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。
软件又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。 智能仪表的主要特点1) 、智能仪表使用键盘来操控仪表，从而使仪表面板的布置不再仪表内部功能部件的安排的限制和牵连，方便了仪表的设计和操作。2) 微处理器的运用极大地提高了仪表的性能。3) 智能仪表运用微处理器的控制功能，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、自动校准、自诊断等功能，有力地改善了仪表的自动化测量水平。4) 智能仪表具有友好的人-机对话的能力。5) 智能仪表一般都配有通信接口。
独立式智能仪表 独立式智能仪表简称智能仪表，自身带有微处理器和GP –IB 等通信接口的能独立进行测试工作的电子仪表。独立式智能仪表在结构上自成一体，因而使用灵活方便，在技术上已经比较成熟。
自动测试系统 将一台PC 机与多台带有 GP-IB 标准仪器总线接口的智能仪器组合而成的仪器系统。PC 机作为仪器系统的控制者，通过执行测试软件，实现对测量全过程的控制与测量结果的处理。此时，智能仪器面板的控制按键已不起作用。
个人仪表系统 个人仪器是在智能仪器的基础上，伴随着个人计算机(PC)登上电子测量的舞台而创造出的一种崭新的仪器品种，它是将原智能仪器中的测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡，插入到PC 的总线插槽或扩展箱内，而原智能仪器所需的键盘、显示器以及存储器等均借助于PC 机的资源，就构成了早期的个人仪器（又称PC 仪器或仪器卡） １基于PC 机内部总线的仪表系统２基于独立仪器总线的仪表系统３基于统一标准的VXI 总线仪表系统
设计、研制智能仪表的一般过程1确定设计任务2拟制总体设计方案3确定仪器工作总框图 4硬件电路和软件的设计与调试
硬件设计：先根据仪器硬件框图按模块分别对各单元电路进行电路设计；然后将各单元电路按硬件框图将各部分电路组合在一起，构成完整的整机硬件电路图。在完成电路设计之后，即可绘制印刷电路板，然后进行装配与调试。
部分硬件电路调试可以先采用某种信号作为激励，通过检查电路能否得到预期的响应来验证电路；但智能仪器大部分电路功能调试需要编制一些小调试程序分别对各硬件单元电路的功能进行检查，而整机功能须在硬件和软件设计完成之后才能进行。
软件设计：先进行软件总体结构设计并将程序划分为若干个相对独立的模块；接着画出每个程序模块的流程图并编写程序；最后按照软件总体结构框图，将其连接成完整的程序。 软件调试：先按模块分别调试，然后再连接起来进行总调。智能仪器的软件和硬件是一个密切相关的整体，因此只有在相应的硬件系统中调试，才能最后证明其正确性。硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。调试中可能会遇到各种问题，若属于硬件故障，应修改硬件电路的设计；若属于软件问题，应修改相应程序；若属系统问题，则应对软件、硬件同时给以修改，如此往返，直至合格。
联调中必须对设计所要求的全部功能进行测试和评价，以确定仪器是否符合预定的性能指标，若发现某一功能或指标达不到要求，则应变动硬件或修改软件，重新调试直至满意为止。 MCS —51一个8位中央处理机CPU 。 128个字节（MCS —52子系列为256字节）的片内数据存储器RAM 。4 KB（MCS —52子系列为8 KB）的片内程序只读存储器ROM 或EPROM （8031和8032无）。18个（MCS —52子系列为21个）特殊功能寄存器SFR 。4个8位并行输入输出I/O接口: P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共32线）, 用于并行输入或输出数据。1个串行I/O接口。 2个（MCS —52子系列为3个）16位定时器/计数器。 1个具有5个（MCS —52子系列为6个或7个）中断源, 可编程为2个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断申请, 定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。（39脚～32脚）: P0.0～P0.7
统称为P0口。1脚～8脚）: P1.0～P1.7统称为P1口, 可作为准双向I/O接口使用。 21脚～28脚）: P2.0～P2.7统称为P2口, 一般可作为准双向I/O接口。10脚～17脚）: P3.0～P3.7统称为P3口。
中央处理器是单片机内部的核心部件, 它决定了单片机的主要功能特性。 它由运算部件和控制部件两大部分组成。算术逻辑单元ALU 与累加器ACC 、 寄存器B
程序状态字 CY （PSW.7）进位标志位 AC （PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。 F0（PSW.5）—由用户定义的标志位RS1（PSW.4）、 RS0（PSW.3）工作寄存器组选择位OV （PSW.2）—溢出标志位。由硬件置位或清零。PSW.1未定义位。P （PSW.0）奇偶标志位
布尔处理机MCS —51单片机ALU 所具有的一种功能。 单片机指令系统中的布尔指令集（17条位操作指令）, 存储器中的位地址空间, 以及借用程序状态标志寄存器PSW 中的进位标志CY 作为位操作―累加器‖, 构成了单片机内的布尔处理机
控制部件是单片机的神经中枢, 它包括定时和控制电路、 指令寄存器、 译码器以及信息传送控制等部件。时钟产生有两种方式: 一种是内部时钟方式; 一种是外部时钟方式
存储器的分类片内、 片外程序存储器 寻址空间分布可分为: 程序存储器、 内部数据存储器和外部数据存储器3大部分; 从功能上可分为: 程序存储器、 内部数据存储器、 特殊功能寄存器、 位地址空间和外部数据存储器5大部分。
CPU 时序 振荡周期: 为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡源周期）。状态周期: 2个振荡周期为1个状态周期, 用S 表示。机器周期: 1个机器周期含6个状态周期, 用S1、 S2、 „、 S6表示, 共有12个节拍。指令周期：执行一条指令所占用的全部时间，它以机器周期为单位。
外接晶振为12 MHz时, MCS—51单片机的4个时间周期的具体值为:
振荡周期=1/12 μs;
状态周期=1/6 μs;
机器周期=1 μs;
指令周期=1～4 μs
复位分为上电复位和外部复位两种方式。
输入通道的特点1输入通道要尽量靠近被测对象2输入通道所处的环境无主观选择余地3前向通道的复杂程度还取决于传感、变换器件的选择4前向通道往往是模拟、数字混杂电路。 实现非电量信号向电信号的转换、小信号放大、滤波；零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等。
转换范围：与被测量实际变化范围相一致。转换精度：符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标( 一般应优于系统精度的十倍左右 ) ；转换速度（带宽）：符合整机要求；能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等；能满足用户对可靠性和可维护性的要求。 什么是程控增益放大器? 在通用仪器中为了在整个测量范围内获得合适的分辨率, 提高测量精度, 常采用可变增益放大器, 在智能仪器中，放大器的增益由仪器内置计算机的程序控制。这种由程序控制增益的放大器，称为程控增益放大器。简称程控放大器
程控增益放大器使用二大优势1减少放大器的数量, 降低成本2程控增益放大器通用性很好 程控增益放大器由放大器，可变反馈电阻网络，控制接口三部分组成
程控放大器与普通放大器的区别1反馈电阻网络可变2反馈电阻网络受控于控制接口的输出信号3) 由不同的控制信号，产生不同的反馈系数，改变放大器的闭环增益。
T 型电阻网络有如下特点 网络各节点的等效电阻 网络各节点反馈电压
反相放大器与同相放大器的区别在与，它的反馈电路是接在反相端上的，理想状态下，它是一个比例放大器，它的增益为：
仪用放大器的作用 只能用在要求不高，条件不太恶劣的场合，当它们的性能不能满足应用要求时，可以使用仪用放大器。仪用放大器是一种精密的差动电压增益器件，它的特点是：高输入阻抗，低偏置电流，低漂移，高共模抑制，平衡的差动输入和单端输出，放大增益可由用户选择电阻来设定。它的主要用途是作传感器信号的放大，或作差动小信号的前置放大 隔离放大器的作用及使用场合 来自工业生产过程现场传感器的检测信号不可避免会夹杂有形形色色的干扰和噪声，尤其是存在严重的用电干扰，被测弱信号中叠加了很高的共模电压。若共模电压高于千伏以上，仍用非隔离的放大器，就会受到严重的损害。还可以屏蔽和抑制外来的干扰，提高仪器的精度和可靠度。它通过光耦合或磁耦合的办法来实现信号的联系，完成放大功能，而输入输出电路没有直接的电耦合，因此可实现电路隔离，故也叫隔离器，即完成信息传递中的不共地，从而抵抗共模电压的干扰，同时要求电源也是隔离电源。它主要用在以下场合：1）测量处于高共模电压下的低电平信号2）消除由于对信号源地网络的干扰（如大电流的跳变）所引起的测量误差3）避免构成地回路及其寄生拾取问题（不需要对偏流提供返回通路）4）保护应用系统电路不致于因输入端或输出端大的共模电压造成损伤5）在医疗仪器中为病人提供安全接口
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻来实现，加上RC 滤波和二极管限幅等保护，如图（a ）所示，其中R2为精密电阻。对于0- 10 mA 输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω，这样当输入电流在0 -10 mA量程变化时，输出的电压就为0 -5 V范围；而对于4 -20 mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=250Ω，这样当输入电流为4 -20 mA时，输出的电压为1 - 5 V。
1、多路开关CD4051是一个双向8通道多路开关，它有3个二进制控制输入端A 、B 、C 和一个禁止输入端，并由3位二进制信号来选择8个通道中的一个通道。当 为“1”时，通道断开，禁止模拟量输入；当 为“0" ，通道接通，允许模拟量输入。
CD4052为双向4通道多路开关，其工作原理与CD4051相似， 两者不同之处在于CD4052只有两个通道选择输入端A 、B ，这样可以选择4种状态。译码器译出的每一种状态同时控制X 、Y 两个开关。因此，这种开关适宜做差动信号输入的多路开关。CD4053为三重两通道多路开关，其原理与CD4052基本相同。不同的是它可以一次接通3个通道，此外它有3个二选一译码器
采样／保持器有两种工作方式：一种是采样方式；另一种是保持方式。
A/D转换时间tC 内S/H理想情况下应保持不变
AD582是由高性能运算放大器、低泄漏电阻的模拟开关及一个由结型场效应管组成的输入放大器等三部分组成。
AD582的使用特点如下： 1） 采样时间比较短， 最短可达6 μs 。 该时间与所选择的保持电容的大小有关2） 保持电容器C 充电电流与保持时的电容漏电流之间的比值可达107。该比值越大，表明保持电压下降速率越低3） 输入信号电平可达电源电压±VS ， 可适用于12位的A ／D 转换器4） 使用时要把模拟地与数字地相互隔开， 以提高抗干扰能力5） 可与任何独立的运算放大器连接， 以控制增益或频率响应， 并提供反相信号。 LF198／LF298／LF398是一种具有采样速度高、保持电压下降速率慢及精度高的单片集成采样／保持器，采用双极型—结型场效应管工艺。 当逻辑控制信号为高电平时，处于跟随状态；为低电平时处于保持状态。 LF198／LF298／LF398的电路结构完全相同，只是某些电气参数稍有不同
LF398使用的极限参数如下①电源电压为±18 V ②功率耗散(封装限制) 为500 mW ③工作环境温度范围LF198／LF198A 为－55～+125℃， LF298为－25～+85℃， LF398为0～+150℃④ 存储温度范围为－65～+150℃⑤ 输入电压为电源电压⑥逻辑到逻辑基准的差动电压为+7 V ， －30 V ⑦输出短路持续时间不确定⑧保持电容器短路持续时间为10 s ⑨ 引线温度(焊锡，10 s)为300℃。
开关量输出的隔离1 光耦隔离：优点：寿命长，速度快（与继电器比）2 继电器：优点：驱动能力大（安培级）缺点：寿命短，速度慢
开关量输出的驱动 一、晶体管输出 二、继电器 三、固态继电器
达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的特点，同时多对复合管也非常适用于计算机控制系统中的多路负荷。
由于继电器线圈需要一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作
开关量输入（DI ）通道，无条件传送式DI 中断控制式DI 直接中断式DI
中断式适用于下列情况：偶然发生的事件 要求紧急处理的事件
输入端口的保护 电平匹配 限幅（电压） 限流 隔离 RC 滤波\
常用的隔离方式有：光耦合：电气信号链路中间的一部分用光信号传递。常用的器件是光电耦合器。磁耦合：电气信号链路中间的一部分用磁信号传递。
输出模拟量有两种主要方式：数模转换器 权电阻网络/直接给出模拟电压 PWM 脉冲调宽，需接滤波器
DAC 的性能指标 分辨率 DAC 所能分辨的最小电压增量。它反映了DAC 对微小输入量变化的敏感性。分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示 转换精度 用最大的静态转换误差的形式表示，这个转换误差应包括非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差，它反映了实际输出电压与理论输出电压之间的接近程度。 转换时间 DAC 的输入数字量有满刻度值的变化时，其输出模拟信号电压达到满刻度值1/2LSB（最低有效位）时所需要的时间。线性度 通常用非线性误差的大小表示DAC 的线性度。在D/A转换时，若数据连续转换，则输出的模拟量应该是线性的。即在理想情况下，DAC 的转换特性应是线性的，实际转换中，把理想的输入／输出特性的偏差与满刻度输入之比的百分数，称为非线性误差。 输出电平 不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大。一般为5V ～10V ，有的高压输出型的输出电平则高达24V ～30V 。
需要隔离时：1 并行DAC 常在模拟输出端隔离2 串行DAC 常在DAC 与MCU 之间隔离 DAC0832工作方式1) 单缓冲方式: 适用只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统2) 双缓冲方式 多路D/A转换，要求同步进行，就应该采用双缓冲器方式 ADC 的分辨率所能分辨的输入模拟量的最小变化量。用ADC 输出数字量的位数n 表示，代表ADC 有2n 个可能状态，可分辨出满量程值的1/2n 的输入变化量。此输入变化量称为1LSB 转换时间 A/D转换器完成一次转换所需的时间定义为A/D转换时间。其倒数称为转换速率 与实现转换所采用的电路技术有关 与位数有关 采集系统转换时间还与接口模式有关 转换误差与精度 AD 转换结果的实际值与真实值之间的偏差，用最低有效位数LSB 或满量程值的百分数表示 量化误差 偏移误差\ 量程误差 非线性误差
一个n 位A/D转换器是由n 位寄存器、n 位D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。
V/F型ADC 由V/F转换器和计数器构成。V/F型ADC 的特点是：与积分式ADC 一样，对工频干扰有一定的抑制能力；分辨率较高；特别适合现场与主机系统距离较远的应用场合；易于实现光电隔离。
显示方式 静态显示 动态显示
智能仪器的外设通常包括键盘，显示器，打印机和各种接口芯片
键的种类：机械弹簧式 导电橡胶式 压感式
1识键 判断是否有键按下。若有，则进行译码 若无，则等待或转做别的工作2译键识别出
哪一个键被按下并求出被按下键的键值3键值分析根据键值，找出对应处理程序的入口并执行之。
键盘按其工作原理可分为编码式键盘和非编码式键盘
键盘的工作方式 编程扫描工作方式、中断工作方式和定时扫描工作方式
当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象。即当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通；当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来。抖动时间视按键材料不同一般为5ms ～10ms 。
(1) 硬件电路消除法：利用RS 触发器来吸收按键的抖动如图所示。一旦有按键按下时，触发器就立即翻转，触点的抖动便不会再对输出产生影响，按键释放时亦然。
(2) 软件延时法：当判定按键按下时，用软件延时10ms ～20ms ，等待按键稳定后重新再判一次，以躲过触点抖动期
当按下某按键时，对应的功能分析程序会得以执行。如果在操作者释放按键之前，对应的功能得以多次执行，如同操作者在连续不断操作该键一样，这种现象就称为连击。软件方法来解决， 把连击现象加以合理利用，有时会给操作者带来方便。例如在某些简易仪器没安排0～9数字按键，而合理利用连击现象，只设置一只调整按键，采用加1（或减1 ）的方法来调整有关参数。
无锁键即按键。当键按下时，按键的两个触头接通；松开时，两个触头断开，恢复开路。无锁键在逻辑上等效于单稳态。自锁键在逻辑上等效于双稳态。当第一次按下时(包括松开后) ，
其按键两个触头接通；第二次按下及松开后，两个触头又断开，不断地按此规律动作。 互锁键是指一组具有互锁关系的按键开关。当这一组按键开关之一被选择时(即对应的开关接通) ，与该键有互锁关系的其他键都将断开。或者说，具有互锁关系的这组按键，某时刻最多只能有一个键被选择。
非编码键盘按照与主机连接方式的不同，有独立式、矩阵式和交互式
扫描工作方式的行扫描法来识别键值 中断工作方式的线路反转法来识别键值
步骤如下：(1) 判是否有键按下。使端口 C 所有的行输出均为低电平，然后从端口A 读入列值。如果没有键按下，读入值应为FFH ，如果有键按下，则不为FFH 。(2) 若有键按下，则延时10ms ，再判断是否确实有键按下。(3) 若确实有键按下，则求出按下键的键值。其实现方法是对键盘进行逐行扫描。即先令PC0为0，读入列值，若列值等于FFH ，说明该行无键按下，再令PC1为0，对下一行进行扫描；若列值不等于FFH ，说明该行有键按下，求出其键值。求键值时要设置行值寄存器和列值寄存器。每扫完一行，若无键按下，则行值寄存器加上08H ；若有键按下，行值寄存器保持原值，转而求相应的列值。求列值的方法是，将列值右移，每移位一次列值寄存器加1，直至移出位为低电平为止。最后将行值和列值相加即得键值。若需要十进制键值，可进行DAA 修正。(4) 为保证按键每闭合一次CPU 只做一次处理，程序需等闭合的键释放后再对其做处理
键盘分析程序 直接分析法 根据当前按键的键值，把控制直接分支到相应处理程序的入口，而无须知道在此之前的按键情况 状态分析法 状态分析法将键盘分析程序作为时序系统，在一定的条件下系统可以处于某种状态，当条件改变后，它的状态可以发生变迁，即从一个状态变到另一个状态
状态分析法可分为以下四步进行：1） 用状态图准确表述按键操作序列的定义2）由上述状态图导出的状态表。 状态表是键盘分析程序的核心3） 固化状态表：为了让微处理器能使用状态表，应将其转变成可供微处理器查询的形式4） 设计键盘分析程序的设计
GP-IB 标准包括接口与总线两部分：接口部分是由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传输的信息进行发送、接收、编码和译码；总线部分是一条无源的多芯电缆，用做传输各种消息。
控者、讲者、听者被称为系统功能的三要素，对于系统中的某一台装置可以具有三要素中的一个、两个或全部。GP-IB 系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与控者的功能。
线上传递的各种信息通称为消息。带标准接口的智能仪器按功能可分为仪器功能和接口功能两部分，所以消息也有仪器消息和接口消息之分。
接口消息是指用于管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者发出而只被接口部分所接收和使用。
GP －IB 8条双向数据总线（DIO1～DIO8） 3条数据挂钩联络线（DA V ，NRFD 和NDAC 5条接口管理控制线（A TN ，IFC ，REN ，EOI 和SRQ
通信就是传递信息（包括模拟信息和数字信息）。数据(data) ：欲传送的数字、文本和图形图像等 信号 数据的表现形式。包括非电信号和电信号。电信号又可分为模拟信号和数字信号 异步通信：无同步时钟信号的通信方式。数据帧以字节为单位；同步通信：有同步时钟信号的通信方式；数据帧以数据块为单位
单工通信：信号只能沿单一方向传输；半双工通信（Half Duplex）：信号可沿两个方向传输，但同一时刻只能沿单一方向传输；全双工通信（Full Duplex）：信号可同时沿两个方向传输。 铜缆：双绞线 同轴电缆：光纤：多模光纤 传输距离
干扰传播途径主要有：电场耦合 磁场耦合 公共阻抗耦合
按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长线传输干扰。
共模干扰的抑制措施主要有三种：变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽
差模干扰信号 采用双绞线 滤波器 积分式或双积分式A/D转换器 调制解调器 电源引入的干扰是主要干扰之一；干扰大部分是由电源耦合产生的。
电源变压器中设置合理的屏蔽（静电屏蔽和电磁屏蔽）是一种有效的抗干扰措施，它是在电源变压器的初级和次级之间加屏蔽层 。
抑制尖峰干扰的方法① 在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性② 在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲③ 在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。 直流侧的抗干扰措施 去耦法 增设稳压块法
系统中接地的目的通常有两个一是为了安全，即安全接地二是为了保证控制系统稳定可靠工作，提供一个基准电位的接地，即工作接地。
有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地和交流地。
当频率小于1MHz 时，可以采用单点接地方式；当频率高于10MHz 时，可采用多点接地方式。在1MHz 至10MHz 之间，如果单点接地，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应使用多点接地。
输入信号源有接地 而接收端浮地，则屏蔽层应在信号源端接地 和浮地 接收端接地，则屏蔽层应在接收端接地
数字滤波优点。由于采用了程序实现滤波，无需硬件器件，不受外界的影响，实现对频率很低（如0.01Hz ）信号的滤波，灵活、方便、功能强
提高抗干扰能力 1重复输出同一数据 2抗干扰编码
复位 掉电保护 指令冗余 软件陷阱 Watchdog 技术
平均故障间隔时间MTBF
影响仪器可靠性的因素 元器件的可靠性 工艺 电路结构 环境因素 人为因素
避错和容错也是软件可靠性设计的两种主要方法。
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。
软件又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。 智能仪表的主要特点1) 、智能仪表使用键盘来操控仪表，从而使仪表面板的布置不再仪表内部功能部件的安排的限制和牵连，方便了仪表的设计和操作。2) 微处理器的运用极大地提高了仪表的性能。3) 智能仪表运用微处理器的控制功能，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、自动校准、自诊断等功能，有力地改善了仪表的自动化测量水平。4) 智能仪表具有友好的人-机对话的能力。5) 智能仪表一般都配有通信接口。
独立式智能仪表 独立式智能仪表简称智能仪表，自身带有微处理器和GP –IB 等通信接口的能独立进行测试工作的电子仪表。独立式智能仪表在结构上自成一体，因而使用灵活方便，在技术上已经比较成熟。
自动测试系统 将一台PC 机与多台带有 GP-IB 标准仪器总线接口的智能仪器组合而成的仪器系统。PC 机作为仪器系统的控制者，通过执行测试软件，实现对测量全过程的控制与测量结果的处理。此时，智能仪器面板的控制按键已不起作用。
个人仪表系统 个人仪器是在智能仪器的基础上，伴随着个人计算机(PC)登上电子测量的舞台而创造出的一种崭新的仪器品种，它是将原智能仪器中的测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡，插入到PC 的总线插槽或扩展箱内，而原智能仪器所需的键盘、显示器以及存储器等均借助于PC 机的资源，就构成了早期的个人仪器（又称PC 仪器或仪器卡） １基于PC 机内部总线的仪表系统２基于独立仪器总线的仪表系统３基于统一标准的VXI 总线仪表系统
设计、研制智能仪表的一般过程1确定设计任务2拟制总体设计方案3确定仪器工作总框图 4硬件电路和软件的设计与调试
硬件设计：先根据仪器硬件框图按模块分别对各单元电路进行电路设计；然后将各单元电路按硬件框图将各部分电路组合在一起，构成完整的整机硬件电路图。在完成电路设计之后，即可绘制印刷电路板，然后进行装配与调试。
部分硬件电路调试可以先采用某种信号作为激励，通过检查电路能否得到预期的响应来验证电路；但智能仪器大部分电路功能调试需要编制一些小调试程序分别对各硬件单元电路的功能进行检查，而整机功能须在硬件和软件设计完成之后才能进行。
软件设计：先进行软件总体结构设计并将程序划分为若干个相对独立的模块；接着画出每个程序模块的流程图并编写程序；最后按照软件总体结构框图，将其连接成完整的程序。 软件调试：先按模块分别调试，然后再连接起来进行总调。智能仪器的软件和硬件是一个密切相关的整体，因此只有在相应的硬件系统中调试，才能最后证明其正确性。硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。调试中可能会遇到各种问题，若属于硬件故障，应修改硬件电路的设计；若属于软件问题，应修改相应程序；若属系统问题，则应对软件、硬件同时给以修改，如此往返，直至合格。
联调中必须对设计所要求的全部功能进行测试和评价，以确定仪器是否符合预定的性能指标，若发现某一功能或指标达不到要求，则应变动硬件或修改软件，重新调试直至满意为止。 MCS —51一个8位中央处理机CPU 。 128个字节（MCS —52子系列为256字节）的片内数据存储器RAM 。4 KB（MCS —52子系列为8 KB）的片内程序只读存储器ROM 或EPROM （8031和8032无）。18个（MCS —52子系列为21个）特殊功能寄存器SFR 。4个8位并行输入输出I/O接口: P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共32线）, 用于并行输入或输出数据。1个串行I/O接口。 2个（MCS —52子系列为3个）16位定时器/计数器。 1个具有5个（MCS —52子系列为6个或7个）中断源, 可编程为2个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断申请, 定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。（39脚～32脚）: P0.0～P0.7
统称为P0口。1脚～8脚）: P1.0～P1.7统称为P1口, 可作为准双向I/O接口使用。 21脚～28脚）: P2.0～P2.7统称为P2口, 一般可作为准双向I/O接口。10脚～17脚）: P3.0～P3.7统称为P3口。
中央处理器是单片机内部的核心部件, 它决定了单片机的主要功能特性。 它由运算部件和控制部件两大部分组成。算术逻辑单元ALU 与累加器ACC 、 寄存器B
程序状态字 CY （PSW.7）进位标志位 AC （PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。 F0（PSW.5）—由用户定义的标志位RS1（PSW.4）、 RS0（PSW.3）工作寄存器组选择位OV （PSW.2）—溢出标志位。由硬件置位或清零。PSW.1未定义位。P （PSW.0）奇偶标志位
布尔处理机MCS —51单片机ALU 所具有的一种功能。 单片机指令系统中的布尔指令集（17条位操作指令）, 存储器中的位地址空间, 以及借用程序状态标志寄存器PSW 中的进位标志CY 作为位操作―累加器‖, 构成了单片机内的布尔处理机
控制部件是单片机的神经中枢, 它包括定时和控制电路、 指令寄存器、 译码器以及信息传送控制等部件。时钟产生有两种方式: 一种是内部时钟方式; 一种是外部时钟方式
存储器的分类片内、 片外程序存储器 寻址空间分布可分为: 程序存储器、 内部数据存储器和外部数据存储器3大部分; 从功能上可分为: 程序存储器、 内部数据存储器、 特殊功能寄存器、 位地址空间和外部数据存储器5大部分。
CPU 时序 振荡周期: 为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡源周期）。状态周期: 2个振荡周期为1个状态周期, 用S 表示。机器周期: 1个机器周期含6个状态周期, 用S1、 S2、 „、 S6表示, 共有12个节拍。指令周期：执行一条指令所占用的全部时间，它以机器周期为单位。
外接晶振为12 MHz时, MCS—51单片机的4个时间周期的具体值为:
振荡周期=1/12 μs;
状态周期=1/6 μs;
机器周期=1 μs;
指令周期=1～4 μs
复位分为上电复位和外部复位两种方式。
输入通道的特点1输入通道要尽量靠近被测对象2输入通道所处的环境无主观选择余地3前向通道的复杂程度还取决于传感、变换器件的选择4前向通道往往是模拟、数字混杂电路。 实现非电量信号向电信号的转换、小信号放大、滤波；零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等。
转换范围：与被测量实际变化范围相一致。转换精度：符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标( 一般应优于系统精度的十倍左右 ) ；转换速度（带宽）：符合整机要求；能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等；能满足用户对可靠性和可维护性的要求。 什么是程控增益放大器? 在通用仪器中为了在整个测量范围内获得合适的分辨率, 提高测量精度, 常采用可变增益放大器, 在智能仪器中，放大器的增益由仪器内置计算机的程序控制。这种由程序控制增益的放大器，称为程控增益放大器。简称程控放大器
程控增益放大器使用二大优势1减少放大器的数量, 降低成本2程控增益放大器通用性很好 程控增益放大器由放大器，可变反馈电阻网络，控制接口三部分组成
程控放大器与普通放大器的区别1反馈电阻网络可变2反馈电阻网络受控于控制接口的输出信号3) 由不同的控制信号，产生不同的反馈系数，改变放大器的闭环增益。
T 型电阻网络有如下特点 网络各节点的等效电阻 网络各节点反馈电压
反相放大器与同相放大器的区别在与，它的反馈电路是接在反相端上的，理想状态下，它是一个比例放大器，它的增益为：
仪用放大器的作用 只能用在要求不高，条件不太恶劣的场合，当它们的性能不能满足应用要求时，可以使用仪用放大器。仪用放大器是一种精密的差动电压增益器件，它的特点是：高输入阻抗，低偏置电流，低漂移，高共模抑制，平衡的差动输入和单端输出，放大增益可由用户选择电阻来设定。它的主要用途是作传感器信号的放大，或作差动小信号的前置放大 隔离放大器的作用及使用场合 来自工业生产过程现场传感器的检测信号不可避免会夹杂有形形色色的干扰和噪声，尤其是存在严重的用电干扰，被测弱信号中叠加了很高的共模电压。若共模电压高于千伏以上，仍用非隔离的放大器，就会受到严重的损害。还可以屏蔽和抑制外来的干扰，提高仪器的精度和可靠度。它通过光耦合或磁耦合的办法来实现信号的联系，完成放大功能，而输入输出电路没有直接的电耦合，因此可实现电路隔离，故也叫隔离器，即完成信息传递中的不共地，从而抵抗共模电压的干扰，同时要求电源也是隔离电源。它主要用在以下场合：1）测量处于高共模电压下的低电平信号2）消除由于对信号源地网络的干扰（如大电流的跳变）所引起的测量误差3）避免构成地回路及其寄生拾取问题（不需要对偏流提供返回通路）4）保护应用系统电路不致于因输入端或输出端大的共模电压造成损伤5）在医疗仪器中为病人提供安全接口
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻来实现，加上RC 滤波和二极管限幅等保护，如图（a ）所示，其中R2为精密电阻。对于0- 10 mA 输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω，这样当输入电流在0 -10 mA量程变化时，输出的电压就为0 -5 V范围；而对于4 -20 mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=250Ω，这样当输入电流为4 -20 mA时，输出的电压为1 - 5 V。
1、多路开关CD4051是一个双向8通道多路开关，它有3个二进制控制输入端A 、B 、C 和一个禁止输入端，并由3位二进制信号来选择8个通道中的一个通道。当 为“1”时，通道断开，禁止模拟量输入；当 为“0" ，通道接通，允许模拟量输入。
CD4052为双向4通道多路开关，其工作原理与CD4051相似， 两者不同之处在于CD4052只有两个通道选择输入端A 、B ，这样可以选择4种状态。译码器译出的每一种状态同时控制X 、Y 两个开关。因此，这种开关适宜做差动信号输入的多路开关。CD4053为三重两通道多路开关，其原理与CD4052基本相同。不同的是它可以一次接通3个通道，此外它有3个二选一译码器
采样／保持器有两种工作方式：一种是采样方式；另一种是保持方式。
A/D转换时间tC 内S/H理想情况下应保持不变
AD582是由高性能运算放大器、低泄漏电阻的模拟开关及一个由结型场效应管组成的输入放大器等三部分组成。
AD582的使用特点如下： 1） 采样时间比较短， 最短可达6 μs 。 该时间与所选择的保持电容的大小有关2） 保持电容器C 充电电流与保持时的电容漏电流之间的比值可达107。该比值越大，表明保持电压下降速率越低3） 输入信号电平可达电源电压±VS ， 可适用于12位的A ／D 转换器4） 使用时要把模拟地与数字地相互隔开， 以提高抗干扰能力5） 可与任何独立的运算放大器连接， 以控制增益或频率响应， 并提供反相信号。 LF198／LF298／LF398是一种具有采样速度高、保持电压下降速率慢及精度高的单片集成采样／保持器，采用双极型—结型场效应管工艺。 当逻辑控制信号为高电平时，处于跟随状态；为低电平时处于保持状态。 LF198／LF298／LF398的电路结构完全相同，只是某些电气参数稍有不同
LF398使用的极限参数如下①电源电压为±18 V ②功率耗散(封装限制) 为500 mW ③工作环境温度范围LF198／LF198A 为－55～+125℃， LF298为－25～+85℃， LF398为0～+150℃④ 存储温度范围为－65～+150℃⑤ 输入电压为电源电压⑥逻辑到逻辑基准的差动电压为+7 V ， －30 V ⑦输出短路持续时间不确定⑧保持电容器短路持续时间为10 s ⑨ 引线温度(焊锡，10 s)为300℃。
开关量输出的隔离1 光耦隔离：优点：寿命长，速度快（与继电器比）2 继电器：优点：驱动能力大（安培级）缺点：寿命短，速度慢
开关量输出的驱动 一、晶体管输出 二、继电器 三、固态继电器
达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的特点，同时多对复合管也非常适用于计算机控制系统中的多路负荷。
由于继电器线圈需要一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作
开关量输入（DI ）通道，无条件传送式DI 中断控制式DI 直接中断式DI
中断式适用于下列情况：偶然发生的事件 要求紧急处理的事件
输入端口的保护 电平匹配 限幅（电压） 限流 隔离 RC 滤波\
常用的隔离方式有：光耦合：电气信号链路中间的一部分用光信号传递。常用的器件是光电耦合器。磁耦合：电气信号链路中间的一部分用磁信号传递。
输出模拟量有两种主要方式：数模转换器 权电阻网络/直接给出模拟电压 PWM 脉冲调宽，需接滤波器
DAC 的性能指标 分辨率 DAC 所能分辨的最小电压增量。它反映了DAC 对微小输入量变化的敏感性。分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示 转换精度 用最大的静态转换误差的形式表示，这个转换误差应包括非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差，它反映了实际输出电压与理论输出电压之间的接近程度。 转换时间 DAC 的输入数字量有满刻度值的变化时，其输出模拟信号电压达到满刻度值1/2LSB（最低有效位）时所需要的时间。线性度 通常用非线性误差的大小表示DAC 的线性度。在D/A转换时，若数据连续转换，则输出的模拟量应该是线性的。即在理想情况下，DAC 的转换特性应是线性的，实际转换中，把理想的输入／输出特性的偏差与满刻度输入之比的百分数，称为非线性误差。 输出电平 不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大。一般为5V ～10V ，有的高压输出型的输出电平则高达24V ～30V 。
需要隔离时：1 并行DAC 常在模拟输出端隔离2 串行DAC 常在DAC 与MCU 之间隔离 DAC0832工作方式1) 单缓冲方式: 适用只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统2) 双缓冲方式 多路D/A转换，要求同步进行，就应该采用双缓冲器方式 ADC 的分辨率所能分辨的输入模拟量的最小变化量。用ADC 输出数字量的位数n 表示，代表ADC 有2n 个可能状态，可分辨出满量程值的1/2n 的输入变化量。此输入变化量称为1LSB 转换时间 A/D转换器完成一次转换所需的时间定义为A/D转换时间。其倒数称为转换速率 与实现转换所采用的电路技术有关 与位数有关 采集系统转换时间还与接口模式有关 转换误差与精度 AD 转换结果的实际值与真实值之间的偏差，用最低有效位数LSB 或满量程值的百分数表示 量化误差 偏移误差\ 量程误差 非线性误差
一个n 位A/D转换器是由n 位寄存器、n 位D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。
V/F型ADC 由V/F转换器和计数器构成。V/F型ADC 的特点是：与积分式ADC 一样，对工频干扰有一定的抑制能力；分辨率较高；特别适合现场与主机系统距离较远的应用场合；易于实现光电隔离。
显示方式 静态显示 动态显示
智能仪器的外设通常包括键盘，显示器，打印机和各种接口芯片
键的种类：机械弹簧式 导电橡胶式 压感式
1识键 判断是否有键按下。若有，则进行译码 若无，则等待或转做别的工作2译键识别出
哪一个键被按下并求出被按下键的键值3键值分析根据键值，找出对应处理程序的入口并执行之。
键盘按其工作原理可分为编码式键盘和非编码式键盘
键盘的工作方式 编程扫描工作方式、中断工作方式和定时扫描工作方式
当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象。即当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通；当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来。抖动时间视按键材料不同一般为5ms ～10ms 。
(1) 硬件电路消除法：利用RS 触发器来吸收按键的抖动如图所示。一旦有按键按下时，触发器就立即翻转，触点的抖动便不会再对输出产生影响，按键释放时亦然。
(2) 软件延时法：当判定按键按下时，用软件延时10ms ～20ms ，等待按键稳定后重新再判一次，以躲过触点抖动期
当按下某按键时，对应的功能分析程序会得以执行。如果在操作者释放按键之前，对应的功能得以多次执行，如同操作者在连续不断操作该键一样，这种现象就称为连击。软件方法来解决， 把连击现象加以合理利用，有时会给操作者带来方便。例如在某些简易仪器没安排0～9数字按键，而合理利用连击现象，只设置一只调整按键，采用加1（或减1 ）的方法来调整有关参数。
无锁键即按键。当键按下时，按键的两个触头接通；松开时，两个触头断开，恢复开路。无锁键在逻辑上等效于单稳态。自锁键在逻辑上等效于双稳态。当第一次按下时(包括松开后) ，
其按键两个触头接通；第二次按下及松开后，两个触头又断开，不断地按此规律动作。 互锁键是指一组具有互锁关系的按键开关。当这一组按键开关之一被选择时(即对应的开关接通) ，与该键有互锁关系的其他键都将断开。或者说，具有互锁关系的这组按键，某时刻最多只能有一个键被选择。
非编码键盘按照与主机连接方式的不同，有独立式、矩阵式和交互式
扫描工作方式的行扫描法来识别键值 中断工作方式的线路反转法来识别键值
步骤如下：(1) 判是否有键按下。使端口 C 所有的行输出均为低电平，然后从端口A 读入列值。如果没有键按下，读入值应为FFH ，如果有键按下，则不为FFH 。(2) 若有键按下，则延时10ms ，再判断是否确实有键按下。(3) 若确实有键按下，则求出按下键的键值。其实现方法是对键盘进行逐行扫描。即先令PC0为0，读入列值，若列值等于FFH ，说明该行无键按下，再令PC1为0，对下一行进行扫描；若列值不等于FFH ，说明该行有键按下，求出其键值。求键值时要设置行值寄存器和列值寄存器。每扫完一行，若无键按下，则行值寄存器加上08H ；若有键按下，行值寄存器保持原值，转而求相应的列值。求列值的方法是，将列值右移，每移位一次列值寄存器加1，直至移出位为低电平为止。最后将行值和列值相加即得键值。若需要十进制键值，可进行DAA 修正。(4) 为保证按键每闭合一次CPU 只做一次处理，程序需等闭合的键释放后再对其做处理
键盘分析程序 直接分析法 根据当前按键的键值，把控制直接分支到相应处理程序的入口，而无须知道在此之前的按键情况 状态分析法 状态分析法将键盘分析程序作为时序系统，在一定的条件下系统可以处于某种状态，当条件改变后，它的状态可以发生变迁，即从一个状态变到另一个状态
状态分析法可分为以下四步进行：1） 用状态图准确表述按键操作序列的定义2）由上述状态图导出的状态表。 状态表是键盘分析程序的核心3） 固化状态表：为了让微处理器能使用状态表，应将其转变成可供微处理器查询的形式4） 设计键盘分析程序的设计
GP-IB 标准包括接口与总线两部分：接口部分是由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传输的信息进行发送、接收、编码和译码；总线部分是一条无源的多芯电缆，用做传输各种消息。
控者、讲者、听者被称为系统功能的三要素，对于系统中的某一台装置可以具有三要素中的一个、两个或全部。GP-IB 系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与控者的功能。
线上传递的各种信息通称为消息。带标准接口的智能仪器按功能可分为仪器功能和接口功能两部分，所以消息也有仪器消息和接口消息之分。
接口消息是指用于管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者发出而只被接口部分所接收和使用。
GP －IB 8条双向数据总线（DIO1～DIO8） 3条数据挂钩联络线（DA V ，NRFD 和NDAC 5条接口管理控制线（A TN ，IFC ，REN ，EOI 和SRQ
通信就是传递信息（包括模拟信息和数字信息）。数据(data) ：欲传送的数字、文本和图形图像等 信号 数据的表现形式。包括非电信号和电信号。电信号又可分为模拟信号和数字信号 异步通信：无同步时钟信号的通信方式。数据帧以字节为单位；同步通信：有同步时钟信号的通信方式；数据帧以数据块为单位
单工通信：信号只能沿单一方向传输；半双工通信（Half Duplex）：信号可沿两个方向传输，但同一时刻只能沿单一方向传输；全双工通信（Full Duplex）：信号可同时沿两个方向传输。 铜缆：双绞线 同轴电缆：光纤：多模光纤 传输距离
干扰传播途径主要有：电场耦合 磁场耦合 公共阻抗耦合
按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长线传输干扰。
共模干扰的抑制措施主要有三种：变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽
差模干扰信号 采用双绞线 滤波器 积分式或双积分式A/D转换器 调制解调器 电源引入的干扰是主要干扰之一；干扰大部分是由电源耦合产生的。
电源变压器中设置合理的屏蔽（静电屏蔽和电磁屏蔽）是一种有效的抗干扰措施，它是在电源变压器的初级和次级之间加屏蔽层 。
抑制尖峰干扰的方法① 在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性② 在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲③ 在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。 直流侧的抗干扰措施 去耦法 增设稳压块法
系统中接地的目的通常有两个一是为了安全，即安全接地二是为了保证控制系统稳定可靠工作，提供一个基准电位的接地，即工作接地。
有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地和交流地。
当频率小于1MHz 时，可以采用单点接地方式；当频率高于10MHz 时，可采用多点接地方式。在1MHz 至10MHz 之间，如果单点接地，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应使用多点接地。
输入信号源有接地 而接收端浮地，则屏蔽层应在信号源端接地 和浮地 接收端接地，则屏蔽层应在接收端接地
数字滤波优点。由于采用了程序实现滤波，无需硬件器件，不受外界的影响，实现对频率很低（如0.01Hz ）信号的滤波，灵活、方便、功能强
提高抗干扰能力 1重复输出同一数据 2抗干扰编码
复位 掉电保护 指令冗余 软件陷阱 Watchdog 技术
平均故障间隔时间MTBF
影响仪器可靠性的因素 元器件的可靠性 工艺 电路结构 环境因素 人为因素
避错和容错也是软件可靠性设计的两种主要方法。