仪器差别较大。微处理器是整个智能仪器的核心，固化在只读存储器内的程序是仪器的“灵魂”，系统采用母线结构，所有外围设备（包括测试电路）和存储器都“挂”在母线上，微处理器按地址对它们进行访问。微处理器接受键盘或GP -IB接口的命令，解释并执行这些命令，如发出一个控制信号给某一个电路，或者进行某种数据处理，等等。既然测试电路是微处理机专用的外围设备，那么，在硬件上它们必然有某些形式的接口，如简单的三态门、译码器、A／D转换器（ADC）、D／A转换器（DAC）到程控接口。微处理器通过接口发出各种控制信息给测试电路，以规定功能、启动测量、改变工作方式等。微处理器通过查询，测试电路向微处理器提出中断请求，使微处理器及时了解测试电路的工作状况。当测试电路完成一次测量后，微处理器读取测量数据，进行必要的加工、计算、变换等处理，最后以各种方式输出，如送到显示器显示、打印机打印或送给系统的主控制器。在仪器中引入微处理器后，增加了数据处理功能和自动化的功能，大大减轻了测试者的劳动。对于测量结果，采用微处理器只能得到数据处理上的好处，但对仪器测试性能指标的关键仍在于测试硬件的改进，所以，在智能仪器中对测试硬件的性能是不能忽视的。

图6．1　智能仪器组成框图