智能儀器原理及設(shè)計(jì)技術(shù)

智能儀器是一門集電子技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、儀器與測(cè)量技術(shù)等于一體的跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)課程。本書介紹了以80C51單片機(jī)為核心構(gòu)成的智能儀器的工作原理與設(shè)計(jì)方法。書中詳細(xì)介紹了智能儀器的各個(gè)組成部分，包括信號(hào)預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)，以及人機(jī)接口包括鍵盤、LED顯示器、LCD顯示器、CRT顯示器、微型打印機(jī)與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)。書中還深入討論了常用標(biāo)準(zhǔn)接口總線、監(jiān)控主程序和接口管理程序的設(shè)計(jì)，常用的測(cè)量算法及優(yōu)化系統(tǒng)性能的高精確度、高抗干擾和低功耗的設(shè)計(jì)方法，這些方法也適用于一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本書內(nèi)容豐富、新穎、實(shí)用，文字精煉、深入淺出、通俗易懂、邏輯性和系統(tǒng)性強(qiáng)，可作為高等工科院校的電子信息工程、通信工程、電氣工程、機(jī)電一體化、儀器儀表、檢測(cè)控制等專業(yè)的教科書或參考書，也可供從事智能儀器或單片機(jī)應(yīng)用的研究人員或工程技術(shù)人員閱讀。

第1章緒論1

1.1概述1

1.1.1智能儀器及其特點(diǎn)1

1.1.2智能儀器的組成4

1.1.3智能儀器的工作原理5

1.1.4智能儀器的新發(fā)展7

1.2智能儀器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介10

1.2.1設(shè)計(jì)要點(diǎn)10

1.2.2監(jiān)控程序的結(jié)構(gòu)11

1.2.3程序設(shè)計(jì)技術(shù)11

1.2.4智能儀器的研制步驟13

1.2.5智能儀器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題16

習(xí)題與思考題19

第2章智能儀器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口20

2.1RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口總線20

2.2SPI總線標(biāo)準(zhǔn)26

2.2.1SPI總線標(biāo)準(zhǔn)介紹26

2.2.2利用模擬SPI擴(kuò)展串行E2PROM28

2.3I2C標(biāo)準(zhǔn)總線37

2.3.1I2C標(biāo)準(zhǔn)總線介紹37

2.3.280C51單片機(jī)模擬I2C總線應(yīng)用實(shí)例40

2.4USB總線標(biāo)準(zhǔn)46

2.4.1USB總線標(biāo)準(zhǔn)介紹46

2.4.2應(yīng)用實(shí)例49

2.5CAN總線55

2.5.1CAN通信總線原理56

2.5.2常用的CAN通信總線芯片60

2.5.3CAN通信總線硬件設(shè)計(jì)61

2.6GP-IB接口總線62

2.6.1接口功能要素62

2.6.2接口的基本特性63

2.6.3總線結(jié)構(gòu)63

2.6.4消息及其編碼64

2.6.5三線掛鉤過程65

2.6.6接口功能設(shè)置66

2.7無線數(shù)據(jù)傳輸和PTR2000的應(yīng)用66

2.7.1調(diào)制解調(diào)器技術(shù)簡(jiǎn)介67

2.7.2PTR2000無線收發(fā)MODEM的應(yīng)用68

習(xí)題與思考題71

第3章預(yù)處理電路及數(shù)據(jù)采集72

3.1概述72

3.2傳感器及其應(yīng)用73

3.2.1傳感器基礎(chǔ)知識(shí)73

3.2.2幾種常用或新型傳感器簡(jiǎn)介75

3.2.3傳感器應(yīng)用實(shí)例79

3.3模擬信號(hào)放大電路83

3.3.1模擬信號(hào)放大及集成運(yùn)放簡(jiǎn)介83

3.3.2放大電路實(shí)例85

3.4DAC接口89

3.4.1DAC芯片與微機(jī)接口的一般方法90

3.4.2DAC芯片與80C51單片機(jī)接口舉例93

3.5ADC接口97

3.5.1ADC芯片與微機(jī)接口的一般方法97

3.5.2常用的ADC芯片與80C51單片機(jī)接口舉例101

3.6數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)125

3.6.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)125

3.6.2模擬開關(guān)126

3.6.3采樣保持電路128

3.6.4單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)130

習(xí)題與思考題133

第4章人機(jī)接口技術(shù)134

4.1鍵盤接口134

4.1.1鍵盤簡(jiǎn)介134

4.1.2非編碼鍵盤136

4.1.3編碼鍵盤143

4.1.4觸摸屏技術(shù)145

4.2LED顯示器接口147

4.2.1七段LED顯示器147

4.2.2點(diǎn)陣式LED顯示器151

4.3鍵盤/顯示器接口實(shí)例153

4.3.1用8155H芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口153

4.3.2用51單片機(jī)的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口156

4.3.3利用8279專用接口芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口158

4.3.4〖CX3〗〖CX〗利用7289串行接口芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口169

4.4LCD顯示器接口179

4.4.1LCD顯示器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理179

4.4.2LCD顯示器與單片機(jī)接口181

4.4.3液晶顯示模塊的應(yīng)用187

4.5CRT顯示器接口200

4.5.1CRT顯示原理200

4.5.2字符顯示終端203

4.6微型打印機(jī)接口205

4.6.18051與GP16微型打印機(jī)的接口205

4.6.28051與PP40繪圖打印機(jī)的接口210

習(xí)題與思考題221

第5章測(cè)量算法與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)222

5.1測(cè)量算法222

5.1.1量程選擇222

5.1.2極限判斷與越限報(bào)警223

5.1.3自檢算法224

5.1.4標(biāo)度變換224

5.1.5智能儀器的軟件主流程實(shí)例227

5.2測(cè)量精確度的提高229

5.2.1隨機(jī)誤差與數(shù)字濾波229

5.2.2系統(tǒng)誤差的處理237

5.3智能儀器的低功耗設(shè)計(jì)246

5.3.1低功耗設(shè)計(jì)概述246

5.3.251系列單片機(jī)的低功耗運(yùn)行247

5.3.3存儲(chǔ)器的低功耗運(yùn)行250

5.3.4智能儀器的低功耗設(shè)計(jì)方案252

5.4智能儀器的抗干擾設(shè)計(jì)253

5.4.1主要干擾源及相應(yīng)的抗干擾措施253

5.4.2印制電路板及電路的抗干擾設(shè)計(jì)257

5.4.3軟件抗干擾設(shè)計(jì)258

習(xí)題與思考題265

第6章監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)266

6.1直接分析法266

6.1.1用選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)監(jiān)控主程序266

6.1.2用轉(zhuǎn)移表法設(shè)計(jì)監(jiān)控主程序267

6.2狀態(tài)變量法271

6.2.1狀態(tài)變量法的實(shí)質(zhì)271

6.2.2狀態(tài)變量法設(shè)計(jì)步驟273

6.2.3設(shè)計(jì)狀態(tài)圖和狀態(tài)表的原則與技巧276

6.2.4用狀態(tài)變量法設(shè)計(jì)監(jiān)控主程序?qū)嵗?81

習(xí)題與思考題284

第7章接口管理程序的設(shè)計(jì)285

7.1MC68488接口（GPIA）原理285

7.1.1GPIA引出線功能285

7.1.2GPIA內(nèi)部寄存器功能289

7.280C51單片機(jī)與MC68488接口電路設(shè)計(jì)295

7.2.1時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生295

7.2.2讀寫控制信號(hào)296

7.2.3芯片選通控制296

7.3接口管理程序的設(shè)計(jì)297

7.3.1概述297

7.3.2接口啟動(dòng)程序297

7.3.3接口管理主程序298

習(xí)題與思考題300

第8章智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例301

8.1數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)301

8.1.1系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì)方案301

8.1.2頻率計(jì)程序設(shè)計(jì)302

8.2超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)306

8.2.1SB5227型超聲波測(cè)距專用集成電路306

8.2.2超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)308

8.2.3超聲波測(cè)距網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成312

8.3數(shù)字多用表的設(shè)計(jì)312

8.3.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求312

8.3.2設(shè)計(jì)思路與方案313

8.3.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)313

8.3.4軟件設(shè)計(jì)316

8.4智能型出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)318

8.4.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求318

8.4.2設(shè)計(jì)方案319

8.4.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)320

8.4.4硬件開發(fā)321

8.4.5軟件設(shè)計(jì)323

8.4.6系統(tǒng)調(diào)試328

8.4.7指標(biāo)測(cè)試與軟件固化329

習(xí)題與思考題329

參考文獻(xiàn)330"

本書系統(tǒng)地闡述了智能儀器的體系結(jié)構(gòu)、原理及設(shè)計(jì)方法。全書共分10章。

第1章為緒論,介紹智能儀器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r;

第2章介紹智能儀器主機(jī)電路;

第3章介紹信號(hào)輸入輸出通道的結(jié)構(gòu)、特性及設(shè)計(jì);

第4章介紹智能儀器人一機(jī)接口技術(shù);

第5章介紹智能儀器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口;

第6章介紹智能儀器抗干擾技術(shù);

第7章介紹智能儀器數(shù)據(jù)處理及自動(dòng)化技術(shù);

第8章介紹智能儀器設(shè)計(jì)方法;

第9章介紹基于電壓及頻率測(cè)量的智能儀器;

第10章介紹虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)化儀器的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)實(shí)例。

第1章緒論

1.1智能儀器的誕生

1.2智能儀器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.2.1智能儀器的結(jié)構(gòu)

1.2.2智能儀器的特點(diǎn)

1.3智能儀器的發(fā)展

1.3.1獨(dú)立式智能儀器及GP-IB自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

1.3.2個(gè)人儀器系統(tǒng)

1.3.3 VXI總線儀器系統(tǒng)

1.3.4虛擬儀器

1.3.5網(wǎng)絡(luò)化儀器

思考題與習(xí)題

第2章智能儀器的主機(jī)電路

2.1單片機(jī)概述

2.1.1單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)

2.1.2指令系統(tǒng)及CPU架構(gòu)

2.1.3幾類應(yīng)用廣泛的單片機(jī)

2.2基于80C51內(nèi)核的單片機(jī)

2.3基于ARM內(nèi)核的單片機(jī)

2.3.1 ARM簡(jiǎn)介

2.3.2 ARM內(nèi)核的單片機(jī)

2.4 DSP型單片機(jī)

2.5帶有不同專用接口的單片機(jī)

2.5.1具有USB接口的單片機(jī)

2.5.2具有以太網(wǎng)接口的單片機(jī)

2.5.3具有CAN接口的單片機(jī)

10.3.2LabVIEw的數(shù)學(xué)分析與信號(hào)處理

10.3.3虛擬儀器設(shè)計(jì)實(shí)例

10.4網(wǎng)絡(luò)化儀器

10.4.1網(wǎng)絡(luò)化儀器的誕生

10.4.2網(wǎng)絡(luò)化儀器的體系結(jié)構(gòu)

10.4.3網(wǎng)絡(luò)化儀器的兩種組建模式

10.4.4網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的開發(fā)實(shí)例

思考題與習(xí)題

參考文獻(xiàn)

2.6 80C51單片機(jī)構(gòu)成的主機(jī)電路

2.6.1主機(jī)電路概述

2.6.2 80C51系列單片機(jī)構(gòu)成的主機(jī)電路

思考題與習(xí)題

第3章智能儀器的信號(hào)輸入輸出通道

3.1測(cè)量放大器

3.1.1測(cè)量放大器原理

3.1.2測(cè)量放大器的使用

3.1.3集成測(cè)量放大器

3.2程控增益放大器

3.2.1基本程控增益放大器

3.2.2應(yīng)用測(cè)量放大器實(shí)現(xiàn)的程控增益放大器

3.2.3集成程控增益放大器

3.3模擬量輸入通道

3.3.1模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)

3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)

3.3.3逐次比較型ADC與微機(jī)的接口

3.3.4積分式ADC與微機(jī)的接口

3.3.5∑-△型ADC及其與微機(jī)的接口

3.3.6模擬量輸入通道的其他器件

3.3.7模擬量輸入通道設(shè)計(jì)

3.4模擬量輸出通道

3.4.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)

3.4.2 D/A轉(zhuǎn)換器的特性

3.4.3 D/A轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口

3.4.4數(shù)字波形合成技術(shù)

3.5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.5.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成電路

3.5.2高速數(shù)據(jù)緩存技術(shù)

3.6開關(guān)量輸入通道

3.6.1開關(guān)量輸入通道的結(jié)構(gòu)

3.6.2開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理

3.7開關(guān)量輸出通道

3.7.1開關(guān)量輸出通道的基本組成

3.7.2開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路

思考題與習(xí)題

第4章智能儀器人一機(jī)接口技術(shù)

4.1鍵盤接口技術(shù)

4.1.1鍵抖動(dòng)、鍵連擊及串鍵的處理

4.1.2鍵盤的結(jié)構(gòu)及控制方式

4.1.3非編碼式鍵盤接口

4.1.4編碼式鍵盤接口

4.2LED顯示器接口技術(shù)

4.2.1七段LED顯示器及接口

4.2.2點(diǎn)陣式LED顯示器及接口

4.3可編程鍵盤/顯示器接口電路

4.3.1可編程鍵盤/顯示器接口電路8279

4.3.2串行接口LED驅(qū)動(dòng)器MAX7219

4.4LCD顯示器接口技術(shù)

4.4.1液晶顯示器的原理及驅(qū)動(dòng)方式

4.4.2段式LCD顯示器接口

4.4.3點(diǎn)陣式LCD顯示器接口

4.5微型打印機(jī)接口技術(shù)

4.5.1TPP-40B的性能及接口信號(hào)

4.5.2TPP-40B字符代碼及打印命令代碼

4.5.3TPP-40B接口方法及管理程序

4.6觸摸屏技術(shù)

4.6.1觸摸屏的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

4.6.2觸摸屏控制器ADs7843及其與微機(jī)的接口

思考題與習(xí)題

第5章智能儀器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口

5.1GP IB通用并行接口總線

5.1.1GP-IB接口總線概述

5.1.2總線結(jié)構(gòu)

5.1.3三線聯(lián)絡(luò)過程

5.1.4基本接口功能

5.1.5接口消息及其編碼

5.2GP-IB接口設(shè)計(jì)

5.2.1可編程GP-IB接口芯片TMS-9914A

5.2.2應(yīng)用TMS-9914A進(jìn)行接口設(shè)計(jì)

5.3 PXI總線技術(shù)

5.3.1 PXI總線概述

5.3.2 PXI總線系統(tǒng)的規(guī)范

7.2.2利用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)表校正系統(tǒng)誤差

7.2.3利用校正函數(shù)校正系統(tǒng)誤差

7.2.4利用代數(shù)插值法校正系統(tǒng)誤差

7.2.5利用最小二乘法校正系統(tǒng)誤差

7.3量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.3.1量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換原理

7.3.2量程上、下限的確定

7.3.3量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換性能的提高

7.4測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換

7.4.1線性標(biāo)度變換

7.4.2非線性標(biāo)度變換

7.5故障自檢技術(shù)

7.5.1故障自檢方式

7.5.2自檢項(xiàng)目

7.5.3自檢軟件

思考題與習(xí)題

第8章智能儀器的設(shè)計(jì)

8.1智能儀器的設(shè)計(jì)原則

8.1.1智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求

8.1.2智能儀器的設(shè)計(jì)原則

8.2智能儀器的研制步驟

8.2.1確定設(shè)計(jì)任務(wù)、擬定設(shè)計(jì)方案

8.2.2硬件和軟件的設(shè)計(jì)

8.2.3系統(tǒng)調(diào)試和性能測(cè)試

8.3智能儀器的軟件設(shè)計(jì)

8.3.1智能儀器的軟件設(shè)計(jì)方法

8.3.2智能儀器的軟件結(jié)構(gòu)

8.3.3監(jiān)控主程序

8.3.4鍵盤管理程序

8.4智能儀器的調(diào)試

8.4.1調(diào)試過程

8.4.2硬件靜態(tài)調(diào)試

8.4.3軟件調(diào)試

8.4.4動(dòng)態(tài)在線調(diào)試

8.5智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例

8.5.1檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

8.5.2硬件電路設(shè)計(jì)

8.5.3軟件設(shè)計(jì)

思考題與習(xí)題

第9章基于電壓和頻率測(cè)量的智能儀器

9.1智能數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)及實(shí)例

9.1.1智能數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)

9.1.2智能數(shù)字電壓表實(shí)例

9.2智能數(shù)字多用表原理

9.2.1智能數(shù)字多用表的結(jié)構(gòu)

9.2.2交流/直流轉(zhuǎn)換器

9.2.3歐姆轉(zhuǎn)換器及電流轉(zhuǎn)換器

9.3智能數(shù)字多用表設(shè)計(jì)

9.3.1智能數(shù)字多用表組成結(jié)構(gòu)

9.3.2電壓、電流、電阻量程轉(zhuǎn)換電路

9.3.3軟件流程

9.4智能RLC測(cè)量?jī)x原理及實(shí)例

9.4.1自由軸法測(cè)量原理

9.4.2正弦信號(hào)源與相敏檢波器

9.4.3智能RLC測(cè)量?jī)x實(shí)例

9.5通用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量原理及組成

9.5.1通用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量原理

9.5.2通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成

9.6提高頻率測(cè)量精度的方法

9.6.1多周期同步測(cè)量技術(shù)

9.6.2內(nèi)插擴(kuò)展技術(shù)

9.7智能電子計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

9.7.1 ICM7226芯片介紹

9.7.2應(yīng)用ICM7226設(shè)計(jì)智能頻率計(jì)

思考題與習(xí)題

第10章虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)化儀器

10.1虛擬儀器概述

10.1.1虛擬儀器的基本概念

10.1.2虛擬儀器的發(fā)展過程

10.1.3虛擬儀器的特點(diǎn)

10.2虛擬儀器的組成

10.2.1虛擬儀器的硬件

10.2.2虛擬儀器的軟件

10.3應(yīng)用LabVIEW進(jìn)行虛擬儀表設(shè)計(jì)

10.3.1LabVIEW基本概念