计算机测试与控制技术

第1章 绪 论/1

1.1 测试与控制技术的应用与发展/1

1.1.1 测试与控制技术的应用领域/1

1.1.2 计算机在测控系统中的应用与发展/2

1.2 计算机测试系统的组成和典型应用 /3

1.2.1 计算机测量系统 / 3

1.2.2 智能仪器———微型计算机与测量仪器的有机结合 / 4

1.2.3 计算机过程测试系统 // 5

1.2.4 计算机智能测试系统 // 7

1.3 计算机控制系统的组成与典型应用 / 10

1.3.1 程序控制和顺序控制系统 /10

1.3.2 过程监测与操作指导系统 /10

1.3.3 计算机反馈控制系统 / 11

1.3.4 计算机监督控制系统 / 12

1.3.5 集散型控制系统 / 12

1.3.6 计算机控制网络 /14

1.4 计算机测控系统 /15

1.4.1 测控系统硬件组成/15

1.4.2 测控系统软件 / 17

1.5 本书的内容组织 /17

习题与思考题 /18

参考文献 /18

第2章 微机测控系统常用总线 / 19

2.1 总线概述 / 19

2.1.1 总线的作用和分类// 19

2.1.2 系统总线上的数据传输 / 20

2.2 ISA总线和PC 104总线// 22

2.2.1 ISA总线 / 22

2.2.2 PC 104总线 / 27

2.3 PCI总线 / 28

2.3.1 PCI总线的特点和主要性能指标/ 28

2.3.2 PCI总线信号线/ 30

2.3.3 PCI总线命令 / 36

2.3.4 PCI总线上的数据传输过程 / 39

2.4 VME总线 / 42

2.4.1 VME总线引脚定义 // 43

2.4.2 VME总线系统的中断响应过程 / 46

2.5 常用串行通信总线 / 47

2.5.1 串行通信概述 / 47

2.5.2 RS 232C总线 / 52

2.5.3 RS 422A和RS 485总线 /62

2.5.4 几种串行总线的比较 /64

2.6 USB和IEEE 1394通用串行总线 /64

2.6.1 USB总线 /64

2.6.2 高性能串行总线IEEE 1394 /83

2.7 现场总线 / 84

2.7.1 现场总线的概念 / 84

2.7.2 几种流行的现场总线 /87

2.7.3 现场总线的特点及发展趋势 /90

习题与思考题 / 91

参考文献 /92

第3章 测控系统接口技术 /93

3.1 接口的作用与分类 / 93

3.2 人机接口 / 94

3.2.1 键盘接口 /94

3.2.2 显示器接口 /102

3.2.3 打印机接口 /112

3.2.4 鼠标器接口 / 117

3.2.5 触摸屏及其接口 /119

3.3 过程通道接口/ 124

3.3.1 模拟量输入通道 /124

3.3.2 模拟量输出通道 /144

3.3.3 开关量输入通道 /158

3.3.4 开关量输出通道 / 162

3.4 传感器接口 / 165

3.4.1 信号调理放大器 /165

3.4.2 传感器接口的分类 /169

3.4.3 电阻式传感器接口 / 170

3.4.4 变电抗式传感器接口 /177

3.4.5 有源传感器接口 / 184

3.4.6 数字式传感器接口 /196

3.5 串行通信接口/ 202

3.5.1 8251A的内部结构 / 202

3.5.2 8251A的编程命令 / 203

3.5.3 8251A应用举例 /205

习题与思考题 / 208

参考文献 / 209

第4章 计算机控制技术/ 210

4.1 计算机顺序控制 / 210

4.2 步进电机控制/ 215

4.2.1 步进电机的控制原理 /215

4.2.2 步进电机与微型计算机的接口 / 216

4.2.3 步进电机的单片机控制 /217

4.2.4 步进电机步距角细分技术/223

4.3 计算机控制系统设计 / 225

4.3.1 模拟化设计的概念与进行步骤 / 225

4.3.2 模拟校正装置的离散化方法 /228

4.3.3 数字校正装置举例 /232

4.3.4 典型环节的离散化 /235

4.4 PID控制算法及数字PID控制器 /237

4.4.1 基本PID算法 / 237

4.4.2 标准PID控制算法的改进 /244

4.4.3 PID控制器的参数整定/251

4.5 计算机控制系统应用实例 /256

4.5.1 系统总体结构及功能 /257

4.5.2 硬件系统设计 / 257

4.5.3 控制算法及软件设计 /259

习题与思考题 / 268

参考文献 / 268

第5章 基于微型计算机的测试技术/ 269

5.1 概 述 / 269

5.1.1 测试与测试系统 /269

5.1.2 采用微型计算机组建测试系统的优点 / 270

5.1.3 过程测试系统与智能测试系统 / 271

5.1.4 两类测量系统 / 272

5.2 计算机在测试系统中的作用 /275

5.2.1 组织和管理测试序列 /276

5.2.2 存储程序、表格和常数 /277

5.2.3 处理测量信号 / 278

5.2.4 实现自动校准 / 280

5.2.5 实现智能化的输出显示 /281

5.2.6 使测试系统的设计更加灵活 /281

5.2.7 使远动控制更加方便 /282

5.3 以微型计算机为核心的测试系统举例 / 282

5.3.1 以微型计算机为核心的数字多用表 / 282

5.3.2 飞机电缆自动检测系统 /283

5.3.3 内燃机参数测试系统 /289

5.4 采用微型计算机的电压测量 //292

5.4.1 采用成品 A/D转换器的直流电压测量 / 293

5.4.2 用双积分法测量直流电压/297

5.4.3 用电荷平衡法测量直流电压 /299

5.4.4 交流电压的测量 / 302

5.5 采用微型计算机的电流测量 /305

5.5.1 两种电流输入型前置放大器 /306

5.5.2 用于检测大电流的电流输入前置放大器 / 307

5.5.3 与电流互感器配用的电流输入前置放大器/ 308

5.6 采用微型计算机的时间参数测量 /311

5.6.1 采用微型计算机的频率测量 /311

5.6.2 采用微型计算机的周期测量 /318

5.6.3 采用微型计算机的相位测量 /318

5.6.4 时间间隔及频率比的测量/320

5.7 数据采集系统/ 321

5.7.1 数据采集系统的组成及主要性能指标 / 321

5.7.2 数据采集系统举例 / 327

5.8 微型计算机测试系统设计举例/339

5.8.1 技术指标/ 339

5.8.2 确定测量方案及测量传感器 /339

5.8.3 温湿度测量仪硬件设计 /343

5.8.4 算法及软件流程设计 /346

习题与思考题 / 351

参考文献 / 351

第6章 计算机测控系统常用算法/353

6.1 算法概述 / 353

6.2 二进制定点数计算 / 354

6.2.1 数的定点表示法 / 354

6.2.2 定点二进制数的计算 /355

6.3 二进制浮点数的计算 / 358

6.3.1 浮点数表示法 / 358

6.3.2 浮点运算原理 / 360

6.3.3 二进制浮点数计算程序 /361

6.3.4 定点运算与浮点运算的比较 /362

6.4 常用函数的近似计算 / 363

6.4.1 平方根的计算 / 363

6.4.2 利用幂级数计算常用函数/364

6.4.3 利用曲线拟合法计算函数的近似值 / 365

6.5 标度变换方法/ 366

6.6 线性化技术 / 367

6.6.1 分段线性化 / 367

6.6.2 用微型计算机实现线性化处理 / 369

6.6.3 使用高次多项式的线性化/371

6.7 数据平滑算法/ 373

6.7.1 三点数据平均 / 373

6.7.2 五点三阶多项式平滑 /373

6.8 测量数据的微分算法 / 376

6.8.1 微商算法/ 376

6.8.2 利用拟合三阶多项式求导数 /376

6.9 数值积分算法/ 377

6.9.1 矩形法 / 377

6.9.2 梯形法 / 378

6.9.3 抛物线法/ 379

6.9.4 三阶多项式内插法 / 380

6.9.5 牛顿 柯特斯公式/ 381

6.10 校准及自检方法 / 382

6.10.1 测量通道的系统误差及其校准 / 383

6.10.2 测控系统自检方法 / 390

习题与思考题 / 397

参考文献 / 397

第7章 虚拟仪器技术与自动测试系统/ 398

7.1 虚拟仪器 / 398

7.1.1 虚拟仪器的含义 / 398

7.1.2 虚拟仪器与传统台式仪器的区别 / 399

7.2 仪器总线标准/ 399

7.2.1 GPIB总线 / 400

7.2.2 VXI总线/ 406

7.2.3 PXI总线 / 409

7.2.4 LXI总线/ 416

7.2.5 常用仪器总线模块的选择与比较 / 423

7.3 仪器驱动器模型与实现机制 /426

7.3.1 基于 VPP模型的仪器驱动器 / 427

7.3.2 基于IVI模型的仪器驱动器 /433

7.4 测试应用软件开发工具 / 438

7.4.1 LabVIEW / 439

7.4.2 LabWindows/CVI // 440

7.4.3 其他测试开发工具 / 442

7.5 自动测试系统设计 / 443

7.5.1 自动测试系统的概念与组成 /443

7.5.2 自动测试系统的应用范围/445

7.5.3 自动测试系统的发展概况/446

7.5.4 自动测试系统总体设计 /448

7.6 自动测试系统硬件设计 / 450

7.6.1 硬件组成/ 450

7.6.2 硬件需求分析 / 451

7.6.3 测试资源选型 / 452

7.6.4 控制器选型 / 453

7.6.5 开关系统设计 / 453

7.6.6 测试系统信号接口的设计与实现 / 459

7.7 自动测试系统软件设计 / 463

7.7.1 测试系统软件特征 / 463

7.7.2 测试系统软件架构 / 464

7.7.3 测试软件开发技术 / 468

习题与思考题 / 471

参考文献 / 472

第8章 计算机测控系统抗干扰设计/ 473

8.1 干扰源及传播途径 / 473

8.1.1 干扰源的分类 / 473

8.1.2 干扰的耦合方式 / 475

8.1.3 干扰进入系统的模式 /481

8.2 传输通道的抗干扰措施 / 483

8.2.1 共模干扰的抑制 / 483

8.2.2 差模干扰的抑制 / 489

8.3 长线传输抗干扰措施 / 492

8.3.1 长线传输引入的干扰 /492

8.3.2 长线传输干扰的抑制 /494

8.4 接地技术 / 496

8.4.1 地线系统的分析 / 496

8.4.2 输入通道的接地 / 498

8.4.3 主机系统的接地 / 499

8.4.4 交流地与信号地 / 499

8.4.5 数字地与模拟地 / 500

8.5 屏蔽技术 / 500

8.6 供电系统抗干扰设计 / 505

8.6.1 电源的干扰及抑制 / 505

8.6.2 供电系统的一般保护措施/506

8.6.3 电源异常的保护措施 /507

8.7 印刷电路板的抗干扰设计 /508

8.7.1 数字电路抗干扰设计 /508

8.7.2 模拟电路抗干扰设计 /509

8.7.3 电路抗干扰设计的其他问题 /510

8.8 软件的抗干扰设计 / 511

8.8.1 数字滤波技术 / 511

8.8.2 开关量的软件抗干扰技术/513

8.8.3 看门狗技术 / 513

8.8.4 指令冗余技术 / 516

8.8.5 软件陷阱技术 / 517

习题与思考题 / 518

参考文献 / 518

第9章 计算机测控系统的设计与实现/ 519

9.1 概 述 / 519

9.1.1 计算机测控系统的一般构成和设计原则 / 519

9.1.2 计算机测控系统的研制过程 /520

9.2 系统设计技术/ 522

9.2.1 规范化的设计技术 / 522

9.2.2 结构化的设计技术 / 523

9.2.3 系统的功能规范 / 530

9.2.4 系统的总体方案设计 /532

9.3 系统硬件设计技术 / 538

9.3.1 选择系统的总线和主机机型 /538

9.3.2 选择输入/输出通道模板 /540

9.3.3 选择传感器和执行机构 /540

9.3.4 输入/输出通道的信号调理 /542

9.4 系统软件设计技术 / 542

9.4.1 测控系统应用软件的研制过程 / 543

9.4.2 软件设计技术 / 545

9.4.3 软件开发工具 / 546

9.4.4 软件调试技术 / 548

9.5 系统可靠性设计 / 549

9.5.1 可靠性的基本概念 / 549

9.5.2 故障来源/ 550

9.5.3 硬件可靠性设计 / 551

9.5.4 软件可靠性设计 / 554

9.6 系统集成、调试与投入运行 /555

9.6.1 调试工具介绍 / 555

9.6.2 测控系统的调试 / 557

9.6.3 系统故障的检测与调试 /559

9.7 计算机测控系统设计举例 /561

习题与思考题 / 574

参考文献 / 575