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第1章 智能仪器概述 1

1.1 智能仪器的作用 1

1.2 智能仪器的发展过程 3

1.3 智能仪器的组成、特点及分类 6

1.3.1 智能仪器的组成 6

1.3.2 智能仪器的特点 7

1.3.3 智能仪器的分类 9

1.3.4 智能仪器的应用 10

习题 12

第2章 智能仪器的数据采集电路 13

2.1 数据采集系统的基本概念 14

2.1.1 数据采集系统的组成 14

2.1.2 数据采集系统的工作步骤 14

2.1.3 数据采集系统的结构 15

2.2 模拟信号调理电路 17

2.2.1 传感器 17

2.2.2 放大器 19

2.3 模拟开关 31

2.3.1 模拟开关的功能 31

2.3.2 模拟开关的性能指标 32

2.3.3 集成模拟多路转换开关 32

2.4 采样／保持器 34

2.4.1 采样／保持器的功能 34

2.4.2 采样／保持器的工作原理 34

2.4.3 采样／保持器的主要参数 35

2.4.4 采样／保持器的选择 36

2.5 A/D转换器 37

2.5.1 A/D转换器的分类 37

2.5.2 A/D转换器的性能指标 38

2.5.3 A/D转换器的选用 39

2.6 数据采集系统设计 41

2.6.1 数据采集系统的误差分析 41

2.6.2 数据采集系统的误差分配实例 44

习题 47

第3章 智能仪器输出通道 48

3.1 输出通道的信号种类 49

3.1.1 模拟量输出信号 49

3.1.2 开关量输出信号 49

3.1.3 数字量输出信号 50

3.2 模拟量输出及D/A转换 50

3.2.1 模拟量输出通道的组成及结构形式 50

3.2.2 D/A转换器及接口 51

3.2.3 D/A转换器的应用 58

3.3 开关量输出 60

3.3.1 开关量输出隔离 61

3.3.2 开关量输出驱动 64

习题 68

第4章 智能仪器的人机接口 69

4.1 键盘接口设计 69

4.1.1 键盘处理步骤 70

4.1.2 键盘常见问题处理 70

4.1.3 键盘的组织形式及工作方式 71

4.1.4 非编码式键盘接口 72

4.1.5 编码式键盘接口 75

4.2 显示器接口设计 79

4.2.1 LED显示器接口 79

4.2.2 点阵式LED显示 83

4.2.3 LCD液晶显示 85

4.2.4 触摸屏 86

4.3 打印机与绘图仪接口 90

4.3.1 打印机接口 90

4.3.2 绘图仪接口 93

习题 95

第5章 智能仪器通信接口 96

5.1 内总线 97

5.1.1 I2C总线 97

5.1.2 I2C总线应用实例 101

5.1.3 SPI总线及应用 103

5.2 GPIB并行总线 108

5.2.1 相关术语 109

5.2.2 仪器功能及接口功能 110

5.2.3 GPIB接口系统结构 111

5.2.4 GPIB接口工作过程 112

5.2.5 GPIB接口设计举例 113

5.3 串口通信接口 115

5.3.1 RS-232标准串行接口 115

5.3.2 RS-485标准串行接口 117

5.3.3 USB 118

5.3.4 串口通信的设计实例 123

5.4 无线传输方式 125

5.4.1 蓝牙技术 125

5.4.2 GPRS 128

习题 130

第6章 智能仪器的可靠性技术 131

6.1 可靠性的概念及影响因素 132

6.2 智能仪器的自校准 133

6.2.1 内部自校准 133

6.2.2 外部自校准 136

6.3 智能仪器的自检 137

6.3.1 自检方式 137

6.3.2 自检内容 137

6.3.3 自检软件 142

6.4 干扰和干扰源分析 142

6.4.1 干扰的来源 143

6.4.2 干扰的类型 145

6.4.3 干扰的耦合方式 146

6.4.4 抗干扰的基本措施 148

6.5 硬件抗干扰措施 149

6.5.1 屏蔽和隔离技术 149

6.5.2 接地技术 154

6.5.3 滤波技术 160

6.5.4 其他常用抗干扰技术 160

6.6 软件抗干扰措施 162

6.6.1 软件冗余技术 164

6.6.2 软件陷阱 165

6.6.3 看门狗技术 166

习题 167

第7章 智能仪器数据处理 168

7.1 智能仪器的非数值处理算法 168

7.1.1 查找 169

7.1.2 排序 169

7.2 随机误差处理与数字滤波 171

7.2.1 限幅滤波 171

7.2.2 中位值滤波 172

7.2.3 算术平均滤波 172

7.2.4 递推平均滤波 172

7.2.5 加权递推平均滤波 173

7.2.6 一阶惯性滤波 173

7.2.7 复合滤波 174

7.3 系统误差的数据处理 174

7.3.1 系统误差模型 175

7.3.2 利用离散数据修正系统误差 176

7.3.3 系统误差的标准数据校正法 180

7.3.4 传感器的非线性校正 181

7.4 测量数据的标度变换 183

7.4.1 线性标度变换 184

7.4.2 公式转换法 184

7.4.3 多项式变换公式 184

7.5 自动量程切换 185

7.5.1 量程自动切换的设计原则 185

7.5.2 量程自动转换原理 186

习题 187

第8章 智能仪器设计与调试 189

8.1 智能仪器设计方法 190

8.1.1 智能仪器设计的原则 190

8.1.2 智能仪器设计的一般步骤 193

8.2 智能仪器硬件设计 195

8.2.1 硬件体系结构的设计 195

8.2.2 器件的选择 197

8.3 智能仪器软件设计 200

8.3.1 软件设计方法 200

8.3.2 智能仪器的软件构成与设计 203

8.4 智能仪器的调试 205

8.4.1 智能仪器调试的方法 205

8.4.2 智能仪器硬件调试 208

8.4.3 智能仪器软件调试 209

8.4.4 动态在线调试 210

习题 212

第9章 智能仪器设计实例 213

9.1 简易单回路温度控制仪设计 213

9.1.1 温度控制系统的总体设计 213

9.1.2 系统下位机软件设计 219

9.1.3 系统上位机软件设计 221

9.2 智能工频电参数测量仪设计 223

9.2.1 硬件设计 224

9.2.2 软件设计 226

9.3 脉搏血氧仪设计 232

9.3.1 脉搏血氧仪的设计原理 233

9.3.2 硬件系统设计 233

9.3.3 软件系统设计 237

9.3.4 系统的抗干扰 241

习题 241

参考文献 242