智能仪器设计基础PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 电子仪器的发展 1

1.2 智能仪器的特点和组成 1

1.2.1 智能仪器的定义 1

1.2.2 智能仪器的特点 2

1.2.3 智能仪器的组成 3

1.3 智能仪器的研制过程 4

习题 7

第2章 微处理器的选择 8

2.1 单片机的选择 8

2.2 8位单片机 10

2.2.1 51系列单片机 10

2.2.2 Microchip公司的8位单片机 14

2.2.3 AVR系列单片机 17

2.2.4 飞思卡尔系列单片机 19

2.2.5 其他类型8位单片机 22

2.3 16位单片机 22

2.3.1 MSP430系列单片机 23

2.3.2 其他类型16位单片机 24

2.4 32位单片机 25

2.4.1 ARM系列单片机 26

2.4.2 其他系列32位单片机 30

2.5 DSP数字处理器 33

2.5.1 DSP处理器的主要结构特点 33

2.5.2 DSP处理器的选择 34

2.6 常用微处理器程序下载方法 35

2.7 常用微处理器开发软件 36

习题 38

第3章 总线扩展技术 39

3.1 并行扩展 39

3.1.1 并行总线扩展方式 39

3.1.2 并行I/O扩展方式 42

3.2 串行总线扩展 48

3.2.1 SPI总线介绍及应用 48

3.2.2 I2C总线介绍及应用 57

3.2.3 单总线介绍及应用 68

习题 77

第4章 智能仪器输入／输出通道 78

4.1 模拟量信号输入通道 78

4.1.1 模拟量输入通道的一般组成 78

4.1.2 前置放大器 80

4.1.3 采样／保持器 82

4.1.4 多路开关 85

4.1.5 A/D转换芯片 87

4.1.6 V/F变换芯片AD650 93

4.2 模拟量信号输出通道 96

4.2.1 模拟量输出通道的组成及结构形式 96

4.2.2 D/A转换芯片及其与微处理器的接口 97

4.2.3 PWM型D/A转换器 102

4.3 开关量信号输入通道 102

4.3.1 开关量输入通道的结构 102

4.3.2 开关量输入接口 103

4.4 开关量信号输出通道 106

4.4.1 开关量输出接口的隔离 106

4.4.2 小功率驱动接口电路 107

4.4.3 中功率驱动接口电路 108

习题 108

第5章 智能仪器人机接口技术 109

5.1 键盘接口 109

5.1.1 非编码式键盘接口 110

5.1.2 编码式键盘接口 115

5.2 显示接口 120

5.2.1 LED显示器 120

5.2.2 LCD显示器 124

习题 144

第6章 智能仪器通信接口 145

6.1 通用接口总线GP-IB 145

6.1.1 GP-IB标准接口概述 145

6.1.2 GP-IB接口芯片 148

6.2 串行通信标准RS-232与RS-485 149

6.2.1 RS-232标准及接口芯片 149

6.2.2 RS-485标准及接口芯片 150

6.2.3 串行通信程序设计 151

6.3 MODBUS协议 157

6.4 通用串行总线USB 164

6.4.1 USB的物理接口和电气特性 165

6.4.2 USB系统的组成 165

6.4.3 USB通信流 166

6.4.4 USB的传输方式 168

6.4.5 USB交换的包格式 169

6.4.6 USB典型器件 171

6.5 工业以太网 178

6.6 蓝牙技术 184

6.6.1 蓝牙技术的特色与工作原理 185

6.6.2 蓝牙芯片组及其实用连接技术 188

6.6.3 蓝牙模块的使用 189

6.7 电力载波通信 191

6.7.1 原理与方法 191

6.7.2 常用芯片 192

6.7.3 基于PL3105芯片的电力线载波通信系统设计 193

习题 197

第7章 智能仪器的软件设计 198

7.1 软件设计过程 198

7.1.1 系统定义 198

7.1.2 绘制流程图 200

7.1.3 编写程序 200

7.1.4 软件测试 201

7.1.5 文件编制 202

7.1.6 软件维护 202

7.2 软件设计方法 202

7.2.1 “自顶向下”设计 202

7.2.2 模块化设计 203

7.2.3 结构化设计 203

7.3 程序的结构 204

7.3.1 程序的基本结构 205

7.3.2 模块化的程序结构 205

7.3.3 中断与前／后台的程序结构 207

7.3.4 时间片与分时调度机制 208

7.3.5 多进程并行运行机制 208

7.3.6 多工序程序结构 211

7.3.7 基于状态机思路的程序调度机制 213

7.4 键盘管理 215

7.4.1 键值获取方法 215

7.4.2 一键一义的键盘管理 216

7.4.3 一键多义的键盘管理 218

7.5 中断、时钟管理 219

7.5.1 中断管理 219

7.5.2 时钟管理 220

习题 220

第8章 智能仪器典型处理功能 221

8.1 系统误差修正 221

8.1.1 系统误差的模型修正法 221

8.1.2 系统误差的标准数据校正法 223

8.1.3 零位误差和增益误差的校正方法 223

8.2 随机误差修正 225

8.2.1 算术平均滤波 226

8.2.2 去极值平均滤波 226

8.2.3 中位值平均滤波 227

8.2.4 滑动平均滤波 228

8.2.5 加权滑动平均滤波 229

8.2.6 一阶惯性滤波 230

8.2.7 程序判断滤波 231

8.2.8 复合滤波 232

8.3 粗大误差修正 232

8.4 量程自动转换与标度变换 234

8.4.1 量程自动转换 234

8.4.2 标度变换 236

8.5 测量结果的非数值处理 237

8.5.1 查表 237

8.5.2 排序 240

8.6 超限报警 242

8.7 自检、自校正与自动测量 242

习题 243

第9章 抗干扰技术 244

9.1 噪声与干扰 244

9.1.1 噪声与干扰简介 244

9.1.2 电磁干扰的形成因素 245

9.1.3 电磁干扰的分类 245

9.1.4 差模干扰和共模干扰 246

9.1.5 电磁干扰的耦合途径 247

9.1.6 智能仪器电磁干扰控制的一般方法 249

9.2 硬件抗干扰技术 250

9.2.1 屏蔽技术 250

9.2.2 接地技术 254

9.2.3 滤波技术 257

9.2.4 隔离技术 265

9.2.5 看门狗技术 266

9.3 电源抗干扰技术 268

9.3.1 电源干扰的类型 268

9.3.2 电源干扰的耦合途径 269

9.3.3 电源抗干扰的基本方法 270

9.3.4 EMI电源滤波器 271

9.3.5 瞬变干扰吸收器件 274

9.4 软件抗干扰技术 284

9.4.1 概述 284

9.4.2 指令冗余技术 285

9.4.3 软件陷阱技术 286

9.4.4 故障自动恢复处理程序 289

9.4.5 开关量输入／输出软件抗干扰设计 293

9.4.6 编写软件的其他注意事项 293

习题 295

第10章 设计实例 296

10.1 单片机电子时钟设计 296

10.1.1 功能描述 296

10.1.2 硬件设计 296

10.1.3 软件设计 297

10.2 智能电容／电感测试仪 306

10.2.1 功能描述 306

10.2.2 硬件设计 306

10.2.3 软件设计 307

10.3 电动支架遥控器 309

10.3.1 功能描述 310

10.3.2 硬件设计 311

10.3.3 软件设计 312

10.4 电视电动支架 314

10.4.1 功能描述 314

10.4.2 硬件设计 315

10.4.3 软件设计 317

10.5 阴极保护电源 320

10.5.1 功能描述 321

10.5.2 硬件设计 322

10.5.3 软件设计 324

10.6 美元面值识别仪 326

10.6.1 功能描述 326

10.6.2 硬件设计 326

10.6.3 软件设计 329

习题 333

参考文献 334