微控制器与智能仪表技术的发展

"智能仪表技术课程，由东北大学教授，主要涵盖仪表智能化的各个方面，包括基本结构要素、设计方法以及微控制器和FPGA的应用。课程还介绍了ARM微控制器和PV发电系统的简介。" 智能仪表技术是现代自动化领域的重要组成部分，它涉及到微控制器、传感器、数据处理和通信等多个方面。课程首先从仪表智能化的含义出发，强调以微控制器为核心，赋予设备判断、记忆、推理和决策的能力，使得仪表能够模拟人脑的部分功能。例如，数字存储示波器、飞机黑匣子、数控机床和自主机器人都属于智能仪表的范畴。 在技术基础上，智能仪表依赖于高速的处理器（如CPU、MCU、DSP、FPGA、CPLD和ARM）、大容量的存储器以及高精度的A/D和D/A转换器。此外，智能型传感器在获取和处理信息方面起着关键作用。软件层面则涵盖了模糊控制、专家系统、神经网络和自适应系统，这些复杂的控制算法使仪表能适应各种环境和任务。 智能仪表的发展趋势主要体现在四个方面：小型化、微型化和便携化，如便携式医疗设备和移动通讯设备；网络化、系统化和行业化，如工业现场总线网络和医疗监控系统；高档化、复杂化和专业化，如各种专业机器人；以及应用领域的广泛拓展，覆盖了工业、农业、国防等多个行业。 微控制器是智能仪表的核心，其发展经历了从8位到64位的演变。尽管8位单片机仍然广泛应用，但国际趋势是向更高级别的微控制器发展，同时8位机也在不断扩展功能，增加外围接口，提升处理速度，并支持低电压低功耗，以适应各种新需求。例如，增加片上程序存储器、RAM、I/O口、JTAG接口、电源监视器以及对现场总线的支持。 智能仪表设计中，ARM微控制器因其灵活性和强大的处理能力而受到重视，常用于复杂系统的控制。而FPGA（Field-Programmable Gate Array）则提供了高度可配置的硬件平台，适用于定制化和高性能的应用场景，如在PV（Photovoltaic）发电系统中的应用。 智能仪表技术是一门涉及多学科的综合课程，它不仅涵盖了硬件基础和软件算法，还关注了行业的最新进展和未来趋势。通过学习这门课程，学生将能够理解并掌握智能仪表的设计原理和技术应用，为未来的自动化和控制系统开发打下坚实基础。