智能仪器原理与设计PDF电子书下载

1 概述 1

1.1 智能仪器的结构与特点 1

1.1.1 智能仪器的基本结构 1

1.1.2 智能仪器的主要特点 2

1.2 推动智能仪器发展的新技术 3

1.2.1 传感器技术 4

1.2.2 DSP技术 5

1.2.3 嵌入式计算机技术 6

1.2.4 EDA技术及FPGA/CPLD 10

1.2.5 网络技术 14

1.2.6 标准化模块仪器技术 15

1.2.7 虚拟仪器技术 16

思考题 22

2 智能仪器中数字量的输入／输出 23

2.1 开关量输入／输出 23

2.1.1 开关量输入 24

2.1.2 开关量输出 25

2.2 脉冲量输入／输出 28

2.2.1 常用的数字化测频方法 29

2.2.2 脉冲宽度调制（PWM） 33

2.2.3 步进电机的驱动及控制 36

思考题 41

3 智能仪器中模拟量的输入／输出 43

3.1 多通道数据采集系统的配置方案 43

3.2 信号放大 45

3.2.1 概述 45

3.2.2 仪用放大器 46

3.2.3 程控增益放大器 47

3.3 信号滤波 48

3.3.1 概述 48

3.3.2 低通滤波器 49

3.4 采样保持器和模拟多路开关 53

3.4.1 采样保持器 53

3.4.2 模拟多路开关 55

3.5 模／数转换器 58

3.5.1 ADC的理想传输特性 58

3.5.2 ADC的特性参数 59

3.5.3 ADC的种类及特点 64

3.5.4 ∑-△型ADC的原理 66

3.5.5 ∑-△型ADC AD7714 70

3.5.6 逐次逼近式ADC AD7656 82

3.6 数／模转换器 97

3.6.1 概述 97

3.6.2 MAX543及其与微处理器的接口 102

思考题 105

4 智能仪器的人机接口 108

4.1 键盘 108

4.1.1 去抖动 109

4.1.2 独立式键盘和矩阵式键盘 109

4.1.3 键盘信号的获取 110

4.1.4 键盘接口设计 111

4.2 LED显示器 111

4.2.1 LED显示器的基本结构和工作原理 112

4.2.2 LED数码显示器接口设计 113

4.2.3 点阵LED显示器接口设计 116

4.3 LCD 118

4.3.1 段码式LCD及其接口设计 118

4.3.2 点阵字符式LCD及其接口 121

4.3.3 点阵图形液晶显示器 127

4.4 触摸屏简介 138

4.4.1 触摸屏的工作原理 138

4.4.2 触摸屏的基本技术特性 140

4.4.3 电阻式触摸屏 141

思考题 142

5 数据处理技术 144

5.1 标度变换 144

5.1.1 线性标度变换 145

5.1.2 非线性参数的标度变换 145

5.2 非线性校正 146

5.2.1 代数插值法 146

5.2.2 曲线拟合法 151

5.3 自动测量补偿 154

5.3.1 零位及零偏补偿 155

5.3.2 标度漂移补偿 156

5.3.3 传感器的温度补偿 157

5.4 数字滤波技术 158

5.4.1 程序判别法（限幅滤波法） 158

5.4.2 莱特准则法（剔除粗大误差） 159

5.4.3 中值滤波法 160

5.4.4 算术平均滤波法 160

5.4.5 去极值平均滤波法 162

5.4.6 滑动平均滤波法 164

5.4.7 加权滑动平均滤波 164

思考题 166

6 智能仪器的总线和通信技术 167

6.1 串行外设接口总线SPI 167

6.1.1 SPI概述 168

6.1.2 SPI工作原理 168

6.1.3 SPI的工作方式 169

6.1.4 MCS51系列单片机的SPI模拟 170

6.2 内部集成（I2C）总线 172

6.2.1 I2C总线的特点 173

6.2.2 I2C总线的基本工作原理 174

6.2.3 I2C总线的数据传输方式 177

6.2.4 MCS51系列单片机的I2C总线模拟 177

6.3 RS-232标准和RS-422/485标准 182

6.3.1 RS-232标准及应用 182

6.3.2 RS-422/485标准及应用 187

6.4 USB 192

6.4.1 USB的主要特点 192

6.4.2 USB的硬件和软件 193

6.4.3 USB版本及数据率 195

6.4.4 USB数据传输类型 195

6.4.5 USB接口及应用 199

6.5 以太网接口 203

6.5.1 以太网和TCP/IP协议简述 204

6.5.2 智能仪器的以太网接口 206

思考题 209

7 智能仪器的抗干扰技术 213

7.1 干扰源和干扰的耦合方式 213

7.1.1 干扰源 214

7.1.2 干扰耦合方式 214

7.2 差模干扰和共模干扰 217

7.2.1 差模干扰 217

7.2.2 共模干扰 217

7.3 数字量输入／输出通道的电气隔离 218

7.3.1 光电耦合器的特性及应用 218

7.3.2 电磁式继电器的特性及应用 220

7.3.3 固态继电器的原理、特性及应用 221

7.4 模拟量输入／输出通道的电气隔离 225

7.4.1 信号隔离设置在模拟量输入／输出通道的数字部分 225

7.4.2 信号隔离设置在模拟输入端 228

7.5 交流电源干扰及抑制 235

7.5.1 电源干扰类型及其基本的抗干扰方法 235

7.5.2 EMI电源滤波器 236

7.5.3 电源变压器的屏蔽和隔离 238

7.5.4 交流电源的供电抗干扰方案 238

7.6 直流供电侧电源和开关电源干扰及抑制 239

7.6.1 直流供电侧电源干扰抑制措施 239

7.6.2 开关电源干扰的抑制措施 241

7.7 数字系统的干扰和抑制 241

7.7.1 数字电路中瞬态尖峰电流的抑制 241

7.7.2 微处理器监控定时器和微处理器监控电路 243

思考题 248

8 智能仪器设计实例 250

8.1 谐振式微机械加速度计数据采集系统设计 250

8.1.1 系统主要功能及技术指标 250

8.1.2 系统测量原理数据采集方案 251

8.1.3 数据采集系统硬件设计 252

8.1.4 数据采集系统软件设计 255

8.1.5 数据采集系统的测试 257

8.2 基于AD7656的微型惯性测量组合数据采集系统 258

8.2.1 系统主要功能、技术指标及设计方案 258

8.2.2 数据采集系统的硬件设计 259

8.2.3 数据采集系统的软件设计 261

8.2.4 数据采集系统的测试及应用 263

8.3 继电保护测试仪 265

8.3.1 仪器主要功能及技术指标 265

8.3.2 仪器结构 265

8.3.3 硬件设计要点 266

8.3.4 主要参数的测量 268

8.3.5 测试与数据分析 270

8.3.6 抗干扰设计 272

8.4 光学粉尘测量仪设计 272

8.4.1 仪器的用途及设计原理 272

8.4.2 仪器的组成及工作原理 273

8.4.3 粉尘测量仪的软件设计 275

8.4.4 测试及结论 276

参考文献 278