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1、第三章第三章 数字化医学仪器组成特点数字化医学仪器组成特点与设计方法与设计方法 第一节第一节 数字化仪器的组成及特点数字化仪器的组成及特点v 微电子学微电子学和和计算机计算机等现代电子技术的成就给等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。性的影响。v 随着微处理器在体积小、功能强、价格低等随着微处理器在体积小、功能强、价格低等方面的进展，电子测量仪器和计算机技术结合愈方面的进展，电子测量仪器和计算机技术结合愈加紧密，形成一种全新的以微机数字化处理为特加紧密，形成一种全新的以微机数字化处理为特征的仪器，即征的仪器，即“数字
2、化仪器数字化仪器”或称或称“智能仪器智能仪器”。一、数字化仪器的典型结构一、数字化仪器的典型结构 数字化仪器核心是专用的微机系统，由数字化仪器核心是专用的微机系统，由硬硬件件和和软件软件两大部分组成。两大部分组成。硬件部分硬件部分:包括主机电路、模拟量包括主机电路、模拟量I I0 0 通道、通道、人机联系部件与接口电路、标准通信接口等人机联系部件与接口电路、标准通信接口等（见下页图）。（见下页图）。主机电路主机电路用于存储程序、数据，进行运算用于存储程序、数据，进行运算和处理，通常由微处理器、程序存储器、和处理，通常由微处理器、程序存储器、I I0 0接口电路等组成。接口电路等组成。模拟量输入
3、输出通道模拟量输入输出通道用来输入输出模拟量信号，用来输入输出模拟量信号，主要由主要由A AD D转换器、转换器、D DA A转换器和有关的模拟信号转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。处理电路等组成。人机联系部件人机联系部件主要由仪器面板中的键盘和显示主要由仪器面板中的键盘和显示器等组成。器等组成。标准通信接口电路标准通信接口电路用于实现仪器与计算机的联用于实现仪器与计算机的联系，数字化仪器一般都配有并行或串行等标准通信系，数字化仪器一般都配有并行或串行等标准通信接口。接口。软件部分软件部分:包括包括监控程序监控程序和和接口管理程序接口管理程序两部分。两部分。监控程序监控程序面向面向仪器面板
4、键盘仪器面板键盘和和显示器显示器，包，包括：通过键盘操作输入并存储所设置的功能、括：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；通过控制操作方式与工作参数；通过控制I IO O接口电路接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置；对数进行数据采集，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；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。以及测量数据的处理结果。接口管理程序接口管理程序主要面向主要面向通信接口通信接口，其内容是，其内容是接收并分析接收并分析来自通信接口
5、总线的各种有关功能、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操作方式与工作参数的程控操作码程控操作码，并通过通信，并通过通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果，以结果，以响应响应计算机的远控计算机的远控命令命令。二、数字化仪器的主要特点二、数字化仪器的主要特点 1 1、数字化仪器使用、数字化仪器使用键盘键盘代替传统仪器中的旋转式代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关来实施对仪器的或琴键式切换开关来实施对仪器的控制控制，从而，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。不
6、再相互限制和牵连。2 2、微处理器的运用微处理器的运用极大地提高了仪器的性能。例极大地提高了仪器的性能。例如智能仪器利用微处理器的运算和逻辑判断功如智能仪器利用微处理器的运算和逻辑判断功能，按照一定的算法可以方便地消除由于漂移、能，按照一定的算法可以方便地消除由于漂移、增益的变化和干扰等因素所引起的误差、从而增益的变化和干扰等因素所引起的误差、从而提高了仪器的测量精度。提高了仪器的测量精度。3 3、数字化仪器运用、数字化仪器运用微处理器的控制功能微处理器的控制功能，可以方，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、触发电平自便地实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自诊断等功能，
7、有力地动调整、自动校准、自诊断等功能，有力地改善改善了仪器的了仪器的自动化测量水平自动化测量水平。4 4、数字化仪器具有友好的有、数字化仪器具有友好的有人人机对话的能力机对话的能力，使用人员只需通过键盘输人命令，仪器就能实现使用人员只需通过键盘输人命令，仪器就能实现某种测量和处理功能，与此同时，智能仪器还通某种测量和处理功能，与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器运行情况、工作状态以及对测量过显示屏将仪器运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉使用人员，使人一机之数据的处理结果及时告诉使用人员，使人一机之间的联系非常密切。间的联系非常密切。5 5、数字化仪器一般都配有、数字化仪器一般都
8、配有GPGPIBIB或或RSRS一一232232等等接口接口，使数字化仪器具有使数字化仪器具有可程控操作可程控操作的能力。从而可以很的能力。从而可以很方便地与计算机和其他仪器一起组成用户所需要的方便地与计算机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。务。v 数字化仪器是以微处理器为核心的电子仪器，数字化仪器是以微处理器为核心的电子仪器，它不仅要求设计者它不仅要求设计者熟悉电子仪器熟悉电子仪器的工作原理，而的工作原理，而且还要求掌握微型计算机且还要求掌握微型计算机硬件硬件和和软件软件的原理。因的原理。因而其设计不能完
9、全沿用传统电子仪器的设计方法而其设计不能完全沿用传统电子仪器的设计方法和手段。和手段。第二节第二节 数字化仪器的设计要点数字化仪器的设计要点一、设计、研制数字化仪器的一般过程一、设计、研制数字化仪器的一般过程 v1 1、确定设计任务、确定设计任务 v2 2、拟制总体设计方案，选择微处理器芯片、拟制总体设计方案，选择微处理器芯片 v3 3、确定仪器工作总框图、确定仪器工作总框图 v4 4、硬件电路和软件的设计与调试、硬件电路和软件的设计与调试 v5 5、整机联调、整机联调 二、微处理器的选择二、微处理器的选择 v 微处理器是整个仪器的核心部件，它直接微处理器是整个仪器的核心部件，它直接影响整机的
10、硬件和软件设计，并对数字化仪器影响整机的硬件和软件设计，并对数字化仪器的功能、性能价格比以及研制周期起决定性的的功能、性能价格比以及研制周期起决定性的作用。因此在设计任务确定之后，首先应对微作用。因此在设计任务确定之后，首先应对微处理器进行选择。处理器进行选择。v 7070年代以来，在新技术革命的推动下，尤其年代以来，在新技术革命的推动下，尤其是微电子技术和微型计算机技术的快速进步，使是微电子技术和微型计算机技术的快速进步，使电子仪器的整体水平发生很大变化，先后出现电子仪器的整体水平发生很大变化，先后出现独独立式数字化仪器、立式数字化仪器、GPGPIBIB自动测试系统、插卡式自动测试系统、插卡
11、式数字化仪器数字化仪器(个人仪器个人仪器)，在此基础上，在此基础上，19871987年又年又问世了一种被称为问世了一种被称为2121世纪仪器的世纪仪器的VXIVXI总线仪器系总线仪器系统统。VXIVXI系统集中了数字化仪器、系统集中了数字化仪器、GPGP一一IBIB总线、总线、个人仪器的很多特长，是一种全世界范围内完全个人仪器的很多特长，是一种全世界范围内完全开放的，适用多供货厂商的模块总线仪器系统，开放的，适用多供货厂商的模块总线仪器系统，已被公认为当前仪器发展的世界潮流。已被公认为当前仪器发展的世界潮流。第三节第三节 数字化仪器的现状及发展数字化仪器的现状及发展一、独立式数字化仪器及自动测
12、试系统一、独立式数字化仪器及自动测试系统 v 独立式数字化仪器独立式数字化仪器(简称数字化仪器简称数字化仪器)即前述的即前述的自身带有微处理器能独立进行测试的电子仪器，数自身带有微处理器能独立进行测试的电子仪器，数字化仪器是现阶段智能化电子仪器的主体。字化仪器是现阶段智能化电子仪器的主体。v 自动测试系统具有极强的通用性和多功能性，自动测试系统具有极强的通用性和多功能性，对于不同的测试任务，只需增减或更换对于不同的测试任务，只需增减或更换“挂挂”在它在它上面的上面的仪器设备仪器设备，编制相应的测试软件，而系统本，编制相应的测试软件，而系统本身不变。身不变。二、个人二、个人PCPC仪器系统及仪器
13、系统及VXIVXI总线仪器系统总线仪器系统 v 个人个人PCPC仪器是在数字化仪器的基础上，伴随仪器是在数字化仪器的基础上，伴随着个人计算机着个人计算机(PC)(PC)登上电子测量的舞台而创造登上电子测量的舞台而创造出的一种崭新的仪器品种，它是将原数字化仪器出的一种崭新的仪器品种，它是将原数字化仪器中的测量部分配以相应的接口电路制成各种中的测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器仪器卡卡，插入到，插入到PCPC的总线插槽的总线插槽或或扩展箱扩展箱内，而原数字内，而原数字化仪器所需的键盘、显示器以及存储器等均借助化仪器所需的键盘、显示器以及存储器等均借助于于PCPC机的资源，就构成了个人机的资源，
14、就构成了个人PCPC仪器仪器(又称又称PCPC仪仪器或仪器卡器或仪器卡)。v VXIVXI总线是一个开放式结构，它对所有仪器总线是一个开放式结构，它对所有仪器生产厂家和用户都是公开的，即允许不同生产厂生产厂家和用户都是公开的，即允许不同生产厂家生产的卡式仪器都可在家生产的卡式仪器都可在同一机箱同一机箱中工作，从而中工作，从而使使VXIVXI总线总线很快就成为测试系统的主导结构。很快就成为测试系统的主导结构。v VXI VXI总线是总线是面向模块式结构的仪器的总线面向模块式结构的仪器的总线，与与GP-IBGP-IB总线相比较其性能有了较大幅度提高。总线相比较其性能有了较大幅度提高。下图显示出典型
15、的下图显示出典型的VXIVXI总线仪器的构成形式。总线仪器的构成形式。488CPU计算机仪器1#仪器2#仪器3#.典典型型VXI总总线线仪仪器器系系统统图图三、软件技术的高速发展及虚拟仪器三、软件技术的高速发展及虚拟仪器 v 在新一代的仪器系统中，计算机软件和测试在新一代的仪器系统中，计算机软件和测试仪器更加紧密地结合在一起，为了使仪器系统的仪器更加紧密地结合在一起，为了使仪器系统的硬件设备尽量少，传统仪器的许多硬件设备尽量少，传统仪器的许多硬件硬件乃至整个乃至整个仪器仪器都被都被计算机软件计算机软件代替，例如只使用一块代替，例如只使用一块A AD D卡，借助于计算机的计算功能，在软件的配合下
16、卡，借助于计算机的计算功能，在软件的配合下就可能实现多种仪器的功能，如数字多用表，数就可能实现多种仪器的功能，如数字多用表，数字存储示波器，数字频谱分析，数字采集系统，字存储示波器，数字频谱分析，数字采集系统，数字频率计等。在新一代仪器系统中，计算机处数字频率计等。在新一代仪器系统中，计算机处于核心地位。以计算机为核心的仪器系统结构如于核心地位。以计算机为核心的仪器系统结构如下页图所示。与计算机一起工作的仪器共有四类，下页图所示。与计算机一起工作的仪器共有四类，即即GPGPIBIB仪器、仪器、RSRS一一232232仪器、仪器、VXIVXI仪器和数据采仪器和数据采集板。集板。致 谢v感 谢 数 字 化 医 疗 仪 器 精 品 课 程 网 站！v资料出处：v乐建威 等,数字化医疗仪器数字化医疗仪器 课件
