智能仪表原理与设计PDF电子书下载

目录 1

绪论 1

1 智能仪表原理与设计基础 4

1.1　智能仪表原理 4

1.2 设计基础 4

1.2.1 需求分析与方案论证 4

1.2.2　机型选择与嵌入式系统 6

1.2.3　总线与结构 8

1.3 设计原则与设计内容 14

1.3.1 总体设计原则 15

1.3.2　硬件设计 16

1.3.3　软件设计 23

1.3.4　产品设计步骤 27

思考题与习题 28

2　人机接口的设计 29

2.1 开关及接口 29

2.1.1 开关的基本形式 29

2.1.2　互锁式开关 29

2.1.3　数字拨码盘 30

2.1.4　开关接口的工作方式 30

2.2　按键、键盘及接口 30

2.2.1　按键及其接口 30

2.2.2　键盘及其接口 33

2.3.1　LED数码显示器 37

2.3　LED显示器及接口 37

2.3.2 LED数码显示器与CPU的接口 38

2.4　键盘、显示器接口设计 41

2.4.1 由I/O端口支持的键盘、显示器接口电路 41

2.4.2　键盘显示器专用接口芯片8279 42

2.4.3　键盘显示器专用串行接口芯片zlg7289A 47

2.5 液晶显示器（LCD）及其接口 57

2.5.1 液晶显示器的原理 57

2.5.2　段码式液晶显示器 58

2.5.3　字符点阵式液晶显示器及其接口 60

2.5.4 图形点阵式液晶显示器 62

2.6　打印机及其接口 63

2.6.1　GP16微型打印机及其接口 64

2.6.2　通信与集中打印 66

思考题与习题 66

3　数据采集技术与输入输出接口 67

3.1 概述 67

3.2　检测信号与数据放大器设计 68

3.2.1　检测信号的形式 68

3.2.2　集成运算放大器选择 69

3.2.3　数据放大器的设计 74

3.3 多路开关及其与微机的连接 75

3.3.1　干、湿舌簧继电器与半导体多路开关 75

3.3.2　常用半导体多路开关芯片 77

3.3.3　多路开关的扩展 78

3.3.4 多路开关芯片与微机连接 78

3.4 采样保持器及其与微机的连接 79

3.4.1　采样保持器工作原理 80

3.4.2　常用采样保持器芯片 81

3.4.3　采样保持器与微机的连接 82

3.4.4　保持电容器的选择 82

3.5 A/D、D/A转换器与微机的接口 83

3.5.1 D/A转换器与微机的连接 84

3.5.2 PWM输出（D/A） 85

3.5.3　A/D转换器与微机的连接 86

3.5.4 A/D、D/A转换的输入、输出形式与基准电压 92

3.6　微机控制式A/D转换器 94

3.6.1 微机控制间接比较型A/D转换器 94

3.6.2　微机控制组合式高分辨率A/D转换器 95

3.7.1　V/F转换原理及特点 96

3.7　频率相位信号的采集及其接口 96

3.7.2 V/F转换器芯片 97

3.7.3　频率信号的采集方式与接口 98

3.7.4　相差信号的采集 100

3.8　数据采集缓存器的设置与保护 101

3.8.1 双端口RAM数据缓存器 101

3.8.2 1位RAM数据缓存器 103

3.8.3　数据缓存区设置 103

3.8.4　缓存区数据的保护 104

3.9　数据采集系统的结构形式 105

3.9.1 多芯片构成数据采集系统的几种形式 105

3.9.2 单片数据采集系统 106

思考题与习题 107

3.9.3　嵌入式系统 107

4.1 概述 108

4　数据处理技术 108

4.2　标度变换等处理技术与程序设计 109

4.2.1 极值判断、分段测量技术及程序 109

4.2.2　标度变换处理技术及程序 110

4.3　数字滤波技术及其程序设计 112

4.3.1 噪声的分析方法和分类 113

4.3.2　叠加平均（总体平均）滤波法 114

4.3.3 几种常用静态滤波程序 114

4.3.4　自相关法滤波 116

4.3.5　低通数字滤波器模型及程序 117

4.4 数字线性化技术与程序设计 118

4.3.6　其他数字滤波器 118

4.4.1　连续函数拟合法 119

4.4.2　插值法（分段拟合法） 120

4.4.3　查表法 123

4.5　零点漂移与增益误差的处理技术 124

4.5.1 误差模型 124

4.5.2 自校准电路 125

4.5.3　测量系统的校准 127

4.5.4　环境因素综合补偿技术与程序设计 128

4.6　控制技术及其算法 130

4.6.1 闭环（反馈式）仪表与控制技术 130

4.6.2　控制算法 131

4.7.1　相关测量原理 137

4.7　相关测量及其算法 137

4.7.2　相关算法与相关器 139

思考题与习题 146

5 多单片机系统与通信总线 147

5.1 概述 147

5.2 多单片机系统的结构与通信 148

5.2.1 单片机串行口直接连接式 148

5.2.2　SPI总线连接与通信式 148

5.2.3　多端口存储器连接式 149

5.2.4　共享总线式 149

5.2.5　并口连接式 151

5.2.6　多单片机系统的通信 152

5.3　智能仪表的对外通信与标准总线 153

5.3.1　数据通信与接口总线 153

5.3.2　RS-232C串行接口总线标准 155

5.3.3 RS-422、RS-423、RS-485接口总线标准 158

5.3.4 USB接口总线 159

5.3.5 IEEE-488并行接口总线标准 163

5.3.6　IEEE-488接口 166

5.4 现场总线与智能仪表 168

5.4.1 现场总线的产生与发展 168

5.4.2　现场总线的定义与特点 169

5.4.3　现场总线仪表（智能仪表） 170

5.4.4　现场总线通信技术 173

5.5.1 TCP/IP协议与以太网概述 178

5.5 TCP/IP协议与智能仪表上网 178

5.5.2　协议与标准 179

5.5.3　智能仪表接入Internet 181

思考题与习题 184

6 智能技术 185

6.1 概述 185

6.1.1 数值处理技术与符号处理技术 185

6.1.2 智能技术的产生与发展 186

6.1.3　智能程序设计语言 186

6.2　模糊控制技术 187

6.2.1 模糊集合 188

6.2.2　隶属函数及其确定 188

6.2.3 模糊集合中的基本定义和基本运算 189

6.2.4 模糊关系 190

6.2.5　模糊推理 191

6.2.6　模糊控制器的设计 194

6.2.7　模糊控制器设计实例 197

6.3　软测量技术 199

6.3.1 软测量技术的意义 199

6.3.2　软测量技术的内容 200

6.3.3　软测量技术的建模 202

6.3.4 软测量技术应用实例 203

6.4 专家系统 207

6.4.1 概述 207

6.4.2　知识的表示与获取 209

6.4.3 基于知识的推理 213

6.4.4　专家系统应用实例 215

思考题与习题 219

7　可靠性设计技术 220

7.1 可靠性设计基础 220

7.1.1 可靠性的基本概念 220

7.1.2　影响仪表可靠性的因素 222

7.2 可靠性保障基本技术 224

7.2.1 系统方案设计时的可靠性原则 224

7.2.2　元器件的合理选用 224

7.2.3　元器件的筛选 227

7.2.4　降额设计 228

7.2.5 系统可靠性保障的其他问题 229

7.3.1 电磁干扰的基本分析 231

7.3　电磁兼容性设计 231

7.3.2　电源抗干扰设计 233

7.3.3　屏蔽与接地 235

7.3.4　抗串模干扰的措施 236

7.3.5　抗共模干扰的措施 238

7.3.6　总线的可靠性设计 239

7.4　软件抗干扰技术 240

7.4.1 CPU抗干扰技术 240

7.4.2　输入输出的抗干扰技术 243

7.5　软件可靠性设计 244

7.5.1 软件设计过程中的可靠性 244

7.5.2　软件可靠性设计的一些具体措施 245

7.5.3 人机界面的容错技术 247

7.6　智能仪表的自诊断技术 249

7.6.2 ROM的自诊断 250

7.6.3 RAM的自诊断 250

7.6.1 CPU的自诊断 250

7.6.4 数据采集通道的诊断 251

7.6.5　模拟输出通道的诊断 251

7.6.6　人机界面的诊断 252

7.6.7 自诊断程序 253

思考题与习题 253

8　智能仪表的仿真与调试 254

8.1　智能仪表的建模 254

8.2.1 力（力矩）平衡机构式智能仪表 255

8.2.2 内旋转式浓度变送器简介 255

8.2 智能仪表的建模与仿真实例 255

8.2.3 内旋转式浓度变送器的模型 256

8.2.4 内旋转式浓度变送器的动态特性分析 258

8.2.5 内旋转式浓度变送器的数字仿真 259

8.3 智能仪表中的CPLD应用设计 260

8.3.1 CPLD概述 260

8.3.2 CPLD器件及描述语言 260

8.3.3 CPLD设计举例 261

8.4　智能仪表的开发调试 264

8.4.1 通用MDS开发 264

8.4.2 简易MDS开发 265

8.4.3 自开发 266

8.4.4 JTAG调试 266

参考文献 272