智能儀器設計基礎

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5
1.3.2 促進智能儀器發(fā)展的新技術6
1.3.3 基于知識的高級智能儀器9
思考題與習題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11
2.2.1 基本型單片機12
2.2.2 精簡型單片機12
2.2.3 精簡增強型單片機13
2.2.4 高檔型單片機14
2.3 PIC系列單片機15
2.4 68系列單片機17
2.5 MSP-430系列單片機17
2.6 ARM單片機18
2.6.1 AT91系列ARM單片機19
2.6.2 LPC2100/LPC2200系列ARM單片機19
2.6.3 EP系列ARM單片機20
2.6.4 ARM單片機的選擇21
2.6.5 ARM單片機的應用21
2.7 數(shù)字信號處理器22
2.7.1 DSP的特點22
2.7.2 TI公司的TMS320系列DSP23
2.7.3 TMS320C2000系列DSP簡介24
2.7.4 DSP在智能儀器中的應用24
思考題與習題25
第3章 數(shù)據(jù)采集技術26
3.1 概述26
3.2 測量放大器28
3.2.1 基本要求28
3.2.2 通用測量放大器29
3.2.3 可編程測量放大器30
3.2.4 隔離放大器30
3.2.5 放大器的設置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 常用的半導體多路轉(zhuǎn)換器芯片34
3.3.4 多路測量通道的串音問題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）及其接口設計42
3.5.1 ADC的主要技術指標42
3.5.2 與單片機接口的考慮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與單片機的接口64
3.9 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計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
思考題與習題73
第4章 模擬量與控制信號輸出系統(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 技術特性76
4.3 集成DAC及其應用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
思考題與習題90
第5章 智能儀器外設處理技術92
5.1 鍵盤處理技術92
5.1.1 按鍵類型92
5.1.2 鍵抖動、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的時序103
5.3.3 HD7279A的控制指令105
5.3.4 HD7279A的應用與注意事項108
5.3.5 HD7279A的接口程序設計實例109
5.4 LCD顯示處理技術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)動方式112
5.4.3 段碼式LCD顯示器的靜態(tài)和動態(tài)驅(qū)動接口114
5.4.4 字符點陣式LCD顯示器接口116
5.5 打印處理技術125
5.5.1 點陣式微型打印機的工作原理125
5.5.2 GP-16微型打印機及其應用126
5.6 觸摸屏處理技術129
5.6.1 觸摸屏的結(jié)構(gòu)及特點129
5.6.2 觸摸屏控制器ADS7843132
5.6.3 ADS7843接口方法135
5.6.4 實際應用時應注意的問題136
思考題與習題136
第6章 智能儀器中的通信接口技術138
6.1 數(shù)據(jù)通信基礎138
6.1.1 數(shù)據(jù)通信的基礎知識138
6.1.2 差錯控制技術140
6.1.3 通信規(guī)程與同步技術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標準串行接口143
6.2.3 RS-422A與RS-423A標準串行接口146
6.2.4 RS-485標準串行接口147
6.2.5 智能儀器間串行通信實例149
6.3 并行通信接口153
6.3.1 Centronics標準并行接口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的容錯性能158
6.4.6 USB設備159
6.4.7 USB系統(tǒng)設置159
6.4.8 USB系統(tǒng)中的主機160
6.4.9 基于USB總線的數(shù)據(jù)采集設備的設計實例160
6.5 其他通信接口技術161
6.5.1 以太網(wǎng)接口技術161
6.5.2 現(xiàn)場總線CAN165
6.5.3 藍牙接口技術166
思考題與習題166
第7章 智能儀器的自檢與抗干擾技術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 總線的抗干擾設計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182
7.4.1 CPU抗干擾技術182
7.4.2 輸入/輸出的抗干擾技術186
7.4.3 系統(tǒng)的恢復187
思考題與習題189
第8章 數(shù)據(jù)處理及程序設計190
8.1 測量數(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)誤差的標準數(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 溫度誤差的補償210
8.3 數(shù)字濾波技術210
8.3.1 限幅濾波210
8.3.2 中位值濾波211
8.3.3 算術平均值濾波212
8.3.4 滑動平均值濾波213
8.3.5 低通數(shù)字濾波215
8.4 量程自動轉(zhuǎn)換216
8.4.1 一般要求216
8.4.2 自動量程轉(zhuǎn)換電路舉例216
8.4.3 量程自動轉(zhuǎn)換電路的控制217
8.4.4 量程自動轉(zhuǎn)換電路的保護218
8.5 智能儀器系統(tǒng)軟件的組成與設計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
思考題與習題224
第9章 智能儀器設計及實例226
9.1 智能儀器設計的基本要求及原則226
9.1.1 智能儀器設計的基本要求226
9.1.2 智能儀器的設計原則226
9.2 智能儀器的設計研制過程227
9.3 智能工頻電參數(shù)測量儀的設計228
9.3.1 總體設計及系統(tǒng)工作原理228
9.3.2 輸入電路設計及誤差分析231
9.3.3 CPU及采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換電路的設計233
9.3.4 鎖相倍頻電路的設計235
9.3.5 RS-485串行通信接口電路設計及通信協(xié)議236
9.3.6 電磁兼容設計237
9.4 基于熱電偶的智能溫度數(shù)顯表的設計238
9.4.1 總體設計238
9.4.2 主要電路設計239
9.4.3 軟件設計242
9.5 智能混合氣體識別儀的設計243
9.5.1 總體設計243
9.5.2 電路設計244
9.5.3 氣體識別及檢測算法246
9.5.4 軟件設計246
思考題與習題248
參考文獻249