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第1章　计算机串行通信接口技术 1

1.1　异步串行通信 1

1.1.1　异步串行通信硬件 1

1.1.2　异步串行通信的直接连接 3

1.1.3 RS-232C 4

1.1.4　RS-422和RS-485 6

1.1.5　硬件接线连接方式 9

1.1.6　数据包组成及数据包的同步 9

1.1.7　数据的主动发送与主从通信方式 11

1.2　SPI接口 12

1.2.1　使用SPI接口的芯片实例 12

1.2.2　软件SPI接口的实例 13

1.2.3　硬件SPI接口 15

1.3　I2C总线与2线接口 16

1.3.1　标准的I2C总线 16

1.3.2　符合I2C总线硬件规范的2线接口 18

1.3.3　不符合I2C总线硬件规范的2线接口 18

1.4　USB总线 18

1.4.1 USB接口概述 19

1.4.2 USB硬件接口设计实例 21

1.5 CAN总线 24

1.5.1 CAN总线规范 24

1.5.2 CAN控制器 26

1.5.3 CAN的连接方式和总线收发器 28

1.5.4 CAN总线的电磁兼容和保护 31

1.5.5 CAN报文格式 33

1.5.6 CAN数据接收过滤器 33

1.5.7　应用层通信协议 34

1.6　长距离通信问题 34

1.6.1　用电流环实现隔离的长线通信 34

1.6.2　使用RS-422/485的长线通信 35

1.6.3　使用光纤传输RS-422/485信号 36

1.7　开机握手与波特率自动同步 37

1.7.1　标准波特率时的同步 37

1.7.2　微控制器的波特率自动同步 38

1.8　实例：数字温度计电路设计 39

1.8.1　数字测温电路DS1626/DS1726 39

1.8.2　电路设计 39

1.9　实例：RS-232C与电流环、RS-422/RS-485转换电路设计 40

1.9.1　RS-232C与电流环转换及光电隔离 41

1.9.2　RS-232C与RS-422转换及光电隔离 42

习题 44

第2章　发光二极管显示器件的接口技术 44

2.1　静态显示 46

2.1.1　发光二极管的类型及特点 46

2.1.2　使用串行芯片的静态显示 47

2.1.3　发光二极管的限流 47

2.1.4　共阴、共阳及其驱动 49

2.2　LED的动态刷新显示 50

2.2.1　人眼的视觉特点与发光二极管的动态显示方式 50

2.2.2　驱动电压、驱动电流与显示刷新频率的关系 51

2.2.3　单色、双色、三色显示 52

2.3　动态显示刷新的专用模块 53

2.3.1　并行接口电路82C79 53

2.3.2 串行接口电路MAX7219/MAX7221 54

2.3.3 MAX7219/MAX7221的再驱动 55

2.4　大尺寸显示器的接口 57

2.5　动态显示驱动管的散热问题 58

2.6　实例：24路对线器的设计 58

2.6.1　设计思路 58

2.6.2　原理图 59

2.6.3　软件设计 60

2.7　实例：2.3英寸LED显示器驱动电路设计 60

2.7.1　器件特性 60

2.7.2　驱动电源选择与电路设计 61

习题 62

第3章　继电器及电机的驱动技术 63

3.1　直流继电器的驱动及泄流 63

3.1.1　微型直流继电器的驱动 63

3.1.2　大型直流继电器或电磁阀的驱动 64

3.2　直流固态继电器（DC SSR）及驱动 65

3.2.1 直流固态继电器的驱动模式 65

3.2.2 直流固态继电器性能参数 65

3.3　交流固态继电器（AC SSR）及驱动 66

3.3.1　交流固态继电器的控制元件 66

3.3.2 交流固态继电器的过零触发 66

3.3.3　交流固态继电器的使用注意事项 68

3.4　直流电机的PWM驱动 69

3.4.1 用功率晶体管驱动直流电机 69

3.4.2　用场效应晶体管驱动直流电机 70

3.5 IGBT 71

3.5.1 IGBT的封装形式 71

3.5.2　IGBT对驱动电路的要求 72

3.5.3 IGBT专用驱动器 72

3.5.4　IGBT智能功率模块 74

3.5.5　IGBT模块使用上的注意事项 75

3.6　直流电机的正反转控制 76

3.6.1 H桥直流电机正反转控制电路 76

3.6.2　用IGBT智能功率模块组成H桥直流电机正反转控制电路 77

3.6.3　正负供电直流电机正反转控制电路 77

3.6.4　直流电机的PWM控制逻辑 78

3.7　交流电机的PWM控制逻辑 79

3.7.1　模拟正弦波输出的三相PWM波形 79

3.7.2　模拟正弦三相PWM脉冲发生器 79

3.8　驱动模块的封装 81

3.9　实例：制动试验台电机控制电路设计 81

3.9.1　接近开关及接口电路 82

3.9.2　转速测试传感器及测试原理 83

3.9.3　电机控制电路 85

3.9.4　控制板电路原理图 87

习题 89

第4章　开关量输入输出的隔离技术 89

4.1　开关量输入的隔离 90

4.1.1　廉价实用的TLP521-X 90

4.1.2　负载电阻对开关速度的影响 91

4.1.3 高频脉冲的隔离 91

4.2　DC-DC变换器的应用 93

4.2.1　集成电路DC-DC变换器 94

4.2.2　隔离变压器型DC-DC变换器 95

4.3　专用隔离芯片及模块 96

4.3.1 RS-422、RS-485隔离芯片 96

4.3.2　模拟隔离放大器 97

4.3.3　高频逻辑门专用隔离电路 98

4.4　新型的光电隔离产品 100

4.4.1　微电流光电隔离器件 100

4.4.2　线接收器专用电路 103

4.4.3　20mA电流环专用隔离器件 104

4.4.4　AC/DC逻辑接口电路 106

4.4.5　智能功率模块专用驱动隔离模块 107

4.4.6　光电MOS继电器 108

4.5　强干扰源（功率电机、变频器等）的隔离及抗干扰问题 109

4.6　A/D、D/A的隔离问题 110

4.7　与数控系统的接口 111

4.7.1　数控系统常用的接口形式 111

4.7.2　接口电路 113

习题 114

第5章　液晶点阵屏接口及存储器扩展技术 114

5.1　显示RAM及其扩展 116

5.1.1　32KB存储器的扩展 117

5.1.2　512KB存储器的扩展 117

5.2　字库ROM的扩展 118

5.3　并行接口的液晶点阵屏 118

5.3.1　单色点阵图形液晶显示屏 118

5.3.2　彩色点阵图形液晶显示屏 120

5.4　汉字显示原理 123

5.4.1　汉字国标码与区位码 123

5.4.2　字库的来源 123

5.4.3　不常见字的显示 124

5.4.4　小容量字库及其汉字显示 124

5.4.5　软件设计 125

5.5　图形显示方法 126

5.5.1　基本图形命令 126

5.5.2　点的显示 126

5.5.3　直线的显示 126

5.5.4　圆、圆弧的显示 127

5.5.5　函数的显示 128

5.6　D系列中文液晶显示模块简介 128

5.6.1　D系列中文液晶显示模块性能特点 128

5.6.2　接口方式 129

5.7　触摸式面板的接口 130

5.7.1 电阻式触摸式面板的工作原理 130

5.7.2　检测电路接口 130

5.8　实例：通用彩色液晶点阵屏接口 130

5.8.1　系统组成 131

5.8.2　硬件电路 131

5.8.3　软件接口 131

习题 135

第6章　传感器及小信号放大技术 136

6.1　运算放大器性能特点 136

6.1.1 通用运放 136

6.1.2　场效应运放 137

6.1.3　低噪声低漂移运放 137

6.1.4　宽频带运放 139

6.1.5　满摆输入、输出运放 139

6.2　应变测量电路原理 140

6.2.1　测量电桥 141

6.2.2　测量电桥的平衡 141

6.2.3　等臂电桥的电压输出 142

6.2.4　全桥、半桥与半桥单片测量，温度补偿 142

6.3　静态电阻应变仪 143

6.3.1　交流供桥、双电桥零读数静态应变仪 143

6.3.2　数字式电阻应变仪 144

6.3.3　静态电阻应变仪的应变片公共补偿技术 145

6.3.4　数字式静态电阻应变仪重要电路 145

6.4　动态应变仪 146

6.4.1　交流供桥动态电阻应变仪 147

6.4.2　直流供桥动态电阻应变仪 147

6.5　应变仪基本电路 147

6.5.1　应变仪直流供桥电路 148

6.5.2　程控恒压源 149

6.5.3　应变仪直流放大电路 150

6.5.4　应变仪的预调平衡电路 153

6.5.5　应变仪的校准及灵敏系数补偿 156

6.6　双恒流源供桥技术 156

6.6.1　恒流源供桥的基本电路 156

6.6.2　双恒流源全桥测试电路 157

6.6.3　不同阻值应变片的供桥电流自动调整 158

6.7　其他典型测量电路 158

6.7.1　位移传感器LVDT电路 158

6.7.2　热敏电阻测温电路 162

6.7.3　铂电阻测温的软件非线性修正 163

6.7.4　热电偶测温电路 167

6.7.5　热电偶冷端的温度补偿 170

6.7.6　热电偶专用集成电路 171

6.8　实例：12路应变传感器放大电路设计 173

6.8.1　供桥驱动电路设计 173

6.8.2　放大电路 174

6.9　实例：带数据采集功能的动态电阻应变仪 175

6.9.1　供桥电路 175

6.9.2　放大电路 176

6.9.3　自动调零电路 177

习题 177

第7章　数字量与模拟量的转换技术 177

7.1　数模转换原理 179

7.1.1　梯形电阻网络型数模转换器 179

7.1.2　数字电位器 180

7.2　方便实用的数模转换器件 180

7.2.1　8位D/A转换器 180

7.2.2　12位D/A转换器 181

7.2.3　14位以上分辨力的D/A转换器 182

7.3　实例：简易函数发生器 184

7.3.1 函数发生器的基本结构 184

7.3.2　波形发生器 185

7.3.3　信号合成和输出 187

7.4　模数转换原理 188

7.4.1　双积分型模数转换器 188

7.4.2　逐次逼近型模数转换器 189

7.4.3　∑-△型模数转换器 191

7.5　模数转换器接口电路 192

7.5.1 双积分型模数转换器的接口 192

7.5.2　逐次逼近型模数转换器的接口 193

7.5.3　参考电压源 198

7.5.4　∑-△型模数转换器的接口 198

7.5.5 极低噪声A/D转换器ADS1255/1256 200

7.6　实例：典型的模数转换电路实例 203

7.6.1 AD1674接口实例 203

7.6.2　使用ADS1256的称重传感器电路 204

7.7　实例：动量矩定理演示仪电路设计 206

7.7.1　隔离的RS-485驱动 206

7.7.2　键盘、显示器接口 208

7.7.3　传感器信号放大与A/D转换电路设计 209

7.7.4　位置检测电路设计 209

习题 210

第8章　片上系统及在系统可编程技术 210

8.1　C8051F系列全集成混合信号片上系统 212

8.1.1 C8051F020系列 212

8.1.2　C8051F040系列 215

8.1.3　C8051F系列的其他产品 215

8.1.4　C8051F的I/O端口 216

8.1.5　C8051F的数据选择器（CrossBar） 217

8.1.6　C8051F的硬件乘加逻辑 218

8.1.7　C8051 F系列MPU的仿真调试接口 220

8.2　μPSD3xxx系列51片上系统 221

8.2.1　μPSD32xx系列 221

8.2.2　可编程逻辑（CPLD） 222

8.2.3　USB接口 223

8.2.4　快速开发工具 223

8.2.5　高速系列μPSD33xx 224

8.2.6 μPSD34xx系列 226

8.3 高精度数据采集系统ADuC8xx 226

8.3.1 ADuC845/847/848基本性能 227

8.3.2 ADuC845/847/848基本系统配置 227

8.3.3 ADuC824基本系统配置 229

8.3.4 开发环境 229

8.4 廉价实用的P89LPC900系列 230

8.4.1 P89LPC90x系列 231

8.4.2 P89LPC92x系列 232

8.4.3 P89LPC93x系列 232

8.4.4 P89LPC95x系列 233

8.4.5　开发环境 234

8.5　在线调试和在系统编程技术 235

8.5.1　使用串行口编程 235

8.5.2　使用SPI接口编程 236

8.5.3　使用边界扫描技术调试及编程 236

8.5.4　通过USB接口编程 238

8.6 实例：ADuC845/847/848用户板设计 238

8.6.1 ADuC845/847/848评估板 238

8.6.2　开发软件 241

8.6.3　通过串行口调试程序 241

8.6.4　程序下载 242

8.6.5　单脚仿真器 242

8.6.6　用户板设计要点 243

8.7　实例：使用ADuC845/847组成的高分辨力数字电子秤 245

8.7.1　系统组成 245

8.7.2　电源电路 245

8.7.3　供桥及基准电源 246

8.7.4　传感器连接与数据采集 246

8.7.5　显示键盘系统 247

8.7.6　与上位机通信 248

习题 248

第9章　ARM技术 250

9.1 ARM嵌入式系统概述 250

9.1.1 什么是ARM 250

9.1.2　ARM微处理器及其技术应用特点 251

9.1.3 ARM微处理器的特点 251

9.2 ARM/Thumb微处理器结构 252

9.2.1 ARM7系列微处理器 252

9.2.2　ARM的三级流水线结构 252

9.2.3 ARM和Thumb指令集 253

9.2.4 ARM和Thumb状态 253

9.3　ARM处理器的编程模型 254

9.3.1　处理器模式 254

9.3.2　内部寄存器的组织 255

9.3.3　程序状态寄存器 257

9.3.4 ARM的异常中断 259

9.3.5　ARM存储器格式 261

9.4　初识ARM处理器程序 262

9.4.1 一个简单的ARM指令集的汇编程序 262

9.4.2 一个简单的ARM、Thumb指令集混合汇编程序 263

9.5 基于ARM7TDMI内核的S3C44B0X微处理器简介 263

9.5.1 S3C44B0X微处理器片上主要集成的功能 264

9.5.2　S3C44B0X微处理器芯片的引脚功能 264

9.6 使用ADS1.2进行嵌入式软件开发 266

9.6.1　建立工程 266

9.6.2　源文件编辑 267

9.6.3　汇编程序与C程序的混合编程 269

9.6.4　编译和连接 270

9.6.5　调试程序 272

9.7　ARM处理器的选型对比 274

9.7.1 Cortex-M3处理器内核 274

9.7.2　Atmel的ARM处理器 275

9.7.3 NXP的ARM处理器 276

9.7.4　TI的ARM处理器 276

9.7.5　Actel的FPGA产品 278

习题 279

第10章　计算机虚拟仪器技术 280

10.1　计算机虚拟仪器的概念 280

10.2　计算机虚拟仪器的硬件资源 280

10.2.1　虚拟仪器系统中的专用仪器 281

10.2.2　数据采集硬件 281

10.2.3　PXI仪器 282

10.2.4　模块化仪器 283

10.2.5　其他仪器硬件 284

10.3　LabVIEW虚拟仪器入门 284

10.3.1　LabVIEW的突出功能 284

10.3.2　一个简单的VI实例 287

10.3.3　利用Express VI进行信号分析 291

10.3.4　创建自己的仪器驱动VI 294

10.3.5　LabVIEW实时模块 295

习题 296

附录 297

术语、符号及器件参考 297

参考文献 303