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第1章 绪论 1

1.1 智能仪器的基本组成及特点 1

1.1.1 智能仪器的组成 1

1.1.2 智能仪器的特点 1

1.2 智能仪器的设计要点 2

1.2.1 智能仪器的设计原则 2

1.2.2 智能仪器的研制步骤 3

1.2.3 智能仪器的调试 5

1.3 智能仪器主机电路的选择 5

1.3.1 基于80C51内核的单片机 6

1.3.2 基于ARM内核的单片机 7

1.3.3 基于DSP内核的单片机 9

1.4 智能仪器的发展趋势 9

习题 10

第2章 STC89系列单片机 12

2.1 硬件基础知识 12

2.1.1 主要特性及内部结构 12

2.1.2 引脚及其功能 13

2.1.3 CPU结构 14

2.1.4 存储器结构 16

2.1.5 I/O端口 18

2.1.6 时钟电路与复位电路设计 21

2.2 指令系统与汇编语言程序设计 22

2.2.1 指令格式 23

2.2.2 寻址方式 23

2.2.3 指令系统 24

2.2.4 汇编语言程序设计 32

2.3 Keil C51程序设计 34

2.3.1 C51的数据结构 34

2.3.2 运算符和表达式 41

2.3.3 C51流程控制语句 43

2.3.4 函数 46

2.3.5 C51语言与汇编语言混合编程 48

2.4 中断系统 49

2.4.1 中断系统的结构 50

2.4.2 中断系统控制寄存器 51

2.4.3 中断响应原则及过程 53

2.5 定时器／计数器 57

2.5.1 定时器／计数器的内部结构及工作原理 57

2.5.2 定时器／计数器的方式和控制寄存器 58

2.5.3 T0和T1的工作方式及应用 60

2.5.4 T2的工作方式及应用 66

2.6 串行接口 71

2.6.1 串行口的内部结构及功能 71

2.6.2 串行口工作方式及应用 73

习题 79

第3章 智能仪器人机接口设计 81

3.1 LED显示及接口设计 81

3.1.1 七段LED显示器工作原理及接口设计 81

3.1.2 点阵式LED显示器工作原理及接口设计 85

3.2 键盘与接口设计 88

3.2.1 键盘的工作原理 88

3.2.2 非编码式键盘接口电路及控制程序设计 91

3.3 键盘／显示器接口设计 97

3.3.1 通用可编程接口芯片实现键盘显示器接口设计 97

3.3.2 键盘显示器可编程专用接口芯片 99

3.4 LCD显示及接口设计 100

3.4.1 液晶显示器工作原理 100

3.4.2 点阵式字符型液晶显示模块接口设计 101

3.4.3 点阵式图形型LCD显示模块及接口设计 108

3.5 微型打印机及接口设计 113

3.5.1 RG-E487A打印命令 114

3.5.2 RG-E487A并行接口电路设计 115

3.5.3 RG-E487A串行接口电路设计 116

习题 118

第4章 智能仪器数据采集系统及模拟量输出通道设计 119

4.1 数据采集系统的组成 119

4.2 传感器的选用原则 121

4.3 模拟信号放大电路 122

4.3.1 仪用放大器 122

4.3.2 程控增益放大器 124

4.3.3 隔离放大器 125

4.4 模拟多路开关及接口 127

4.5 模拟信号的采样与保持 129

4.5.1 采样保持电路的功能及原理 129

4.5.2 采样／保持器的性能指标及选用原则 130

4.5.3 集成采样／保持器举例 132

4.6 A/D转换器及接口设计 133

4.6.1 A/D转换器概述 133

4.6.2 逐次比较式A/D转换器及接口设计 134

4.6.3 积分式A/D转换器及接口设计 143

4.6.4 V/F转换器及接口设计 149

4.7 A/D数据采集系统设计实例 152

4.7.1 数据采集系统的参数设计和选择 152

4.7.2 集成数据采集系统的原理和应用 155

4.8 模拟量输出通道接口设计 159

4.8.1 D/A转换器的性能指标 159

4.8.2 D/A转换器及接口设计 161

习题 169

第5章 智能仪器通信接口技术 171

5.1 串行通信接口 171

5.1.1 串行通信 171

5.1.2 RS-232C串行通信接口 173

5.1.3 RS-422串行通信接口 177

5.1.4 RS-485串行通信接口 178

5.2 GP-IB并行接口总线 182

5.2.1 GP-IB接口系统的基本特性 183

5.2.2 GP-IB总线结构 184

5.2.3 接口消息及编码 185

5.2.4 接口功能 187

5.2.5 GP-IB接口芯片 188

5.3 现场总线 189

5.3.1 现场总线技术 189

5.3.2 CAN总线 191

5.4 无线通信技术 193

5.4.1 短距离无线数据通信技术 193

5.4.2 nRF24L01无线通信模块及设计实例 195

5.4.3 ZigBee无线通信技术及设计实例 204

习题 208

第6章 智能仪器的软件设计 209

6.1 智能仪器的软件开发环境和编程语言 209

6.1.1 软件开发环境 209

6.1.2 编程语言的选择 210

6.1.3 智能仪器的软件设计过程 210

6.2 基于裸机的软件设计方法 214

6.2.1 软件任务分析与规划 214

6.2.2 软件设计方法 215

6.2.3 系统监控程序设计 218

6.3 基于嵌入式操作系统的软件设计 220

6.3.1 嵌入式操作系统 220

6.3.2 基于μC/OS-II的嵌入式软件设计方法 221

6.3.3 嵌入式软件开发过程 223

习题 225

第7章 智能仪器的智能化处理技术 226

7.1 测量误差分类及处理方法 226

7.1.1 测量误差分类 226

7.1.2 消除系统误差的方法 228

7.1.3 克服随机误差的方法 233

7.1.4 消除粗大误差的方法 234

7.2 数字滤波 236

7.2.1 克服大脉冲干扰的数字滤波法 236

7.2.2 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 239

7.2.3 复合滤波法 241

7.2.4 数字低通滤波法 242

7.3 智能仪器的标度变换技术 244

7.3.1 标度变换的硬件实现方法 245

7.3.2 标度变换的软件实现方法 246

7.4 智能仪器的量程自动转换技术 248

7.4.1 量程自动转换原理 248

7.4.2 量程上、下限的确定 250

7.4.3 量程自动转换性能的提高 251

7.5 智能仪器的故障自诊断 252

7.5.1 自诊断方式 252

7.5.2 自诊断内容及方法 253

7.5.3 自检软件 259

习题 260

第8章 智能仪器的抗干扰技术 261

8.1 干扰的产生及分类 261

8.1.1 干扰的来源 261

8.1.2 干扰的耦合方式 262

8.2 串模及共模干扰的抑制 264

8.2.1 串模干扰及抑制 264

8.2.2 共模干扰及抑制 266

8.3 抑制干扰的硬件措施 268

8.3.1 空间辐射的干扰抑制 268

8.3.2 信号传输通道的干扰抑制 271

8.3.3 电源干扰抑制 276

8.4 软件抑制干扰技术 277

8.4.1 软件陷阱技术 278

8.4.2 程序运行监视系统 279

习题 282

第9章 智能仪器设计实例 283

9.1 智能温度巡检仪的设计 283

9.1.1 智能温度巡检仪的功能要求 283

9.1.2 智能型温度巡检仪的硬件电路设计 283

9.1.3 智能型温度巡检仪的软件设计 286

9.2 气压式高度表的设计 292

9.2.1 气压高度的测量原理 292

9.2.2 气压高度表的硬件系统设计 294

9.2.3 气压高度表的软件设计 295

9.3 点阵式LED信息显示平台设计 298

9.3.1 点阵式LED信息显示平台的功能分析与方案设计 298

9.3.2 信息平台的硬件设计 299

9.3.3 信息平台的软件设计 307

9.4 基于虚拟仪器的MEMS陀螺仪静态性能测试系统设计 311

9.4.1 虚拟仪器简介 312

9.4.2 主要参数计算方法 313

9.4.3 测试系统整体方案设计 314

9.4.4 测试系统软件设计 316

习题 319

参考文献 320