智能仪器设计基础

前言
第1章 绪论1
1.1 概述1
1.1.1 仪器仪表的重要性1
1.1.2 从传统仪器到智能仪器1
1.2 智能仪器的结构和特点2
1.2.1 智能仪器的结构2
1.2.2 智能仪器的主要特点3
1.3 智能仪器的发展5
1.3.1 智能仪器的发展趋势5
1.3.2 促进智能仪器发展的新技术6
1.3.3 基于知识的高级智能仪器9
思考题与习题10
第2章 智能仪器中的微处理器11
2.1 智能仪器中微处理器的选择11
2.2 MCS-51系列单片机11
2.2.1 基本型单片机12
2.2.2 精简型单片机12
2.2.3 精简增强型单片机13
2.2.4 高档型单片机14
2.3 PIC系列单片机15
2.4 68系列单片机17
2.5 MSP-430系列单片机17
2.6 ARM单片机18
2.6.1 AT91系列ARM单片机19
2.6.2 LPC2100/LPC2200系列ARM单片机19
2.6.3 EP系列ARM单片机20
2.6.4 ARM单片机的选择21
2.6.5 ARM单片机的应用21
2.7 数字信号处理器22
2.7.1 DSP的特点22
2.7.2 TI公司的TMS320系列DSP23
2.7.3 TMS320C2000系列DSP简介24
2.7.4 DSP在智能仪器中的应用24
思考题与习题25
第3章 数据采集技术26
3.1 概述26
3.2 测量放大器28
3.2.1 基本要求28
3.2.2 通用测量放大器29
3.2.3 可编程测量放大器30
3.2.4 隔离放大器30
3.2.5 放大器的设置31
3.3 模拟多路转换器MUX33
3.3.1 模拟多路转换器的功能33
3.3.2 模拟多路转换器的配置33
3.3.3 常用的半导体多路转换器芯片34
3.3.4 多路测量通道的串音问题37
3.4 采样保持电路38
3.4.1 采样保持器设置原则38
3.4.2 采样保持器工作原理39
3.4.3 常用采样保持器芯片40
3.4.4 保持电容器的选择42
3.5 A/D转换器（ADC）及其接口设计42
3.5.1 ADC的主要技术指标42
3.5.2 与单片机接口的考虑43
3.5.3 ADC的选择44
3.5.4 抑制系统误差的方法45
3.6 逐次逼近型A/D转换器及其接口47
3.6.1 逐次逼近型A/D转换器的基本原理47
3.6.2 TLC2543介绍及其与微机的接口47
3.7 双积分A/D转换器及其接口53
3.7.1 双积分A/D转换器的原理53
3.7.2 ICL7135硬件描述与输出波形55
3.7.3 ICL7135与MCS-51单片机I/O直接连接接口56
3.8 Σ-Δ型A/D转换器及其接口59
3.8.1 Σ-Δ型A/D转换器的工作原理59
3.8.2 Σ-Δ式AD7703介绍62
3.8.3 AD7703与单片机的接口64
3.9 数据采集系统设计66
3.9.1 数据采集系统的特性66
3.9.2 数据采集系统误差分析67
3.9.3 数据采集系统的误差分配举例69
思考题与习题73
第4章 模拟量与控制信号输出系统74
4.1 概述74
4.1.1 输出通道的结构74
4.1.2 输出通道的特点75
4.2 模拟量输出与接口75
4.2.1 D/A转换器原理75
4.2.2 技术特性76
4.3 集成DAC及其应用77
4.3.1 DAC的分类77
4.3.2 单片集成DAC举例77
4.3.3 DAC的应用80
4.4 数字量输出与接口83
4.4.1 光耦合器及其接口83
4.4.2 继电器及其接口86
思考题与习题90
第5章 智能仪器外设处理技术92
5.1 键盘处理技术92
5.1.1 按键类型92
5.1.2 键抖动、键连击及串键的处理92
5.1.3 键盘处理步骤93
5.1.4 键盘的组织形式和工作方式94
5.1.5 非编码键盘的处理94
5.1.6 编码键盘的处理98
5.2 LED显示处理技术98
5.2.1 LED数码显示器结构与原理98
5.2.2 硬件译码与软件译码100
5.2.3 静态显示与动态显示100
5.3 通用键盘/显示器接口芯片HD7279A102
5.3.1 引脚功能、串行接口及其电特性102
5.3.2 HD7279A的时序103
5.3.3 HD7279A的控制指令105
5.3.4 HD7279A的应用与注意事项108
5.3.5 HD7279A的接口程序设计实例109
5.4 LCD显示处理技术111
5.4.1 LCD显示器结构与原理112
5.4.2 LCD显示器驱动方式112
5.4.3 段码式LCD显示器的静态和动态驱动接口114
5.4.4 字符点阵式LCD显示器接口116
5.5 打印处理技术125
5.5.1 点阵式微型打印机的工作原理125
5.5.2 GP-16微型打印机及其应用126
5.6 触摸屏处理技术129
5.6.1 触摸屏的结构及特点129
5.6.2 触摸屏控制器ADS7843132
5.6.3 ADS7843接口方法135
5.6.4 实际应用时应注意的问题136
思考题与习题136
第6章 智能仪器中的通信接口技术138
6.1 数据通信基础138
6.1.1 数据通信的基础知识138
6.1.2 差错控制技术140
6.1.3 通信规程与同步技术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标准串行接口143
6.2.3 RS-422A与RS-423A标准串行接口146
6.2.4 RS-485标准串行接口147
6.2.5 智能仪器间串行通信实例149
6.3 并行通信接口153
6.3.1 Centronics标准并行接口153
6.3.2 GP-IB（IEEE-488）总线153
6.4 USB通用串行总线156
6.4.1 USB的特点156
6.4.2 USB的系统描述156
6.4.3 USB总线协议157
6.4.4 USB数据流158
6.4.5 USB的容错性能158
6.4.6 USB设备159
6.4.7 USB系统设置159
6.4.8 USB系统中的主机160
6.4.9 基于USB总线的数据采集设备的设计实例160
6.5 其他通信接口技术161
6.5.1 以太网接口技术161
6.5.2 现场总线CAN165
6.5.3 蓝牙接口技术166
思考题与习题166
第7章 智能仪器的自检与抗干扰技术167
7.1 硬件故障的自检167
7.1.1 自检方式167
7.1.2 自检算法167
7.1.3 自检软件169
7.2 常见干扰源分析171
7.2.1 串模干扰、共模干扰及电源干扰171
7.2.2 数字电路的干扰172
7.3 智能仪器硬件抗干扰技术174
7.3.1 串模干扰的抑制174
7.3.2 共模干扰的抑制176
7.3.3 输入/输出通道干扰的抑制177
7.3.4 总线的抗干扰设计180
7.3.5 地线干扰的抑制181
7.4 智能仪器软件抗干扰技术182
7.4.1 CPU抗干扰技术182
7.4.2 输入/输出的抗干扰技术186
7.4.3 系统的恢复187
思考题与习题189
第8章 数据处理及程序设计190
8.1 测量数据的非数值处理190
8.1.1 数据结构190
8.1.2 线性表查表技术191
8.1.3 链表的插入、删除和查找195
8.1.4 排序198
8.2 系统误差的数据处理201
8.2.1 系统误差模型的建立201
8.2.2 系统误差的标准数据校正法205
8.2.3 非线性校正206
8.2.4 零位误差和增益误差的校正209
8.2.5 温度误差的补偿210
8.3 数字滤波技术210
8.3.1 限幅滤波210
8.3.2 中位值滤波211
8.3.3 算术平均值滤波212
8.3.4 滑动平均值滤波213
8.3.5 低通数字滤波215
8.4 量程自动转换216
8.4.1 一般要求216
8.4.2 自动量程转换电路举例216
8.4.3 量程自动转换电路的控制217
8.4.4 量程自动转换电路的保护218
8.5 智能仪器系统软件的组成与设计220
8.5.1 监控主程序220
8.5.2 键盘管理221
8.5.3 中断管理及处理222
8.5.4 子程序模块223
思考题与习题224
第9章 智能仪器设计及实例226
9.1 智能仪器设计的基本要求及原则226
9.1.1 智能仪器设计的基本要求226
9.1.2 智能仪器的设计原则226
9.2 智能仪器的设计研制过程227
9.3 智能工频电参数测量仪的设计228
9.3.1 总体设计及系统工作原理228
9.3.2 输入电路设计及误差分析231
9.3.3 CPU及采样保持、A/D转换电路的设计233
9.3.4 锁相倍频电路的设计235
9.3.5 RS-485串行通信接口电路设计及通信协议236
9.3.6 电磁兼容设计237
9.4 基于热电偶的智能温度数显表的设计238
9.4.1 总体设计238
9.4.2 主要电路设计239
9.4.3 软件设计242
9.5 智能混合气体识别仪的设计243
9.5.1 总体设计243
9.5.2 电路设计244
9.5.3 气体识别及检测算法246
9.5.4 软件设计246
思考题与习题248
参考文献249