普通高等学校仪器科学与技术专业系列教材 智能仪器设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.1.1 仪器仪表 1

1.1.2 从传统仪器到智能仪器 3

1.1.3 智能仪器的组成和结构 3

1.1.4 智能仪器的主要特点和发展趋势 5

1.2 课程的主要内容和学习方法 7

思考题与习题 8

第2章 总体设计 9

2.1 概述 9

2.1.1 智能仪器设计过程 9

2.1.2 总体设计及其内容 10

2.2 设计任务来源和分析 11

2.2.1 设计任务来源 11

2.2.2 设计任务分析 12

2.3 功能规划和指标确定 14

2.4 设计原则与原理 18

2.4.1 阿贝原则及其扩展 19

2.4.2 平均读数与误差分离原理 21

2.4.3 比较测量原理 22

2.4.4 补偿原理 24

2.4.5 标准量细分原理 25

2.4.6 其他设计原则 26

2.5 布局与结构设计 29

2.6 数据采集系统设计 29

2.7 智能仪器通信设计 29

2.8 人机接口设计 30

2.9 电源及功耗设计 32

2.9.1 智能仪器的电源设计 32

2.9.2 智能仪器低功耗设计 32

2.10 总体设计的验证和评审 32

2.10.1 总体设计的验证 32

2.10.2 总体设计的评审 33

思考题与习题 33

第3章 传感器与放大器设计 34

3.1 概述 34

3.2 传感器 34

3.2.1 传感器组成 35

3.2.2 传感器分类 35

3.2.3 传感器的选择 41

3.2.4 传感器的应用技术 42

3.3 信号放大器 44

3.3.1 前置放大器 44

3.3.2 信号放大器的常见形式 45

3.3.3 常用放大器器件及应用 48

思考题与习题 56

第4章 模数转换电路设计 57

4.1 A巭D转换器 57

4.2 比较型A巭D转换器 59

4.2.1 逐次比较型A巭D转换器的工作原理 59

4.2.2 ADC0809的工作原理及应用 60

4.2.3 AD574A的工作原理及应用 64

4.3 双积分型A巭D转换器 66

4.3.1 双积分型A巭D转换器的工作原理 66

4.3.2 双积分型A巭D转换器的特点 68

4.3.3 5G14433的工作原理及应用 68

4.3.4 ICL7135的工作原理及应用 70

4.4 V巭F型A巭D转换器 71

4.4.1 V巭F型A巭D转换器的特点 71

4.4.2 LM331的工作原理及应用 71

4.5 ∑-△型A巭D转换器 73

4.5.1 工作原理 73

4.5.2 AD7703的工作原理及应用 74

4.5.3 CS5360的工作原理及应用 77

4.6 A巭D转换器的选用 81

4.7 信号输出与D巭A转换器 84

4.7.1 输出通道的信号种类 84

4.7.2 D巭A转换器的性能指标与选用 85

4.7.3 常用D巭A转换器 86

思考题与习题 92

第5章 数据采集通道设计 93

5.1 概述 93

5.1.1 数据采集通道基本组成 93

5.1.2 数据采集通道的特性 94

5.2 数据采集通道的结构 94

5.2.1 集中采集式 94

5.2.2 分散采集式 95

5.2.3 应用实例 96

5.3 数据采集通道的误差分析 97

5.3.1 采样误差 97

5.3.2 模拟电路的误差 99

5.3.3 A巭D转换器的误差 100

5.3.4 数据采集通道误差的计算 100

5.3.5 数据采集通道的误差分配实例 101

思考题与习题 104

第6章 微处理器与可编程器件设计 105

6.1 微处理器 105

6.2 单片机 107

6.2.1 单片机的特点和选择 107

6.2.2 MCS-51系列单片机 109

6.2.3 PIC系列单片机 111

6.2.4 68系列单片机 113

6.2.5 MCS-296系列单片机 113

6.2.6 MSP430单片机 114

6.2.7 ARM单片机 116

6.3 DSP 119

6.3.1 DSP的主要结构 120

6.3.2 DSP的选择和应用 120

6.4 多微处理器系统 122

6.4.1 概述 122

6.4.2 多单片机系统的结构 122

6.5 可编程逻辑器件 127

6.5.1 概述 127

6.5.2 CPLD简介 128

6.5.3 FPGA简介 131

思考题与习题 133

第7章 软件设计 134

7.1 概述 134

7.2 软件开发环境与编程语言 135

7.2.1 软件开发环境 135

7.2.2 编程语言 135

7.3 结构化程序设计和软件系统结构分析 136

7.3.1 层次结构 136

7.3.2 功能结构 137

7.3.3 进程结构 138

7.4 软件系统的规划和设计步骤 139

7.4.1 软件系统的规划 139

7.4.2 软件系统的设计步骤 141

7.5 数据处理算法 143

7.5.1 概述 143

7.5.2 常用数据处理算法 144

7.6 软件设计实例 150

7.6.1 系统功能 150

7.6.2 硬件电路 151

7.6.3 软件系统规划 152

7.6.4 软件系统框架 152

思考题与习题 154

第8章 人机界面设计 155

8.1 人机界面 155

8.1.1 人机界面设计概述 155

8.1.2 可用性设计 156

8.2 人机界面的设计原则 157

8.3 人因工程学及其应用 159

8.3.1 人因工程学 159

8.3.2 视觉 160

8.3.3 听觉 161

8.3.4 触觉 162

8.3.5 多感觉 162

8.3.6 人体尺寸及肢体的能力 163

8.3.7 人体对环境的要求 163

8.4 人机界面硬件设计 164

8.4.1 面板构成与布置 164

8.4.2 键盘及其分类 164

8.4.3 显示器 166

8.4.4 显示设计 167

8.4.5 微型打印机 169

8.5 人机界面的软件设计 171

8.5.1 概述 171

8.5.2 直接编程法 172

8.5.3 状态变量法 175

8.5.4 图形用户界面法 183

8.6 人机界面设计的评价 185

思考题与习题 185

第9章 通信总线与接口设计 186

9.1 数据通信 186

9.1.1 数据通信的基本概念 186

9.1.2 接口总线 187

9.2 串行标准总线 189

9.2.1 RS-232C串行接口总线标准 189

9.2.2 RS-422、RS-423、RS-485接口总线标准 191

9.2.3 USB接口总线 193

9.3 并行标准总线 195

9.3.1 GPIB并行接口总线 195

9.3.2 VXI总线 199

9.3.3 CompactPCI和PXI总线 205

9.4 现场总线 211

9.4.1 概述 211

9.4.2 现场总线通信技术 212

9.5 智能仪器上网与TCP巭IP协议 213

9.5.1 概述 213

9.5.2 协议与标准 213

9.5.3 以太网接口模块 215

思考题与习题 216

第10章 结构设计 217

10.1 概述 217

10.2 智能仪器结构设计常用材料 219

10.2.1 金属材料 219

10.2.2 非金属材料 220

10.3 造型设计 220

10.4 常见机箱机柜类型 222

10.4.1 机壳类 222

10.4.2 机箱类 222

10.4.3 机柜类 223

10.4.4 机箱结构方案选择 225

10.5 智能仪器热设计 228

10.5.1 智能仪器的热环境 228

10.5.2 智能仪器热控制的目的 229

10.5.3 热控制的基本要求 230

10.5.4 热控制的基本原则 230

10.5.5 热控制的方法 230

10.6 振动与冲击的隔离 234

10.7 电磁兼容性结构设计 234

10.8 结构的其他设计 235

思考题与习题 237

第11章 电磁兼容设计 238

11.1 电磁兼容 238

11.2 硬件抗干扰技术 243

11.2.1 屏蔽技术与传输技术 243

11.2.2 接地技术 247

11.2.3 隔离技术 249

11.2.4 布线与配线 250

11.2.5 滤波器 252

11.2.6 灭弧技术 253

11.2.7 电源干扰的抑制 254

11.3 软件干扰抑制技术 257

11.3.1 软件抗干扰的前提条件 257

11.3.2 数据采集误差的软件对策 257

11.3.3 控制状态失常的软件对策 258

11.3.4 程序运行失常的软件对策 259

思考题与习题 259

第12章 可测性设计 261

12.1 故障诊断 261

12.1.1 故障模型 261

12.1.2 故障测试 261

12.1.3 模拟电路故障检测 263

12.1.4 数字电路的故障检测 265

12.1.5 自检安排 270

12.2 智能仪器的调试 270

12.2.1 可测性设计 270

12.2.2 智能仪器调试过程 271

12.2.3 模拟电路的调试 272

12.2.4 数字电路的调试 273

12.2.5 软件程序的调试 273

12.2.6 开发系统 275

12.2.7 JTAG调试 276

12.2.8 远程更新软件 278

12.3 智能仪器的标定 279

12.3.1 概述 279

12.3.2 测控系统的静态标定 280

12.3.3 测控系统的动态标定 280

12.3.4 力测量装置的标定 280

12.3.5 温度测量装置的标定 281

12.4 智能仪器设计文件 282

思考题与习题 282

参考文献 283