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第1章 概论 1

1．1 引论 1

1．1．1 智能机电一体化 1

1．1．2 测控仪器仪表 3

1．2 微机测控应用系统设计的主要内容 6

1．2．1 微机测控系统的结构 6

1．2．2 微机测控系统的设计 7

1．3 微机测控系统的发展 8

1．3．1 集中型测控系统 8

1．3．2 分布式测控系统 9

1．3．3 集散控制系统 9

1．3．4 现场总线测控系统 10

习题与思考题 11

第2章 微机测控系统主要检测参数及传感器 12

2．1 微机测控系统中主要检测参数 12

2．2 传感器技术 13

2．2．1 温度传感器 13

2．2．2 压力传感器 18

2．2．3 转速及线速度传感器 19

2．2．4 振动传感器 23

2．2．5 烟度（气敏）传感器 24

2．2．6 光电（明火）传感器 24

2．2．7 电流、电压传感器 24

2．2．8 流量传感器 26

2．2．9 CCD图像传感器 27

2．2．10 倾角传感器 27

2．2．11 位移传感器 28

2．2．12 激光测距传感器 30

习题与思考题 31

第3章 微机检测与控制系统微处理器 32

3．1 Intel 51系列及96系列单片机 32

3．1．1 MCS-51系列单片机 32

3．1．2 MCS-96系列单片机 37

3．2 数字信号处理器DSP 48

3．2．1 DSP特殊功能与特点 48

3．2．2 DSP内部结构 52

3．3 嵌入式微处理器ARM 53

3．3．1 RICS体系结构 54

3．3．2 ARM处理器系列 55

3．3．3 ARM7体系结构 55

3．4 现场可编程门阵列 63

3．4．1 FPGA结构 63

3．4．2 FPGA设计方法简介 66

习题与思考题 68

第4章 输入通道技术 69

4．1 电阻变化信号提取技术 69

4．1．1 恒流供电检测技术 69

4．1．2 电桥法检测技术 70

4．2 电压信号放大技术 70

4．2．1 基本电路及理想特征 70

4．2．2 常用运算放大器 71

4．2．3 仪表放大器 71

4．2．4 增益可编程控制集成运算放大器 72

4．2．5 AD620低价格、低功耗仪器用放大器 72

4．3 输入通道配置技术 73

4．3．1 输入通道的基本形式 73

4．3．2 信号隔离技术 73

4．3．3 多路切换技术 75

4．3．4 多路信号采集系统应用举例 76

4．3．5 V/F、F/V变换技术 76

4．3．6 A/D变换技术 78

4．3．7 开关量输入的CPU接口 86

4．3．8 MCS-96系列单片机HSI中断子程序和A/D变换子程序 88

4．3．9 单总线4通道A/D变换器DS2450 89

4．3．10 键盘输入技术和触摸屏技术 99

4．4 单片机采集系统举例 103

4．4．1 单片机对频率量的采集 103

4．4．2 单片机对于多路模拟量的循环采集 106

4．5 实时时钟技术 106

4．5．1 RAM插座DS1216B 106

4．5．2 实时时钟集成电路DS1287和DS12887 110

4．5．3 微电流充电式实时时钟芯片DS1302 114

习题与思考题 119

第5章 输出通道技术 120

5．1 输出通道基本结构 120

5．2 输出接口隔离技术 120

5．2．1 正向驱动 120

5．2．2 反向驱动（输出为OC门） 121

5．3 继电器输出驱动技术 122

5．3．1 电流和电压继电器 122

5．3．2 时间继电器 122

5．3．3 热（温度）继电器 123

5．3．4 固态继电器 123

5．3．5 晶闸管 126

5．3．6 继电器选用及驱动电路设计 126

5．4 输出显示技术 128

5．4．1 LED数码管定义及扫描方式 128

5．4．2 LED显示器驱动实例 129

5．4．3 FYD12864液晶显示模块 134

5．5 模拟仪表驱动技术 137

5．5．1 D/A变换器AD558 137

5．5．2 MAX528/529串行D/A变换器 138

5．6 语音技术 141

5．6．1 概述 141

5．6．2 串行大容量ISD语音芯片的功能原理 142

5．6．3 ISD40003系列语音芯片分段录放功能的开发 143

5．6．4 基于PC的ISD语音开发装置简介 144

5．6．5 ISD语音芯片的应用 145

5．7 步进电动机控制技术 146

5．7．1 步进电动机的工作原理 147

5．7．2 步进电动机的方向控制 147

5．7．3 步进电动机控制的软件设计 148

5．7．4 步进电动机的特点 149

5．7．5 步进电动机的驱动 150

5．8 直流伺服电动机 155

5．8．1 直流伺服电动机运行特性 155

5．8．2 直流伺服电动机接口 156

5．8．3 与执行机构配用的接口集成电路 156

5．9 微型打印机 156

5．9．1 TPup-40T串行微型打印机 156

5．9．2 RD-T系列微型打印机 158

5．10 水阻极板控制输出电路实例 162

习题与思考题 164

第6章 总线接口技术 165

6．1 总线的接口概述 165

6．1．1 总线的分类 165

6．1．2 总线功能 166

6．1．3 总线握手 166

6．1．4 总线约定或协议 167

6．1．5 同步总线传输与非同步总线传输 167

6．2 串行总线接口技术 171

6．2．1 SPI总线技术 171

6．2．2 I2C总线技术 177

6．2．3 1-Wire（单总线）总线技术 184

6．3 ISA总线 190

6．3．1 ISA总线插槽 190

6．3．2 ISA总线引脚定义 192

6．3．3 ISA总线的特点 195

6．4 PCI总线 196

6．4．1 PCI总线概述 196

6．4．2 PCI总线命令及总线协议 199

6．4．3 PCI总线的数据传输过程 201

6．4．4 基于PCI总线的数据采集系统的应用 203

6．5 GPIB总线 205

6．5．1 GPIB总线概述 205

6．5．2 GPIB接口芯片 210

6．5．3 应用电路设计 215

6．6 VXI总线 220

6．6．1 VXI总线规范 221

6．6．2 VXI总线接口电路 223

6．7 PXI总线 225

6．7．1 PXI总线接口 227

6．7．2 PXI Express总线 228

6．8 软件例程 230

6．8．1 45D041操作源程序 230

6．8．2 I2C操作源程序 235

习题与思考题 240

第7章 通信技术 241

7．1 并行通信设计 241

7．1．1 用并行接口芯片8255实现并行通信 241

7．1．2 利用IDT7132/134双口RAM实现并行通信 242

7．1．3 利用DS1609双口RAM进行并行通信 243

7．2 串行通信技术 244

7．2．1 串行异步通信方式下的三种同步机制 245

7．2．2 PC与单片机之间的双机串行通信技术 245

7．2．3 80C196KB单片机与单片机之间的多机通信 249

7．2．4 PC为主机的多机通信 250

7．2．5 RS-485、RS-422通信技术 251

7．3 现场总线技术 255

7．3．1 现场总线概述 255

7．3．2 CAN总线 261

7．3．3 LonWorks技术与LON总线 267

7．4 无线通信技术 275

7．4．1 IEEE802．11b协议 275

7．4．2 蓝牙技术 278

7．4．3 ZigBee技术 283

习题与思考题 289

第8章 数据记录与转储技术 290

8．1 数据记录压缩算法 290

8．1．1 数据记录存储介质 290

8．1．2 车载数据记录压缩算法 294

8．2 数据转储技术 299

8．2．1 串行口转储技术 299

8．2．2 USB转储技术 307

8．2．3 IC卡转储技术 310

8．2．4 无线智能卡技术 311

习题与思考题 317

第9章 微机系统抗干扰技术 318

9．1 微机系统抗干扰设计 318

9．1．1 主要干扰源 318

9．1．2 电源干扰和接地干扰 318

9．1．3 I/O通道干扰 321

9．1．4 空间静电干扰 321

9．1．5 印制电路板抗干扰设计 322

9．1．6 软件抗干扰设计 323

9．2 型式试验与电磁兼容 324

9．2．1 型式试验 324

9．2．2 电磁兼容 329

习题与思考题 336

第10章 微机检测与控制系统应用实例 337

10．1 电力机务段车顶钥匙管理系统设计 337

10．1．1 应用背景 337

10．1．2 系统总体方案设计 337

10．1．3 室外智能节点设计 338

10．1．4 室内钥匙管理柜设计 342

10．1．5 中央控制计算机软件设计 344

10．2 铁路线路限界检测系统设计 345

10．2．1 应用背景 345

10．2．2 系统总体方案设计 345

10．2．3 基于FPGA的限界检测系统PCI同步采集卡设计 347

10．2．4 现场实验 355

10．3 京沪高铁施工侵限报警装置设计 356

10．3．1 应用背景 356

10．3．2 系统总体方案 356

10．3．3 异物侵限检测系统详细设计 357

参考文献 364