一、从传统仪器到智能仪器
仪器仪表、智能仪器,重要性认识
二,智能仪器的分类、基本结构与特点
4个层次,2种结构,3个特点
三,推动智能仪器发展的主要技术
传感器,A/D,单片机和 PC,DSP,
FPGA/CPLD,软件，网络与通信
四,,智能仪器设计基础, 课程框架
第一章 绪 论
1.仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是 信息获取 的工具、是 认识世界 的工具，
是一个 系统或装置 。
最基本的作用：是 延伸扩展补充或代替人 的听觉、
视觉、触觉等 器官的功能 。
测量仪器, 分析仪器, 生物医疗仪器, 地球探测
仪器,天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，
电力，石油，化工仪表等，遍及国民经济各个部
门，深入到人民生活的各个角落。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
2,八类测试计量仪器
■ 几何量, 长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离
测量仪器等
■ 机械量, 各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪、
力矩测量仪、振动测量仪等
■ 热工量, 温度、湿度、流量测量仪器等
▲ 光学参数,如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测
量仪、光学传递函数测量仪等。
▲ 电离辐射,各种放射性、核素计量,X,γ 射线及中子
计量仪器等。
同学在学习和生活中，接触、
使用或了解哪些仪器仪表？
★ 时间频率,各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时
间频率测量仪等
★电磁量,交、直流电流表、电压表、功率表、
RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等
★电子参数,无线电参数测量仪器 如示波器、
信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态
信号分析仪等。
三代仪器仪表：
● 第一代为 指针式 （ 或模拟式 ） 仪器仪表
● 第二代为 数字式 仪器仪表
● 第三代就是 智能式 仪器仪表
智能仪器是 计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含
有微计算机或微处理器的测量 (或检测 )仪器,它拥有对
数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具
有一定智能的作用 (表现为智能的延伸或加强等 )。
3、智能仪器的概念与历史
1984年,我国仪器学会成立, 自动测试与智能仪器专业学组, ；
1986年,IMEKO(国际测量联合会 )以, 智能仪器, 为主题召开了
专门的讨论会；
1988年,IFAC (国际自动控制联合会 ) 的理事会正式确定, 智能
元件及仪器, 。
近年来，智能仪器已开始从较为成熟的
数据处理 向 知识处理 发展。
模糊判断, 故障诊断, 容错技术, 传感
器融合,机件 寿命预测 等，使智能仪器
的功能向更高的层次发展。
智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研
究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。
4、对仪器仪表重要性的认识
仪器仪表是：
国民经济的, 倍增器,
科学研究的, 先行官,
现代战争的, 战斗力,
法庭审判的, 物化法官,
理解这四句话：
请同学们阅读教材 P12— 16的内容 ;
登陆智能仪器精品课程网站：
znyq.jlu.edu.cn
门捷列夫：, 科学是从测量开始的,
钱学森：, 新技术革命的关键技术是信息技术。
信息技术由测量技术、计算机技术、通
讯技术三部分组成。 测量技术是关键和
基础,
? 科学仪器 是 信息的源头
? 科学仪器产业是 信息产业
王大珩院士：, 能不能创造高水
平的科学仪器和设备体现了一个
民族、一个国家的创新能力。发
展科学仪器设备应当视为国家战
略,
英国著名科学家 H.Pavy曾经明确指出：
,Nothing begets good science like
development of a good instrument”
（发展一种好的仪器对于一门科学的贡
献超过了任何其他事情）
美国能源部杰出科学家 R,F,Hirsch博
士在最近一篇获奖演说中指出：, 由
新工具 开创的 科学新方向 远比由 新概
念 开创的 科学新方向 要多 。由 概念驱
动的革命 影响是 用 新概念 去阐明 旧事
物 。而由 工具驱动的革命 影响是 去 发
现 需要阐明的 新事物,
二,智能仪器的分类、基本结构与特点
智能仪器四个层次
高级智能
人工智能
趋
势
模型化系统辨识、模式识别
初级智能
计算机、信号处理
聪敏电子、传感、测量
兼
容
聪敏仪器类
初级智能仪器类
模型化智能仪器类
高级智能仪器类
1.分类
2、智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型,
● 微机内嵌式 ● 微机扩展式
将单片或多片的
微机芯片与仪器
有机地结合在一
起形成的单机。
以个人计算机 (PC)为核
心的应用扩展型测量仪
器。个人计算机仪器
(PCI)或 称微机卡式仪器。
单片机或
DSP
RAM、
EPROM
I/O接口
D/A
A/D
外部通信
RS232
USB
打印机
板
（ 键盘、开关、
显示器
传感器
电
量
非
电
量
内嵌微处理器智能仪器的基本结构
输入通道
输出通道
个人仪器结构图
普通台式 PCI
工控机 PCI
笔记本 PCI
个人仪器结构图
个人计算机
总线扩展槽 软件
仪
器
插
件
通
用
接
口
仪
器
插
件
仪
器
插
件
电
源
PC总线
GPIB总线扩展底板或外部插件箱
…
1 2 n
◆ 测量过程的软件控制：
CPU→ 软件控制测量过程
,以软代硬, → 灵活性 强, 可靠性 强
◆ 数据处理,
随机误差、系统误差、非线性校准等处理
→ 改善测量的精确度
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、
相位谱、功率谱等信号分析
→ 提供更多高质量的信息量
◆ 多功能化, 一机多用 如智能化电力需求分析仪
3、智能仪器的特点
三、推动智能仪器发展的主要技术
? 传感器技术
? A/D等新器件的发展将显著增强仪器的
功能与测量范围
? 单片机
? DSP的广泛应用
? ASIC,FPGA／ CPLD技术
? LabVlEW等图形化软件技术
? 网络与通信技术
1、传感器技术
为适应智能仪器发展的需要, 各种新型传感
器不断涌现 。
聋哑传感器 (Dumb Sensor)
智能传感器 (Smart Sensor)
网络化传感器 (Networked Sensor)
传统的传感器是模拟仪器仪表时代
的产物 。 它的设计指导思想是把外部信
息变换成模拟电压或电流信号 。 这类传
感器的输出幅值小, 灵敏度低, 而且功
能单一, 因而被称为, 聋哑传感器, 。
聋哑传感器
微电子技术、光电子技术获得了迅猛的发展，
加工工艺逐步成熟，新型敏感材料不断被开发
出来。在高新技术的渗透下，尤其是计算机硬
件和软件技术的渗入,使微处理器和传感器得
以结合，产生了具有一定数据处理能力，并能
自检、自校、自补偿的新一代传感器 —— 智能
传感器。 智能传感器的出现是传感技术的一次
革命，对传感器的发展产生了深远的影响。
智能传感器
网络通信技术逐步走向成熟并渗透到各行各业, 各种高可靠,
低功耗, 低成本, 微体积的网络接口芯片被开发出来, 微电子
机械加工技术,将网络接口芯片与智能传感器集成起来并使通信
协议固化到智能传感器的 ROM中时, 就产生子网络传感器 ；
为解决现场总线的多样性问题, IEEEl451,2工作组建立了智能
传感器接口模块 (STIM)标准, 该标准描述了传感器网络适配器
或微处理器之间的硬件和软件接口, 是 IEEEl451网络传感器标
准 的重要组成部分, 为使传感器能与各种网络连接提供了条件
和方便 。
网络传感器
智能传感器和网络化传感器的飞速发展可大大
提高信号检测能力, 进而推动智能仪器总体性
能的提高 。
A／ D芯片是现代科学仪器不可缺少的核心部件
之一，它的速度的提高是实现高速数据采集的
关键。在向高速，向低功耗、高分辨率、高性
能的方向发展。
A／ D等电路与微处理器集成在一块 (称为混合电
路 )
传感器与控制电路都集成在一块芯片上，这将
缩小体积，增强可靠性，从而实现智能仪器的
多功能化
2,A/D等新器件增强仪器的功能与测量范围
3.单片机,DSP处理器广泛应用
单片机,8031,8051,89C51,MSP430
TMS— 320系列等高速单片数字信号处理器
(DSP‘ Digital Signal Processor)是通过硬
件来完成乘法和加法运算的, 极大地增强了智
能仪器的数字滤波, FFF,相关, 卷积等信号
处理能力 。
新型 DSP芯片接口功能大大加强, 甚至集成了
DSP与 ARM双核 。
4,ASIC,FPGA／ CPLD技术
ASIC(Application Specific Integrated
Circuits,专用集成电路 )无论在价格, 集成
度, 还是在产量, 产值方面均取得了飞速发
展 。 因此, 对仪器设计者来说, 很有意义的
一项工作是把一些性能要求很高的线路单元
设计成专用集成电路而使智能仪器的结构更
紧凑, 性能更优良, 保密性更强 。
FPGA(Field Programmable Gates Array，现场可编
程门阵列 )
CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可
编程逻辑器件 )
FPGA／ CPLD的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑
电路应用场合，它可以替代几十甚至上百块通用 IC芯
片。
这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点。
电路保持不动的情况下，改变内部硬件连接关系的描
述，就能实现一种新的功能。
比较典型的有 Xilinx公司的 FPGA器件系列
Altera公司的 CPLD器件系列。
（ 1） FPGA／ CPLD芯片的规模也越来越大, 其单
片逻辑门数已达到数十万门, 它所能实现的功能也
越来越强, 同时也可以实现系统集成 。
应用 FPGA／ CPLD的优点
（ 2） FPGA／ CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百
的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计
人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件
环境来完成芯片的最终功能指定。研制开发费用相对
较低。
（ 3） F FPGA／ CPLD芯片和 EPROM配合使用时，用
户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动
的情况下用不同的 EPROM就可实现不同的功能。
（ 4） FPGA／ CPLD芯片的电路设计周期很短 。 软件
包中不但有各种输入工具和仿真工具, 而且还有版图设
计工具和编程器等全线产品, 电路设计人员在很短的时
间内就可完成电路的输入, 编译, 优化, 仿真, 直至最
后芯片的制作 (物理版图映射 )。 当电路有少量改动时,
更能显示出 FPGA／ CPLD的优势 。 它大大加快了新产品的
试制速度, 减少了库存风险与设计错误所带来的危险,
从而提高了企业在市场上的竞争能力和应变能力 。
（ 5）电路设计人员使用 FPGA／ CPLD进行电路设计时，
不需要具备专门的 IC(集成电路 )深层次的知识,FPGA／
CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行
电路设计。 FPGA／ CPLD适合于正向设计 (从电路原理图
到芯片级的设计 )，对知识产权的保护也非常有利。
在计算机和必要的仪器硬件确定之后, 软件就是 PCI
仪器发展的关键 。 软件就是仪器成为流行的说法 。
NI（ National Instruments） 公司 1986年设计的
LabVlEWl,0,2003年发展到 Labview7,0,推动虚
拟仪器技术的发展 。
图形化编程语言建立的虚拟仪器面板, 完成对仪器
的控制, 数据采集, 数据分析和数据显示功能 。
虚拟仪器系统由用户定义 ； 仪器硬件模块化 ；可重
用和重新配置； 系统功能, 规模可通过修改软件,
更换仪器硬件而增减；技术更新速度快 (1— 2年 )，
开发维护费用低 。
5,LabVlEW等图形化软件技术 → 虚拟仪器
随着网络技术, 通信技术的高速发展与广泛
应用, 网络化测试技术受到广泛关注, 这必将
对网络时代的测试仪器和测试技术产生革命性
变化 。 表现在两个方面：
★ 智能仪器要上网, 完成数据传输, 远程控
制与故障诊断等；
★ 构建网络化测试系统, 将分散的各种不同
测试设备挂接在网络上, 通过网络实现资源,
信息共享, 协调工作, 共同完成大型复杂系统
的测试任务 。
6、网络与通信技术
网络化测试系统主要由两大部分组成：
◆ 组成系统的基本功能单元 (PC仪器, 网络化测量仪器,
网络化传感器, 网络化测量模块 )；
◆ 连接各基本功能单元的通信网络 。 用于测试和控制的
网络与以信息共享为目的的信息网不同, 前者采用工业
Ethernet,后者采用快速 Ethernet。
构建网络化测试系统需考虑的问题：
▲ 系统要具有开放性和互操作性；
▲ 系统的实时性和时间的确定性；
▲ 系统的成本尽可能低, 通用性好；
▲ 基本功能单元必须是智能化的, 带有本地微理
器和存储器, 具有网络化接口 。
四,,智能仪器设计基础, 课程框架
虚拟仪器、网络化仪器
数据采集技术 人机接口与通信 数据处理 软件设计方法
可靠性与抗干扰技术可测试性技术
设计原则步骤与实例
思考题
1．你在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？属于
哪种类型？指出它们的共同之处、主要区别。选择一种仪器，针
对其存在的问题或不足，提出改进设想。
2,结合你对智能仪器概念的理解, 讨论, 智能化, 的层次 。
3,仪器仪表的重要性体现在哪些方面？
4,简述推动智能仪器发展的主要技术 。
5,学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础, 回顾主要内容 。
6,智能仪器有哪几种结构形式？ 对其作简要描述 。
7,智能仪器设计时采用 FPGA／ CPLD有哪些优点？
仪器仪表、智能仪器,重要性认识
二,智能仪器的分类、基本结构与特点
4个层次,2种结构,3个特点
三,推动智能仪器发展的主要技术
传感器,A/D,单片机和 PC,DSP,
FPGA/CPLD,软件，网络与通信
四,,智能仪器设计基础, 课程框架
第一章 绪 论
1.仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是 信息获取 的工具、是 认识世界 的工具，
是一个 系统或装置 。
最基本的作用：是 延伸扩展补充或代替人 的听觉、
视觉、触觉等 器官的功能 。
测量仪器, 分析仪器, 生物医疗仪器, 地球探测
仪器,天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，
电力，石油，化工仪表等，遍及国民经济各个部
门，深入到人民生活的各个角落。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
2,八类测试计量仪器
■ 几何量, 长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离
测量仪器等
■ 机械量, 各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪、
力矩测量仪、振动测量仪等
■ 热工量, 温度、湿度、流量测量仪器等
▲ 光学参数,如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测
量仪、光学传递函数测量仪等。
▲ 电离辐射,各种放射性、核素计量,X,γ 射线及中子
计量仪器等。
同学在学习和生活中，接触、
使用或了解哪些仪器仪表？
★ 时间频率,各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时
间频率测量仪等
★电磁量,交、直流电流表、电压表、功率表、
RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等
★电子参数,无线电参数测量仪器 如示波器、
信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态
信号分析仪等。
三代仪器仪表：
● 第一代为 指针式 （ 或模拟式 ） 仪器仪表
● 第二代为 数字式 仪器仪表
● 第三代就是 智能式 仪器仪表
智能仪器是 计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含
有微计算机或微处理器的测量 (或检测 )仪器,它拥有对
数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具
有一定智能的作用 (表现为智能的延伸或加强等 )。
3、智能仪器的概念与历史
1984年,我国仪器学会成立, 自动测试与智能仪器专业学组, ；
1986年,IMEKO(国际测量联合会 )以, 智能仪器, 为主题召开了
专门的讨论会；
1988年,IFAC (国际自动控制联合会 ) 的理事会正式确定, 智能
元件及仪器, 。
近年来，智能仪器已开始从较为成熟的
数据处理 向 知识处理 发展。
模糊判断, 故障诊断, 容错技术, 传感
器融合,机件 寿命预测 等，使智能仪器
的功能向更高的层次发展。
智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研
究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。
4、对仪器仪表重要性的认识
仪器仪表是：
国民经济的, 倍增器,
科学研究的, 先行官,
现代战争的, 战斗力,
法庭审判的, 物化法官,
理解这四句话：
请同学们阅读教材 P12— 16的内容 ;
登陆智能仪器精品课程网站：
znyq.jlu.edu.cn
门捷列夫：, 科学是从测量开始的,
钱学森：, 新技术革命的关键技术是信息技术。
信息技术由测量技术、计算机技术、通
讯技术三部分组成。 测量技术是关键和
基础,
? 科学仪器 是 信息的源头
? 科学仪器产业是 信息产业
王大珩院士：, 能不能创造高水
平的科学仪器和设备体现了一个
民族、一个国家的创新能力。发
展科学仪器设备应当视为国家战
略,
英国著名科学家 H.Pavy曾经明确指出：
,Nothing begets good science like
development of a good instrument”
（发展一种好的仪器对于一门科学的贡
献超过了任何其他事情）
美国能源部杰出科学家 R,F,Hirsch博
士在最近一篇获奖演说中指出：, 由
新工具 开创的 科学新方向 远比由 新概
念 开创的 科学新方向 要多 。由 概念驱
动的革命 影响是 用 新概念 去阐明 旧事
物 。而由 工具驱动的革命 影响是 去 发
现 需要阐明的 新事物,
二,智能仪器的分类、基本结构与特点
智能仪器四个层次
高级智能
人工智能
趋
势
模型化系统辨识、模式识别
初级智能
计算机、信号处理
聪敏电子、传感、测量
兼
容
聪敏仪器类
初级智能仪器类
模型化智能仪器类
高级智能仪器类
1.分类
2、智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型,
● 微机内嵌式 ● 微机扩展式
将单片或多片的
微机芯片与仪器
有机地结合在一
起形成的单机。
以个人计算机 (PC)为核
心的应用扩展型测量仪
器。个人计算机仪器
(PCI)或 称微机卡式仪器。
单片机或
DSP
RAM、
EPROM
I/O接口
D/A
A/D
外部通信
RS232
USB
打印机
板
（ 键盘、开关、
显示器
传感器
电
量
非
电
量
内嵌微处理器智能仪器的基本结构
输入通道
输出通道
个人仪器结构图
普通台式 PCI
工控机 PCI
笔记本 PCI
个人仪器结构图
个人计算机
总线扩展槽 软件
仪
器
插
件
通
用
接
口
仪
器
插
件
仪
器
插
件
电
源
PC总线
GPIB总线扩展底板或外部插件箱
…
1 2 n
◆ 测量过程的软件控制：
CPU→ 软件控制测量过程
,以软代硬, → 灵活性 强, 可靠性 强
◆ 数据处理,
随机误差、系统误差、非线性校准等处理
→ 改善测量的精确度
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、
相位谱、功率谱等信号分析
→ 提供更多高质量的信息量
◆ 多功能化, 一机多用 如智能化电力需求分析仪
3、智能仪器的特点
三、推动智能仪器发展的主要技术
? 传感器技术
? A/D等新器件的发展将显著增强仪器的
功能与测量范围
? 单片机
? DSP的广泛应用
? ASIC,FPGA／ CPLD技术
? LabVlEW等图形化软件技术
? 网络与通信技术
1、传感器技术
为适应智能仪器发展的需要, 各种新型传感
器不断涌现 。
聋哑传感器 (Dumb Sensor)
智能传感器 (Smart Sensor)
网络化传感器 (Networked Sensor)
传统的传感器是模拟仪器仪表时代
的产物 。 它的设计指导思想是把外部信
息变换成模拟电压或电流信号 。 这类传
感器的输出幅值小, 灵敏度低, 而且功
能单一, 因而被称为, 聋哑传感器, 。
聋哑传感器
微电子技术、光电子技术获得了迅猛的发展，
加工工艺逐步成熟，新型敏感材料不断被开发
出来。在高新技术的渗透下，尤其是计算机硬
件和软件技术的渗入,使微处理器和传感器得
以结合，产生了具有一定数据处理能力，并能
自检、自校、自补偿的新一代传感器 —— 智能
传感器。 智能传感器的出现是传感技术的一次
革命，对传感器的发展产生了深远的影响。
智能传感器
网络通信技术逐步走向成熟并渗透到各行各业, 各种高可靠,
低功耗, 低成本, 微体积的网络接口芯片被开发出来, 微电子
机械加工技术,将网络接口芯片与智能传感器集成起来并使通信
协议固化到智能传感器的 ROM中时, 就产生子网络传感器 ；
为解决现场总线的多样性问题, IEEEl451,2工作组建立了智能
传感器接口模块 (STIM)标准, 该标准描述了传感器网络适配器
或微处理器之间的硬件和软件接口, 是 IEEEl451网络传感器标
准 的重要组成部分, 为使传感器能与各种网络连接提供了条件
和方便 。
网络传感器
智能传感器和网络化传感器的飞速发展可大大
提高信号检测能力, 进而推动智能仪器总体性
能的提高 。
A／ D芯片是现代科学仪器不可缺少的核心部件
之一，它的速度的提高是实现高速数据采集的
关键。在向高速，向低功耗、高分辨率、高性
能的方向发展。
A／ D等电路与微处理器集成在一块 (称为混合电
路 )
传感器与控制电路都集成在一块芯片上，这将
缩小体积，增强可靠性，从而实现智能仪器的
多功能化
2,A/D等新器件增强仪器的功能与测量范围
3.单片机,DSP处理器广泛应用
单片机,8031,8051,89C51,MSP430
TMS— 320系列等高速单片数字信号处理器
(DSP‘ Digital Signal Processor)是通过硬
件来完成乘法和加法运算的, 极大地增强了智
能仪器的数字滤波, FFF,相关, 卷积等信号
处理能力 。
新型 DSP芯片接口功能大大加强, 甚至集成了
DSP与 ARM双核 。
4,ASIC,FPGA／ CPLD技术
ASIC(Application Specific Integrated
Circuits,专用集成电路 )无论在价格, 集成
度, 还是在产量, 产值方面均取得了飞速发
展 。 因此, 对仪器设计者来说, 很有意义的
一项工作是把一些性能要求很高的线路单元
设计成专用集成电路而使智能仪器的结构更
紧凑, 性能更优良, 保密性更强 。
FPGA(Field Programmable Gates Array，现场可编
程门阵列 )
CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可
编程逻辑器件 )
FPGA／ CPLD的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑
电路应用场合，它可以替代几十甚至上百块通用 IC芯
片。
这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点。
电路保持不动的情况下，改变内部硬件连接关系的描
述，就能实现一种新的功能。
比较典型的有 Xilinx公司的 FPGA器件系列
Altera公司的 CPLD器件系列。
（ 1） FPGA／ CPLD芯片的规模也越来越大, 其单
片逻辑门数已达到数十万门, 它所能实现的功能也
越来越强, 同时也可以实现系统集成 。
应用 FPGA／ CPLD的优点
（ 2） FPGA／ CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百
的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计
人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件
环境来完成芯片的最终功能指定。研制开发费用相对
较低。
（ 3） F FPGA／ CPLD芯片和 EPROM配合使用时，用
户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动
的情况下用不同的 EPROM就可实现不同的功能。
（ 4） FPGA／ CPLD芯片的电路设计周期很短 。 软件
包中不但有各种输入工具和仿真工具, 而且还有版图设
计工具和编程器等全线产品, 电路设计人员在很短的时
间内就可完成电路的输入, 编译, 优化, 仿真, 直至最
后芯片的制作 (物理版图映射 )。 当电路有少量改动时,
更能显示出 FPGA／ CPLD的优势 。 它大大加快了新产品的
试制速度, 减少了库存风险与设计错误所带来的危险,
从而提高了企业在市场上的竞争能力和应变能力 。
（ 5）电路设计人员使用 FPGA／ CPLD进行电路设计时，
不需要具备专门的 IC(集成电路 )深层次的知识,FPGA／
CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行
电路设计。 FPGA／ CPLD适合于正向设计 (从电路原理图
到芯片级的设计 )，对知识产权的保护也非常有利。
在计算机和必要的仪器硬件确定之后, 软件就是 PCI
仪器发展的关键 。 软件就是仪器成为流行的说法 。
NI（ National Instruments） 公司 1986年设计的
LabVlEWl,0,2003年发展到 Labview7,0,推动虚
拟仪器技术的发展 。
图形化编程语言建立的虚拟仪器面板, 完成对仪器
的控制, 数据采集, 数据分析和数据显示功能 。
虚拟仪器系统由用户定义 ； 仪器硬件模块化 ；可重
用和重新配置； 系统功能, 规模可通过修改软件,
更换仪器硬件而增减；技术更新速度快 (1— 2年 )，
开发维护费用低 。
5,LabVlEW等图形化软件技术 → 虚拟仪器
随着网络技术, 通信技术的高速发展与广泛
应用, 网络化测试技术受到广泛关注, 这必将
对网络时代的测试仪器和测试技术产生革命性
变化 。 表现在两个方面：
★ 智能仪器要上网, 完成数据传输, 远程控
制与故障诊断等；
★ 构建网络化测试系统, 将分散的各种不同
测试设备挂接在网络上, 通过网络实现资源,
信息共享, 协调工作, 共同完成大型复杂系统
的测试任务 。
6、网络与通信技术
网络化测试系统主要由两大部分组成：
◆ 组成系统的基本功能单元 (PC仪器, 网络化测量仪器,
网络化传感器, 网络化测量模块 )；
◆ 连接各基本功能单元的通信网络 。 用于测试和控制的
网络与以信息共享为目的的信息网不同, 前者采用工业
Ethernet,后者采用快速 Ethernet。
构建网络化测试系统需考虑的问题：
▲ 系统要具有开放性和互操作性；
▲ 系统的实时性和时间的确定性；
▲ 系统的成本尽可能低, 通用性好；
▲ 基本功能单元必须是智能化的, 带有本地微理
器和存储器, 具有网络化接口 。
四,,智能仪器设计基础, 课程框架
虚拟仪器、网络化仪器
数据采集技术 人机接口与通信 数据处理 软件设计方法
可靠性与抗干扰技术可测试性技术
设计原则步骤与实例
思考题
1．你在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？属于
哪种类型？指出它们的共同之处、主要区别。选择一种仪器，针
对其存在的问题或不足，提出改进设想。
2,结合你对智能仪器概念的理解, 讨论, 智能化, 的层次 。
3,仪器仪表的重要性体现在哪些方面？
4,简述推动智能仪器发展的主要技术 。
5,学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础, 回顾主要内容 。
6,智能仪器有哪几种结构形式？ 对其作简要描述 。
7,智能仪器设计时采用 FPGA／ CPLD有哪些优点？
