智能仪器设计基础

第1章绪论

1．1智能仪器的发展概况

1．2智能仪器的发展趋势

1．3智能仪器的分类、组成和特点

1．3．1智能仪器的分类

1．3．2智能仪器的组成

1．3．3智能仪器的特点

1．4智能仪器的设计要求、原则及步骤

1．4．1智能仪器的设计要求

1．4．2智能仪器的设计原则

1．4．3智能仪器的设计步骤

习题1

第2章智能仪器输入／输出通道及接口技术

2．1模拟量输入通道概述

2．2传感器

2．2．1传感器的分类

2．2．2传感器的选用原则

2．3放大器

2．3．1程控放大器

2．3．2仪用放大器

2．3．3隔离放大器

2．4模拟多路开关

2．4．1模拟多路开关的性能指标

2．4．2集成模拟多路开关

2．4．3模拟开关的通道扩展

2．5采样／保持器

2．5．1采样／保持器的原理

2．5．2集成采样／保持器

2．5．3采样／保持器的主要性能指标

2．6A／D转换器

2．6．1并联比较型A／D转换器

2．6．2逐次逼近型A／D转换器

2．6．3双积分型A／D转换器

2．6．4∑一△调制型A／D转换器

2．6．5A／D转换器的主要技术指标

2．7A／D转换器与微处理器的接口

2．7．1并行输出ADC与微处理器的接口

2．7．2串行输出ADC与微处理器的接口

2．8开关量输入通道

2．9模拟量输出通道

2．9．1D／A转换原理

2．9．2D／A转换器的主要技术指标

2．9．3D／A转换器与微处理器的接口

2．9．4DAC的应用

2．10开关量输出通道

2．10．1小功率驱动接口电路

2．10．2中功率驱动接口电路

2．10．3固态继电器输出接口电路

习题2

第3章常见模拟量信号的检测方法

3．1概述

3．2电压类信号的检测

3．2．1对电压测量的基本要求

3．2．2交流电压的测量

3．3电流类信号的检测

3．3．1手动分挡测量法

3．3．2自动分挡测量法

3．4相位型信号的检测

3．4．1软件分析法

3．4．2过零比较器法

3．5时问型信号的检测

3．6频率及周期型信号的检测

3．6．1频率及周期型信号的特点

3．6．2频率测量基本电路

3．6．3周期测量基本电路

3．6．4通用频率计(计数器)的基本电路

3．7电阻型信号的检测

3．7．1恒流法测电阻

3．7．2恒压法测电阻

3．7．3恒阻法测电阻

3．7．4积分法测电阻

3．8电容型信号的检测

3．8．1积分法测电容

3．8．2相位法测电容

3．8．3频率法测电容

习题3

第4章智能仪器人机交互接口

4．1键盘与接口

4．1．1键盘概述

4．1．2键盘工作原理与接口电路

4．1．3键值分析程序

4．2LED显示与接口

4．2．1段码式LED显示原理与接口

4．2．2点阵式LED显示原理与接口

4．3键盘／显示器接口设计

4．3．1ZLG7290芯片介绍

4．3．2ZLG7290接口芯片的连接方法和程序设计

4．4LCD显示及接口

4．4．1LcD显示器的结构和工作原理

4．4．2笔段式LCD显示器

4．5CRT显示及控制

4．5．1CRT显示器概述

4．5．2字符显示原理

4．5．3图形及汉字显示原理

4．6触摸屏

4．6．1触摸屏简介

4．6．2触摸屏的分类

4．6．3触摸屏的控制

4．7打印记录技术

4．7．1RD系列热敏微型打印机的接口信号

4．7．2RD系列热敏微型打印机的打印命令

4．7．3汉字打印技术

4．7．4RD系列打印机与单片机接口及编程

习题4

第5章智能仪器的典型数据处理功能

5．1概述

5．2测量结果的非数值处理”

5．2．1查表

5．2．2排序

5．3测量结果的数值处理

5．3．1随机误差处理与数字滤波

5．3．2系统误差的处理和传感器的非线性校正

5．3．3粗大误差的处理算法

5．4测量数据的标度变换

5．4．1线性标度变换

5．4．2非线性参数的标度变换

习题5

第6章智能仪器自动测量和自检技术

6．1概述

6．2仪器的自动校准

6．2．1内部自动校准

6．2．2外部自动校准

6．3仪器的自动测量

6．3．1触发电平自动调节

6．3．2量程自动转换

6．4硬件故障自检

6．4．1RAM的自检

6．4．2ROM的自检

6．4．3键盘与显示器的自检

6．4．4输入通道的自检

6．4．5输出通道的自检

6．4．6总线的自检

习题6

第7章智能仪器可靠性与抗干扰技术

7．1可靠性概述

7．1．1可靠性的基本概念

7．1．2可靠性的总体考虑

7．2可靠性设计

7．2．1硬件可靠性设计

7．2．2软件可靠性设计

7．3智能仪器抗干扰技术

7．3．1干扰的产生与分类

7．3．2干扰的耦合方式

7．3．3抑制干扰的主要技术及措施

7．3．4抗干扰的其他措施

习题7

第8章总线和数据通信技术

8．1概述

8．2内总线

8．2．1I2C总线概述

8．2．2I2C总线的术语

8．2．3器件与I2C总线的连接

8．2．4数据的传送

8．3通用接口总线

8．3．1协议中用到的术语

8．3．2仪器功能与接口功能

8．3．3GPIB接口系统结构

8．3．4GPIB接口工作过程

8．3．5GPIB接口芯片

8．4串行通信接口

8．4．1RS-232C串行总线标准

8．4．2RS-422标准

8．4．3RS-485通信接口标准

8．4．4通用串行总线(USB)

8．5现场总线

8．5．1现场总线的特点与优点

8．5．2CAN总线的发展与特点

8．5．3CAN的分层结构

8．6蓝牙技术

8．6．1蓝牙技术的产生与概况

8．6．2蓝牙技术的原理

8．7工业以太网

8．8电力线载波通信

习题8

第9章智能仪器设计实例

9．1数据采集系统设计

9．1．1数据采集系统的组成与结构

9．1．2数据采集系统设计考虑的因素

9．1．3心电数据采集系统设计

9．2简易单回路温度控制器

9．2．1功能需求和总体思路

9．2．2温度测控电路设计

9．2．3PID控制算法的实现

9．2．4控制器和Pc之间的数据通信

9．2．5温度控制器软件流程与参考程序

9．3简易单回路温度控制器电路图

习题9

第10章智能仪器新发展

10．1个人仪器及系统

10．1．1个人仪器概述

10．1．2个人仪器的结构和特点

10．2VXI总线仪器

10．2．1VXI总线仪器系统概述

10．2．2VXI总线仪器系统的组建

10．3虚拟仪器

10．3．1虚拟仪器的特点与构成

10．3．2虚拟仪器的硬件结构

10．3．3虚拟仪器的软件结构

10．3．4虚拟仪器的软件开发平台

10．3．5虚拟仪器的发展与应用

10．4网络化仪器

10．4．1网络化仪器概述

10．4．2基于web的虚拟仪器

10．4．3嵌入式Internet的网络化智能传感器

10．4．4IEEE1451网络化智能传感器标准

10．5多传感器数据融合技术

10．5．1概述

10．5．2数据融合的原理和结构

10．5．3数据融合的基本方法

10．5．4数据融合技术在智能仪器中的应用

习题10

参考文献

　　本书叙述力求简明扼要、通俗易懂。在内容编排上注重智能仪器基本原理和基本设计方法．同时注意理论联系实际，引入设计实例，提高学生分析、解决实际问题的能力，为以后的学习、工作和科学研究打下扎实的理论和实践基础。本书适用于高等学校测控技术与仪器、电子信息、自动控制、机电一体化等专业的高年级本科生及低年级研究生，也可供相关专业工程技术人员参考。　　本书以培养“厚基础、宽口径、会设计、可操作、能发展”，具有创新精神和实践能力的人才为目的，以提高学生的分析和解决实际问题的能力为出发点，较全面、系统地介绍了单片机为核心的智能仪器的基本组成、结构和设计方法。注重理论联系实际，反映智能仪器的发展方向，引入智能仪器设计的新技术。　　全书共分10章，内容包括：智能仪器的分类、组成、特点，智能仪器的输入通道及接口技术，模拟量输出通道，人机对话接口，典型数据处理功能，系统总线和数据通信接口，自动校准和自诊断技术，可靠性与抗干扰技术，智能仪器的设计开发步骤和实例，以及智能仪器的发展方向与新技术。　　本书可作为高等学校测控技术与仪器、电子信息、自动控制、机电一体化等专业的高年级本科生和低年级研究生的教材，也可供相关专业工程技术人员参考。