自考10789智能仪器考试大纲（2025年版）

湖南 省高 等教 育自 学考 试课 程考 试大 纲智能仪器 （课程代码：10789） 湖南省教育考试院组编 2025 年 6 月高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：智能仪器课程代码：10789

第一部分

课程性质与目标

一、课程性质与特点

智能仪器是高等教育自学考试自动化专业的选考课。这门课程主要介绍了智能仪器仪表的基本组成、功能特点和发展趋势，重点讲解了智能仪器仪表的总体设计方法。在讲解智能仪器仪表中常用的数据采集技术后，着重讲解常用的硬件接口技术及智能仪器仪表的设计。在软件方面介绍了基于裸机和嵌入式操作系统的软件设计，介绍了数据处理技术、常用测量和控制算法以及抗干扰、自诊断等方面知识， 同时结合智能仪器仪表的设计实例详细介绍了设计流程及各种技术的综合运用。因此，这是一门理论与实践紧密结合且实践性很强的课程。

二、课程目标与基本

要求通过本课程的学习，使考生建立仪器整机系统的概念，掌握智能仪器软硬件相结合的基本工作原理、主要技术和设计方法，培养考生综合运用所学知识与技术进行仪器设计的能力，提高考生灵活性和创新（创造）意识。基本要求：

1.掌握微机内嵌式智能仪器和个人计算机仪器的基本结构及工作原理。

2.全面掌握多种类型信号的数据采集方法和系统实现技术；掌握智能仪器外设接口与通信技术的集成化应用；掌握智能仪器的基本数据处理算法，能够灵活运用。

3.全面了解软件设计方法，学习并掌握典型智能仪器模块化软件设计方法。

4.建立仪器可靠性的概念，掌握智能仪器基本的抗干扰软硬件技术；了解智能仪器可测试性原理。

5.对仪器的高级智能化、自动化、网络化等新发展有一定了解。

三、与本专业其他课程的关系

本课程为自动化专业的一门重要课程，其先修课程是单片机原理与接口技术、 计算机控制系统等课程，本课程的后继课程是电气控制及 PLC 技术、DCS 及现场总线技术等课程。本课程的学习对全面掌握自动化专业各学科起到非常重要的作用。

第二部分考核内容与考核目标

第一章 概述

通过本章的学习，了解智能仪器的发展史、定义及相关技术；熟悉智能仪器的分类及特点；掌握推动智能仪器发展的关键技术。本章的难点内容为：推动智能仪器发展的关键技术。

（一）仪器仪表概述（一般）识记：1.仪器仪表概念

2.智能仪器概念

3.仪器仪表的发展历史

4.仪器仪表的重要性（二）智能仪器的分类、基本结构与特点（次重点）识记：智能仪器的细致分类理解：1.智能仪器的基本结构

2.智能仪器的主要特点（三）推动智能仪器发展的关键技术（重点）识记：1.传感器技术

2.虚拟仪器

3.测量仪器云

理解：推动智能仪器发展的主要技术

第二章 数据采集技术

智能仪器的数据采集的效率和精度是仪器设计好坏的关键因素，模拟信号的数据采集也是当今仪器的一种主要采集方式。

通过本章的学习，了解数据采集系统的组成结构，掌握模拟信号调理，熟悉 A/D 转换器及接口技术。能够进行智能仪器数据采集系统的设计。本章的难点内容为：

ADC 芯片与微处理器的接口（一）数据采集系统的组成结构（一般）识记：数据采集系统的概念理解：1.集中采集式

2.分布采集式

（二）模拟信号调理（次重点）识记：1.信号调理的任务

2.仪用放大电路主要性能指标理解：1.传感器的选用

2.运用前置放大器的依据应用：1.信号调理通道中的常用放大器

2.284 隔离放大器分析

3.GF289 隔离放大器分析（三）传统 A/D 转换器及接口技术（重点）识记：1.ADC 的基本概念

2.A/D 转换器技术指标的含义理解：传统 ADC 的转换原理应用：1.常用 ADC 芯片及其与微处理器的接口

2.AD574A 与微处理器接口电路的设计（四）∑-∆型 ADC 原理与接口技术 （重点）识记：1.∑-∆型 ADC 定义

2.CS5360 简介理解：1.∑-∆型 ADC 理论基础

2.∑-∆型 ADC 工作原理应用：1.CS5360 系列及其与微处理器的接口

2.CS5360 与 CPU 接口电路设计（五）数据采集系统设计及举例（重点）识记：系统设计考虑的因素理解：1.A/D 转换器的选择要点

2.采样保持器 S/H 的选择

3.多路测量通道的串音问题

4.主放大器的设置

应用：1.数据采集系统实例

2.数据采集系统设计（六）数据采集系统的误差分析（重点）识记：数据采集系统的误差理解：1.采样误差

2.模拟电路的误差

3.A/D 转换器的误差应用：数据采集系统的误差分配举例

第三章人机对话与数据通信键盘、显示器等是智能仪器实现人机交互、信息输出的重要手段，随着科学技术的进步，各种仪器之间有时需要传输大量的数据，这就要求仪器具有某种标准总线， 使之能与计算机或其他的智能仪器通信。

通过本章的学习，掌握键盘、LCD 显示器的工作原理，掌握串行总线数据通信及无线数据传输的原理；能够进行智能仪器键盘显示接口电路及数据通信电路的硬件设计。本章的难点内容为：键盘显示接口电路及数据通信电路的硬件设计。

（一）键盘（一般）

识记：键盘的种类

理解：1.键盘的接口必须解决的问题

2.非编码键盘

3.编码键盘

4.智能仪器键盘接口设计（二）LCD 显示器（次重点）识记：LCD 显示器理解：1.段码式 LCD 显示器

2.字符式 LCD 显示器

3.图形式 LCD 显示器

4.液晶条图显示

应用：智能仪器显示接口设计（三）触摸屏技术（重点）识记：触摸屏简介理解：1.触摸屏的类型

2.触摸屏控制器 ADS7843应用：智能仪器显示接口设计（四）RS-232C RS-422/485 串行总线数据通信（重点）

理解：1.RS-232C 总线标准

2.RS-422/485 总线标准应用：1.RS-232C 总线应用

2.RS-422/485 总线应用

3.智能仪器串行总线接口设计（五）USB 通用串行总线及应用（重点）识记：USB 的特点与基本特性理解：1.USB 的传输主机和设备

2.USB 数据传输过程应用：1.USB 接口

2.基于 USB 的数据采集系统的设计（六）无线数据传输（重点）识记：调制解调器技术简介理解：PTR 系列无线 MODEM应用：基于移动通信网的无线数据传输

第四章基本数据处理算法与软测量技术数据处理能力是智能仪器水平的标志，引入数据处理算法后，使许多依赖硬件电路难以实现的信号处理问题得以解决，提高测量精度和可靠性等仪器的核心指标。

通过本章的学习，掌握克服随机误差、消除系统误差的算法；掌握工程量的标尺变换；理解软测量技术。本章的难点内容为：建立复杂测量对象的数学模型。

（一）克服随机误差的数字滤波算法（重点）识记：常用的数字滤波算法理解：1.克服脉冲干扰的数字滤波法（非线性法）

2.抑制小幅度高频噪声的平均滤波法

3.复合滤波法

（二）消除系统误差的算法（重点）识记：系统误差理解：1.仪器零位误差和增益误差的校正方法

2.系统非线性校正

应用：1.系统误差的标准数据校正法

2.传感器温度误差的校正方法（三）标度变换（次重点）识记：标度变换概念理解：1.线性标度变换

2.非线性参数的标度变换（四）软测量技术（重点）识记：软测量的基本概念与发展理解：数据驱动软测量建模方法应用：1.软测量技术实现

2.软测量建模

第五章 软件设计

智能仪器仪表已不再是简单的硬件实体，而是硬件、软件相结合，软件决定仪器智能高低的新型仪器。

通过本章的学习，了解软件开发模型与设计方法，了解软件测试方法与步骤；

掌握基于裸机和基于嵌入式操作系统的软件设计。

（一）软件概述（一般）识记：软件的含义、特点、种类理解：智能仪器中软件的主要功能（二）软件开发模型与设计方法（次重点）识记：软件工程开发模式理解：1.软件开发阶段

2.模块化与结构化程序设计应用：1.面向对象的程序设计

2.软件文档

（三）基于裸机的软件设计（重点）识记：设计步骤理解：1.程序流程图与子程序设计

2.系统监控程序设计应用：1.功能模块的设计

2.基于裸机的软件设计（四）基于嵌入式操作系统的软件设计（重点）识记：嵌入式操作系统理解：1.嵌入式软件开发过程

2.开发方法简介

应用：基于嵌入式操作系统的软件设计（五）软件测试（重点）识记：软件测试的基础知识理解：软件测试方法与步骤应用：嵌入式软件测试

第六章可靠性与抗干扰技术可靠性和抗干扰能力是评价仪器系统质量优劣的重要技木指标。

通过本章的学习，了解可靠性的基本概念，掌握仪器的可靠性设计方法及提高可靠性的措施。

（一）可靠性概述（次重点）识记：可靠性的基本概念理解：设计过程与分配方法

（二）硬件可靠性设计（重点）识记：影响仪器可靠性的因素理解：提高仪器可靠性的措施应用：硬件可靠性设计

（三）软件可靠性设计（重点）识记：软件的可靠性模型理解：1.提高软件可靠性的方法

2.软件可靠性技术

应用：软件可靠性设计（四）干扰源分析（重点）识记：干扰与噪声及其分类理解：噪声形成干扰的三要素与耦合方式（五）抑制电磁干扰的主要技术（重点）识记：抑制电磁干扰的基本方法理解：抑制电磁干扰的基本措施应用：抗干扰技术的应用

第七章 可测试性设计

可测试性是系统和设备的一种便于测试和诊断的重要设计特性，对各种复杂系统尤其是对电子系统和设备的维修性、可靠性和可用性有很大影响。

通过本章的学习，了解可测试性概念，掌握固有测试性总体设计与通用设计准则，掌握机内测试技术。

（一）可测试性概述（一般）识记：1.可测试性与可测试性设计

2.可测试性设计的优点理解：测试性要求（二）固有测试性总体设计与通用设计准则（重点）识记：1.固有测试性总体设计

2.测试性通用设计准则（三）机内测试技术-BIT （重点）识记：BIT 简介理解：1.常规 BIT 技术

2.智能 BIT 技术（四）可测试性设计实例 （重点）

理解：RAM 测试设计应用：1.A/D,D/A 测试

2.可测试性设计

第八章 设计实例

通过本章的学习，能够综合运用前面各章学习的智能仪器所需要的主要技术（数据采集，人机接口与通信，数据处理、抗干扰）和设计知识（软件、可靠性、可测试性）设计智能仪器。

（一）智能仪器的设计原则及研制步骤（次重点）识记：智能仪器设计的基本要求理解：1.智能仪器的设计原则

2.智能仪器的研制步骤（二）固体密度测试仪的研制（次重点）识记：概述理解：1.测量原理

2.硬件电路设计

3.软件设计

4.主要技术指标和测试结果应用：1.固体密度测试仪技术更新

2.固体密度测试仪的设计（三）基于 TMS320VC5402 的地下管道漏水检测仪设计（重点）识记：TMS320VC5402 的性能特点及应用开发过程理解：1.地下管道漏水检测仪原理

2.相关检漏仪硬件设计应用：1.软件设计与处理算法

2.实验测试结果讨论

3.智能仪器整机设计

第九章 智能仪器的新发展传感器、微电子、

DSP、计算机、网络与通信等高新技术推动智能仪器快速发展。

通过本章的学习，了解虚拟仪器、嵌入式 Internet 的网络化智能传感器、 IEEE P1451 网络化智能传感器。

（一）虚拟仪器（次重点）识记：1.从智能仪器到虚拟仪器

2.虚拟仪器的特点

理解：1.虚拟仪器的体系结构

2.虚拟仪器的应用

3.测试领域面临的挑战与 V1 的优势应用：1.虚拟仪器的硬件

2.虚拟仪器的软件

3 虚拟仪器设计

（二）网络化仪器（次重点）

理解：1.基于 Web 的虚拟仪器

2.嵌入式 Internet 的网络化智能传感器

3.IEEE P1451 网络化智能传感器标准应用：网络仪器设计（三）基于

802.11 的无线网络地震仪系统设计

（次重点）识记：背景及要求应用：1.无缆地震仪系统网络结构设计

2.采集节点及网络通信

3.无线网络仪器设计

第三部分

有关说明与实施要求

一、考核的能力层次表述

本大纲在考核目标中，按照“识记”“理解”“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上， 其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。

二、教材

指定教材：《智能仪器》，程德福，机械工业出版社，2017 年第 3 版

三、

自学方法指导

1．在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2．阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。

3．在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。

4．完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。

四、对社会助学的要求

1．应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

2．应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

3．辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。

4．辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。

5．辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。

6．注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

7．要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。

8．助学学时：本课程共 3 学分，建议总课时 54 学时，其中助学课时分配如下：

章次章节名称学时

第一章

概述

第二章

数据采集技术

第三章

人机对话与数据通信

第四章

基本数据处理算法与软测量技术

第五章

软件设计

第六章

可靠性与抗干扰技术

第七章

可测试性设计

第八章

设计实例

第九章

智能仪器的新发展合计

五、关于命题考试的若干规定

1．本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

2．试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为 30 %、“理解”为40%、“应用”为 30 %。

3．试题难易程度应合理：容易、中等、难比例为 3：4：3。

4．每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占 60%，次重点占 30%，一般占 10%。

5．试题类型一般分为：单项选择题、名词解释题、简答题、论述题、应用题。

6．考试采用闭卷笔试，考试时间 150 分钟，采用百分制评分，60 分合格.

六、题型示例（样题）

一、单项选择题

（本大题共 15 小题，每小题 1 分，共 15 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡”上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。

1．智能仪器中，用于将模拟信号转换为数字信号的部件是A. D/A 转换器 B. A/D 转换器 C. 滤波器 D. 放大器

二、名词解释题

（本大题共 6 小题，每小题 3 分，共 18 分）

16．代数插值法

三、简答题

（本大题共 5 小题，每小题 6 分，共 30 分）

22．简述智能仪器的基本组成、工作原理及发展趋势。

四、论述题

（本大题共 1 小题，每小题 11 分，共 11 分）

27．试述软测量技术在工业

4.0 时代生产服务模式下可能在哪些方面发挥巨大作用

五、

应用题（本大题共 2 小题，每小题 13 分，共 26 分）

28．利用 PTR 系列模块设计一分布式测控系统的无线数据采集-传输模块。数据采集模块的数据通过无线方式传输后，最终要通过 RS-232 口传输到微机中。