智能儀器技術

目 錄

第1章 智能儀器概述 （1）

1.1 智能儀器的作用 （1）

1.2 智能儀器的發(fā)展過程 （3）

1.3 智能儀器的組成、特點及分類 （6）

1.3.1 智能儀器的組成 （6）

1.3.2 智能儀器的特點 （7）

1.3.3 智能儀器的分類 （9）

1.3.4 智能儀器的應用 （10）

習題 （12）

第2章 智能儀器的數(shù)據(jù)采集電路 （13）

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本概念 （14）

2.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 （14）

2.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作步驟 （14）

2.1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結構 （15）

2.2 模擬信號調理電路 （17）

2.2.1 傳感器 （17）

2.2.2 放大器 （19）

2.3 模擬開關 （31）

2.3.1 模擬開關的功能 （31）

2.3.2 模擬開關的性能指標 （32）

2.3.3 集成模擬多路轉換開關 （32）

2.4 采樣/保持器 （34）

2.4.1 采樣/保持器的功能 （34）

2.4.2 采樣/保持器的工作原理 （34）

2.4.3 采樣/保持器的主要參數(shù) （35）

2.4.4 采樣/保持器的選擇 （36）

2.5 A/D轉換器 （37）

2.5.1 A/D轉換器的分類 （37）

2.5.2 A/D轉換器的性能指標 （38）

2.5.3 A/D轉換器的選用 （39）

2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 （41）

2.6.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差分析 （41）

2.6.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差分配實例 （44）

習題 （47）

第3章 智能儀器輸出通道 （48）

3.1 輸出通道的信號種類 （49）

3.1.1 模擬量輸出信號 （49）

3.1.2 開關量輸出信號 （49）

3.1.3 數(shù)字量輸出信號 （50）

3.2 模擬量輸出及D/A轉換 （50）

3.2.1 模擬量輸出通道的組成及結構形式 （50）

3.2.2 D/A轉換器及接口 （51）

3.2.3 D/A轉換器的應用 （58）

3.3 開關量輸出 （60）

3.3.1 開關量輸出隔離 （61）

3.3.2 開關量輸出驅動 （64）

習題 （68）

第4章 智能儀器的人機接口 （69）

4.1 鍵盤接口設計 （69）

4.1.1 鍵盤處理步驟 （70）

4.1.2 鍵盤常見問題處理 （70）

4.1.3 鍵盤的組織形式及工作方式 （71）

4.1.4 非編碼式鍵盤接口 （72）

4.1.5 編碼式鍵盤接口 （75）

4.2 顯示器接口設計 （79）

4.2.1 LED顯示器接口 （79）

4.2.2 點陣式LED顯示 （83）

4.2.3 LCD液晶顯示 （85）

4.2.4 觸摸屏 （86）

4.3 打印機與繪圖儀接口 （90）

4.3.1 打印機接口 （90）

4.3.2 繪圖儀接口 （93）

習題 （95）

第5章 智能儀器通信接口 （96）

5.1 內總線 （97）

5.1.1 I2C總線 （97）

5.1.2 I2C總線應用實例 （101）

5.1.3 SPI總線及應用 （103）

5.2 GPIB并行總線 （108）

5.2.1 相關術語 （109）

5.2.2 儀器功能及接口功能 （110）

5.2.3 GPIB接口系統(tǒng)結構 （111）

5.2.4 GPIB接口工作過程 （112）

5.2.5 GPIB接口設計舉例 （113）

5.3 串口通信接口 （115）

5.3.1 RS-232標準串行接口 （115）

5.3.2 RS-485標準串行接口 （117）

5.3.3 USB （118）

5.3.4 串口通信的設計實例 （123）

5.4 無線傳輸方式 （125）

5.4.1 藍牙技術 （125）

5.4.2 GPRS （128）

習題 （130）

第6章 智能儀器的可靠性技術 （131）

6.1 可靠性的概念及影響因素 （132）

6.2 智能儀器的自校準 （133）

6.2.1 內部自校準 （133）

6.2.2 外部自校準 （136）

6.3 智能儀器的自檢 （137）

6.3.1 自檢方式 （137）

6.3.2 自檢內容 （137）

6.3.3 自檢軟件 （142）

6.4 干擾和干擾源分析 （142）

6.4.1 干擾的來源 （143）

6.4.2 干擾的類型 （145）

6.4.3 干擾的耦合方式 （146）

6.4.4 抗干擾的基本措施 （148）

6.5 硬件抗干擾措施 （149）

6.5.1 屏蔽和隔離技術 （149）

6.5.2 接地技術 （154）

6.5.3 濾波技術 （160）

6.5.4 其他常用抗干擾技術 （160）

6.6 軟件抗干擾措施 （162）

6.6.1 軟件冗余技術 （164）

6.6.2 軟件陷阱 （165）

6.6.3 看門狗技術 （166）

習題 （167）

第7章 智能儀器數(shù)據(jù)處理 （168）

7.1 智能儀器的非數(shù)值處理算法 （168）

7.1.1 查找 （169）

7.1.2 排序 （169）

7.2 隨機誤差處理與數(shù)字濾波 （171）

7.2.1 限幅濾波 （171）

7.2.2 中位值濾波 （172）

7.2.3 算術平均濾波 （172）

7.2.4 遞推平均濾波 （172）

7.2.5 加權遞推平均濾波 （173）

7.2.6 一階慣性濾波 （173）

7.2.7 復合濾波 （174）

7.3 系統(tǒng)誤差的數(shù)據(jù)處理 （174）

7.3.1 系統(tǒng)誤差模型 （175）

7.3.2 利用離散數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)誤差 （176）

7.3.3 系統(tǒng)誤差的標準數(shù)據(jù)校正法 （180）

7.3.4 傳感器的非線性校正 （181）

7.4 測量數(shù)據(jù)的標度變換 （183）

7.4.1 線性標度變換 （184）

7.4.2 公式轉換法 （184）

7.4.3 多項式變換公式 （184）

7.5 自動量程切換 （185）

7.5.1 量程自動切換的設計原則 （185）

7.5.2 量程自動轉換原理 （186）

習題 （187）

第8章 智能儀器設計與調試 （189）

8.1 智能儀器設計方法 （190）

8.1.1 智能儀器設計的原則 （190）

8.1.2 智能儀器設計的一般步驟 （193）

8.2 智能儀器硬件設計 （195）

8.2.1 硬件體系結構的設計 （195）

8.2.2 器件的選擇 （197）

8.3 智能儀器軟件設計 （200）

8.3.1 軟件設計方法 （200）

8.3.2 智能儀器的軟件構成與設計 （203）

8.4 智能儀器的調試 （205）

8.4.1 智能儀器調試的方法 （205）

8.4.2 智能儀器硬件調試 （208）

8.4.3 智能儀器軟件調試 （209）

8.4.4 動態(tài)在線調試 （210）

習題 （212）

第9章 智能儀器設計實例 （213）

9.1 簡易單回路溫度控制儀設計 （213）

9.1.1 溫度控制系統(tǒng)的總體設計 （213）

9.1.2 系統(tǒng)下位機軟件設計 （219）

9.1.3 系統(tǒng)上位機軟件設計 （221）

9.2 智能工頻電參數(shù)測量儀設計 （223）

9.2.1 硬件設計 （224）

9.2.2 軟件設計 （226）

9.3 脈搏血氧儀設計 （232）

9.3.1 脈搏血氧儀的設計原理 （233）

9.3.2 硬件系統(tǒng)設計 （233）

9.3.3 軟件系統(tǒng)設計 （237）

9.3.4 系統(tǒng)的抗干擾 （241）

習題 （241）

參考文獻 （242）2100433B

全書共分6章：第一章智能儀器的概述。主要介紹儀器儀表的發(fā)展歷程，智能儀器的概念、分類、特點和組成，介紹智能儀器的總體設計原則和步驟；第二章智能儀器的硬件結構。主要介紹智能儀器的輸入、輸出通道設計、人機接口、通信接口；第三章智能儀器的軟件設計。主要介紹智能儀器的測量算法設計、量程設計等；第四章智能儀器的可靠性設計，主要介紹智能儀器的自校準、自檢和抗干擾設計；第五章智能儀器的設計實例，主要介紹一些典型的以單片機和DSP為核心的智能儀器設計；第六章介紹智能儀器的最新發(fā)展趨勢。

第1章緒論1

1.1概述1

1.1.1智能儀器及其特點1

1.1.2智能儀器的組成4

1.1.3智能儀器的工作原理5

1.1.4智能儀器的新發(fā)展7

1.2智能儀器設計簡介10

1.2.1設計要點10

1.2.2監(jiān)控程序的結構11

1.2.3程序設計技術11

1.2.4智能儀器的研制步驟13

1.2.5智能儀器設計中應注意的問題16

習題與思考題19

第2章智能儀器的標準數(shù)據(jù)通信接口20

2.1RS-232標準串行接口總線20

2.2SPI總線標準26

2.2.1SPI總線標準介紹26

2.2.2利用模擬SPI擴展串行E2PROM28

2.3I2C標準總線37

2.3.1I2C標準總線介紹37

2.3.280C51單片機模擬I2C總線應用實例40

2.4USB總線標準46

2.4.1USB總線標準介紹46

2.4.2應用實例49

2.5CAN總線55

2.5.1CAN通信總線原理56

2.5.2常用的CAN通信總線芯片60

2.5.3CAN通信總線硬件設計61

2.6GP-IB接口總線62

2.6.1接口功能要素62

2.6.2接口的基本特性63

2.6.3總線結構63

2.6.4消息及其編碼64

2.6.5三線掛鉤過程65

2.6.6接口功能設置66

2.7無線數(shù)據(jù)傳輸和PTR2000的應用66

2.7.1調制解調器技術簡介67

2.7.2PTR2000無線收發(fā)MODEM的應用68

習題與思考題71

第3章預處理電路及數(shù)據(jù)采集72

3.1概述72

3.2傳感器及其應用73

3.2.1傳感器基礎知識73

3.2.2幾種常用或新型傳感器簡介75

3.2.3傳感器應用實例79

3.3模擬信號放大電路83

3.3.1模擬信號放大及集成運放簡介83

3.3.2放大電路實例85

3.4DAC接口89

3.4.1DAC芯片與微機接口的一般方法90

3.4.2DAC芯片與80C51單片機接口舉例93

3.5ADC接口97

3.5.1ADC芯片與微機接口的一般方法97

3.5.2常用的ADC芯片與80C51單片機接口舉例101

3.6數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)125

3.6.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構125

3.6.2模擬開關126

3.6.3采樣保持電路128

3.6.4單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)130

習題與思考題133

第4章人機接口技術134

4.1鍵盤接口134

4.1.1鍵盤簡介134

4.1.2非編碼鍵盤136

4.1.3編碼鍵盤143

4.1.4觸摸屏技術145

4.2LED顯示器接口147

4.2.1七段LED顯示器147

4.2.2點陣式LED顯示器151

4.3鍵盤/顯示器接口實例153

4.3.1用8155H芯片實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口153

4.3.2用51單片機的串行口實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口156

4.3.3利用8279專用接口芯片實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口158

4.3.4〖CX3〗〖CX〗利用7289串行接口芯片實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口169

4.4LCD顯示器接口179

4.4.1LCD顯示器的基本結構及工作原理179

4.4.2LCD顯示器與單片機接口181

4.4.3液晶顯示模塊的應用187

4.5CRT顯示器接口200

4.5.1CRT顯示原理200

4.5.2字符顯示終端203

4.6微型打印機接口205

4.6.18051與GP16微型打印機的接口205

4.6.28051與PP40繪圖打印機的接口210

習題與思考題221

第5章測量算法與系統(tǒng)優(yōu)化設計222

5.1測量算法222

5.1.1量程選擇222

5.1.2極限判斷與越限報警223

5.1.3自檢算法224

5.1.4標度變換224

5.1.5智能儀器的軟件主流程實例227

5.2測量精確度的提高229

5.2.1隨機誤差與數(shù)字濾波229

5.2.2系統(tǒng)誤差的處理237

5.3智能儀器的低功耗設計246

5.3.1低功耗設計概述246

5.3.251系列單片機的低功耗運行247

5.3.3存儲器的低功耗運行250

5.3.4智能儀器的低功耗設計方案252

5.4智能儀器的抗干擾設計253

5.4.1主要干擾源及相應的抗干擾措施253

5.4.2印制電路板及電路的抗干擾設計257

5.4.3軟件抗干擾設計258

習題與思考題265

第6章監(jiān)控主程序的設計266

6.1直接分析法266

6.1.1用選擇結構設計監(jiān)控主程序266

6.1.2用轉移表法設計監(jiān)控主程序267

6.2狀態(tài)變量法271

6.2.1狀態(tài)變量法的實質271

6.2.2狀態(tài)變量法設計步驟273

6.2.3設計狀態(tài)圖和狀態(tài)表的原則與技巧276

6.2.4用狀態(tài)變量法設計監(jiān)控主程序實例281

習題與思考題284

第7章接口管理程序的設計285

7.1MC68488接口（GPIA）原理285

7.1.1GPIA引出線功能285

7.1.2GPIA內部寄存器功能289

7.280C51單片機與MC68488接口電路設計295

7.2.1時鐘信號的產生295

7.2.2讀寫控制信號296

7.2.3芯片選通控制296

7.3接口管理程序的設計297

7.3.1概述297

7.3.2接口啟動程序297

7.3.3接口管理主程序298

習題與思考題300

第8章智能儀器設計實例301

8.1數(shù)字頻率計的設計301

8.1.1系統(tǒng)組成與設計方案301

8.1.2頻率計程序設計302

8.2超聲波測距儀的設計306

8.2.1SB5227型超聲波測距專用集成電路306

8.2.2超聲波測距儀的設計308

8.2.3超聲波測距網絡系統(tǒng)的構成312

8.3數(shù)字多用表的設計312

8.3.1設計任務及要求312

8.3.2設計思路與方案313

8.3.3系統(tǒng)硬件設計313

8.3.4軟件設計316

8.4智能型出租車計價器的設計318

8.4.1設計任務與要求318

8.4.2設計方案319

8.4.3系統(tǒng)設計320

8.4.4硬件開發(fā)321

8.4.5軟件設計323

8.4.6系統(tǒng)調試328

8.4.7指標測試與軟件固化329

習題與思考題329

參考文獻330"

本書內容共分9章。第1章緒論主要介紹智能儀器的基本組成及功能特點；第2章介紹MCS"_blank" href="/item/工業(yè)以太網/10068744" data-lemmaid="10068744">工業(yè)以太網技術。此外，數(shù)字信號處理在智能儀器中的應用，智能儀器與過程控制技術的關系，以及抗干擾技術方面都有較多的篇幅。

智能儀器是一門集電子技術、微機應用技術、測控技術、儀器與測量技術等于一體的跨學科的專業(yè)技術課程。本書介紹了以80C51單片機為核心構成的智能儀器的工作原理與設計方法。書中詳細介紹了智能儀器的各個組成部分，包括信號預處理電路、A/D轉換器和D/A轉換器與單片機的接口設計，以及人機接口包括鍵盤、LED顯示器、LCD顯示器、CRT顯示器、微型打印機與單片機的接口設計。書中還深入討論了常用標準接口總線、監(jiān)控主程序和接口管理程序的設計，常用的測量算法及優(yōu)化系統(tǒng)性能的高精確度、高抗干擾和低功耗的設計方法，這些方法也適用于一般的單片機應用系統(tǒng)設計。 本書內容豐富、新穎、實用，文字精煉、深入淺出、通俗易懂、邏輯性和系統(tǒng)性強，可作為高等工科院校的電子信息工程、通信工程、電氣工程、機電一體化、儀器儀表、檢測控制等專業(yè)的教科書或參考書，也可供從事智能儀器或單片機應用的研究人員或工程技術人員閱讀。