智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

前言
第1章 緒論1
1.1 概述1
1.1.1 儀器儀表的重要性1
1.1.2 從傳統(tǒng)儀器到智能儀器1
1.2 智能儀器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)2
1.2.1 智能儀器的結(jié)構(gòu)2
1.2.2 智能儀器的主要特點(diǎn)3
1.3 智能儀器的發(fā)展5
1.3.1 智能儀器的發(fā)展趨勢(shì)5
1.3.2 促進(jìn)智能儀器發(fā)展的新技術(shù)6
1.3.3 基于知識(shí)的高級(jí)智能儀器9
思考題與習(xí)題10
第2章 智能儀器中的微處理器11
2.1 智能儀器中微處理器的選擇11
2.2 MCS-51系列單片機(jī)11
2.2.1 基本型單片機(jī)12
2.2.2 精簡(jiǎn)型單片機(jī)12
2.2.3 精簡(jiǎn)增強(qiáng)型單片機(jī)13
2.2.4 高檔型單片機(jī)14
2.3 PIC系列單片機(jī)15
2.4 68系列單片機(jī)17
2.5 MSP-430系列單片機(jī)17
2.6 ARM單片機(jī)18
2.6.1 AT91系列ARM單片機(jī)19
2.6.2 LPC2100/LPC2200系列ARM單片機(jī)19
2.6.3 EP系列ARM單片機(jī)20
2.6.4 ARM單片機(jī)的選擇21
2.6.5 ARM單片機(jī)的應(yīng)用21
2.7 數(shù)字信號(hào)處理器22
2.7.1 DSP的特點(diǎn)22
2.7.2 TI公司的TMS320系列DSP23
2.7.3 TMS320C2000系列DSP簡(jiǎn)介24
2.7.4 DSP在智能儀器中的應(yīng)用24
思考題與習(xí)題25
第3章 數(shù)據(jù)采集技術(shù)26
3.1 概述26
3.2 測(cè)量放大器28
3.2.1 基本要求28
3.2.2 通用測(cè)量放大器29
3.2.3 可編程測(cè)量放大器30
3.2.4 隔離放大器30
3.2.5 放大器的設(shè)置31
3.3 模擬多路轉(zhuǎn)換器MUX33
3.3.1 模擬多路轉(zhuǎn)換器的功能33
3.3.2 模擬多路轉(zhuǎn)換器的配置33
3.3.3 常用的半導(dǎo)體多路轉(zhuǎn)換器芯片34
3.3.4 多路測(cè)量通道的串音問題37
3.4 采樣保持電路38
3.4.1 采樣保持器設(shè)置原則38
3.4.2 采樣保持器工作原理39
3.4.3 常用采樣保持器芯片40
3.4.4 保持電容器的選擇42
3.5 A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）及其接口設(shè)計(jì)42
3.5.1 ADC的主要技術(shù)指標(biāo)42
3.5.2 與單片機(jī)接口的考慮43
3.5.3 ADC的選擇44
3.5.4 抑制系統(tǒng)誤差的方法45
3.6 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器及其接口47
3.6.1 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理47
3.6.2 TLC2543介紹及其與微機(jī)的接口47
3.7 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器及其接口53
3.7.1 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的原理53
3.7.2 ICL7135硬件描述與輸出波形55
3.7.3 ICL7135與MCS-51單片機(jī)I/O直接連接接口56
3.8 Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器及其接口59
3.8.1 Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理59
3.8.2 Σ-Δ式AD7703介紹62
3.8.3 AD7703與單片機(jī)的接口64
3.9 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)66
3.9.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特性66
3.9.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差分析67
3.9.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差分配舉例69
思考題與習(xí)題73
第4章 模擬量與控制信號(hào)輸出系統(tǒng)74
4.1 概述74
4.1.1 輸出通道的結(jié)構(gòu)74
4.1.2 輸出通道的特點(diǎn)75
4.2 模擬量輸出與接口75
4.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器原理75
4.2.2 技術(shù)特性76
4.3 集成DAC及其應(yīng)用77
4.3.1 DAC的分類77
4.3.2 單片集成DAC舉例77
4.3.3 DAC的應(yīng)用80
4.4 數(shù)字量輸出與接口83
4.4.1 光耦合器及其接口83
4.4.2 繼電器及其接口86
思考題與習(xí)題90
第5章 智能儀器外設(shè)處理技術(shù)92
5.1 鍵盤處理技術(shù)92
5.1.1 按鍵類型92
5.1.2 鍵抖動(dòng)、鍵連擊及串鍵的處理92
5.1.3 鍵盤處理步驟93
5.1.4 鍵盤的組織形式和工作方式94
5.1.5 非編碼鍵盤的處理94
5.1.6 編碼鍵盤的處理98
5.2 LED顯示處理技術(shù)98
5.2.1 LED數(shù)碼顯示器結(jié)構(gòu)與原理98
5.2.2 硬件譯碼與軟件譯碼100
5.2.3 靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示100
5.3 通用鍵盤/顯示器接口芯片HD7279A102
5.3.1 引腳功能、串行接口及其電特性102
5.3.2 HD7279A的時(shí)序103
5.3.3 HD7279A的控制指令105
5.3.4 HD7279A的應(yīng)用與注意事項(xiàng)108
5.3.5 HD7279A的接口程序設(shè)計(jì)實(shí)例109
5.4 LCD顯示處理技術(shù)111
5.4.1 LCD顯示器結(jié)構(gòu)與原理112
5.4.2 LCD顯示器驅(qū)動(dòng)方式112
5.4.3 段碼式LCD顯示器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)接口114
5.4.4 字符點(diǎn)陣式LCD顯示器接口116
5.5 打印處理技術(shù)125
5.5.1 點(diǎn)陣式微型打印機(jī)的工作原理125
5.5.2 GP-16微型打印機(jī)及其應(yīng)用126
5.6 觸摸屏處理技術(shù)129
5.6.1 觸摸屏的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)129
5.6.2 觸摸屏控制器ADS7843132
5.6.3 ADS7843接口方法135
5.6.4 實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問題136
思考題與習(xí)題136
第6章 智能儀器中的通信接口技術(shù)138
6.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)138
6.1.1 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)138
6.1.2 差錯(cuò)控制技術(shù)140
6.1.3 通信規(guī)程與同步技術(shù)141
6.2 串行通信接口143
6.2.1 串行通信基本概念143
6.2.2 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口143
6.2.3 RS-422A與RS-423A標(biāo)準(zhǔn)串行接口146
6.2.4 RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口147
6.2.5 智能儀器間串行通信實(shí)例149
6.3 并行通信接口153
6.3.1 Centronics標(biāo)準(zhǔn)并行接口153
6.3.2 GP-IB（IEEE-488）總線153
6.4 USB通用串行總線156
6.4.1 USB的特點(diǎn)156
6.4.2 USB的系統(tǒng)描述156
6.4.3 USB總線協(xié)議157
6.4.4 USB數(shù)據(jù)流158
6.4.5 USB的容錯(cuò)性能158
6.4.6 USB設(shè)備159
6.4.7 USB系統(tǒng)設(shè)置159
6.4.8 USB系統(tǒng)中的主機(jī)160
6.4.9 基于USB總線的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)計(jì)實(shí)例160
6.5 其他通信接口技術(shù)161
6.5.1 以太網(wǎng)接口技術(shù)161
6.5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線CAN165
6.5.3 藍(lán)牙接口技術(shù)166
思考題與習(xí)題166
第7章 智能儀器的自檢與抗干擾技術(shù)167
7.1 硬件故障的自檢167
7.1.1 自檢方式167
7.1.2 自檢算法167
7.1.3 自檢軟件169
7.2 常見干擾源分析171
7.2.1 串模干擾、共模干擾及電源干擾171
7.2.2 數(shù)字電路的干擾172
7.3 智能儀器硬件抗干擾技術(shù)174
7.3.1 串模干擾的抑制174
7.3.2 共模干擾的抑制176
7.3.3 輸入/輸出通道干擾的抑制177
7.3.4 總線的抗干擾設(shè)計(jì)180
7.3.5 地線干擾的抑制181
7.4 智能儀器軟件抗干擾技術(shù)182
7.4.1 CPU抗干擾技術(shù)182
7.4.2 輸入/輸出的抗干擾技術(shù)186
7.4.3 系統(tǒng)的恢復(fù)187
思考題與習(xí)題189
第8章 數(shù)據(jù)處理及程序設(shè)計(jì)190
8.1 測(cè)量數(shù)據(jù)的非數(shù)值處理190
8.1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)190
8.1.2 線性表查表技術(shù)191
8.1.3 鏈表的插入、刪除和查找195
8.1.4 排序198
8.2 系統(tǒng)誤差的數(shù)據(jù)處理201
8.2.1 系統(tǒng)誤差模型的建立201
8.2.2 系統(tǒng)誤差的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)校正法205
8.2.3 非線性校正206
8.2.4 零位誤差和增益誤差的校正209
8.2.5 溫度誤差的補(bǔ)償210
8.3 數(shù)字濾波技術(shù)210
8.3.1 限幅濾波210
8.3.2 中位值濾波211
8.3.3 算術(shù)平均值濾波212
8.3.4 滑動(dòng)平均值濾波213
8.3.5 低通數(shù)字濾波215
8.4 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換216
8.4.1 一般要求216
8.4.2 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路舉例216
8.4.3 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的控制217
8.4.4 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的保護(hù)218
8.5 智能儀器系統(tǒng)軟件的組成與設(shè)計(jì)220
8.5.1 監(jiān)控主程序220
8.5.2 鍵盤管理221
8.5.3 中斷管理及處理222
8.5.4 子程序模塊223
思考題與習(xí)題224
第9章 智能儀器設(shè)計(jì)及實(shí)例226
9.1 智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求及原則226
9.1.1 智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求226
9.1.2 智能儀器的設(shè)計(jì)原則226
9.2 智能儀器的設(shè)計(jì)研制過程227
9.3 智能工頻電參數(shù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)228
9.3.1 總體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)工作原理228
9.3.2 輸入電路設(shè)計(jì)及誤差分析231
9.3.3 CPU及采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)233
9.3.4 鎖相倍頻電路的設(shè)計(jì)235
9.3.5 RS-485串行通信接口電路設(shè)計(jì)及通信協(xié)議236
9.3.6 電磁兼容設(shè)計(jì)237
9.4 基于熱電偶的智能溫度數(shù)顯表的設(shè)計(jì)238
9.4.1 總體設(shè)計(jì)238
9.4.2 主要電路設(shè)計(jì)239
9.4.3 軟件設(shè)計(jì)242
9.5 智能混合氣體識(shí)別儀的設(shè)計(jì)243
9.5.1 總體設(shè)計(jì)243
9.5.2 電路設(shè)計(jì)244
9.5.3 氣體識(shí)別及檢測(cè)算法246
9.5.4 軟件設(shè)計(jì)246
思考題與習(xí)題248
參考文獻(xiàn)249