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第1章 仪器系统设计基础 1

1.1 仪器系统的基本结构与特点 1

1.1.1 仪器系统的基本结构 1

1.1.2 当前仪器系统的特点 2

1.2 仪器系统的设计方法 3

1.2.1 仪器系统的设计要求 3

1.2.2 仪器系统的设计原则 4

1.2.3 仪器系统设计的一般步骤 7

1.3 仪器系统的硬件设计 10

1.3.1 硬件体系的结构设计 10

1.3.2 器件的选择 11

1.3.3 典型硬件电路设计 15

1.4 仪器系统的软件设计 17

1.4.1 仪器固件系统定义 17

1.4.2 软件设计方法 19

1.4.3 仪器系统软件的构成与设计 21

1.5 仪器系统的调试与测试 24

1.5.1 仪器系统调试过程 24

1.5.2 仪器系统测试过程 26

第2章 仪器输入／输出接口设计 28

2.1 传感器接口 28

2.1.1 传感器概述 28

2.1.2 传感器的分类 28

2.1.3 传感器的选用原则 29

2.2 模拟量输入通道 30

2.3 放大器 32

2.4 模拟多路开关 33

2.5 采样／保持器 34

2.6 A/D转换器 36

2.6.1 A/D转换器的种类 36

2.6.2 A/D转换器的主要技术指标 37

2.6.3 A/D转换器接口与选用原则 39

2.7 开关量输入通道 40

2.8 模拟量输出通道 41

2.8.1 D/A转换器的工作原理 41

2.8.2 D/A转换器的主要技术指标 42

2.8.3 D/A转换器与微处理器的接口 43

2.8.4 D/A转换器的应用 43

2.9 开关量输出通道 46

第3章 仪器人机交互接口设计 47

3.1 键盘接口设计 47

3.1.1 键盘概述 47

3.1.2 键盘工作原理与接口电路 49

3.1.3 键值分析程序 54

3.2 LED显示接口设计 55

3.2.1 段码式LED显示原理与接口 55

3.2.2 点阵式LED显示原理与接口 57

3.2.3 LED显示屏 59

3.3 LCD显示接口设计 62

3.3.1 LCD显示器的工作原理 62

3.3.2 字段式LCD接口 63

3.3.3 点阵式LCD接口 64

3.3.4 TFT LCD接口 66

3.4 触摸屏接口 66

3.4.1 触摸屏简介 67

3.4.2 触摸屏的分类 68

3.4.3 触摸屏的控制 70

3.5 微型打印机接口 71

3.5.1 GP-16微型打印机及其接口 72

3.5.2 TPuP-40A/16A微型打印机及其接口 73

第4章 仪器通信接口设计 74

4.1 仪器通信接口概述 74

4.2 内总线 75

4.2.1 I2C总线 75

4.2.2 SPI总线 80

4.3 GPIB总线 81

4.3.1 GPIB术语 81

4.3.2 仪器功能与接口功能 82

4.3.3 GPIB接口系统结构 83

4.3.4 GPIB接口工作过程 84

4.4 VXI总线 85

4.5 PXI总线 87

4.6 串行通信接口 88

4.6.1 串行通信接口概述 88

4.6.2 RS-232C串行总线标准 90

4.6.3 RS-422串行接口标准 93

4.6.4 RS-485串行接口标准 94

4.6.5 通用串行总线（USB） 95

4.7 现场总线 100

4.7.1 现场总线概述 100

4.7.2 CAN总线 102

4.7.3 其他常用的现场总线 104

4.8 蓝牙技术 106

4.9 工业以太网 112

4.10 电力线载波通信 115

第5章 仪器存储器接口设计 116

5.1 存储器概述 116

5.2 RAM存储器 118

5.3 ROM存储器 120

5.4 EEPROM存储器 120

5.4.1 EEPROM存储器概述 120

5.4.2 EEPROM存储器的读写 121

5.4.3 EEPROM存储器操作注意事项 124

5.5 FRAM存储器 125

5.6 FLASH存储器 126

5.7 实时时钟芯片 129

第6章 仪器自动校准和自检技术 131

6.1 仪器自动校准 131

6.2 仪器自检 132

6.3 仪器故障检测与诊断 135

6.3.1 故障检测和诊断基础 136

6.3.2 故障检测和诊断原理 138

第7章 仪器软测量与数据融合技术 142

7.1 软测量技术 142

7.1.1 软测量技术的发展背景 142

7.1.2 软测量技术的基本原理 143

7.1.3 建立软测量模型的几种方法 144

7.1.4 影响软测量模型性能的因素 147

7.1.5 软测量技术的实施步骤 148

7.2 多传感器数据融合技术 150

第8章 虚拟仪器设计 154

8.1 虚拟仪器技术 154

8.1.1 虚拟仪器的概念 154

8.1.2 虚拟仪器的组成 156

8.1.3 虚拟仪器的研究范畴 161

8.2 虚拟仪器硬件设计 161

8.3 虚拟仪器固件设计 162

8.4 虚拟仪器驱动程序设计 164

8.5 虚拟仪器应用软件设计 168

8.5.1 GUI软件的设计原则 168

8.5.2 可视化编程工具 171

8.5.3 图形化编程软件平台 174

8.5.4 组态软件 176

8.5.5 虚拟仪器软面板 180

8.6 虚拟仪器设计示例 180

8.6.1 ZDVI2012虚拟仪器设计要求 180

8.6.2 仪器硬件设计 181

8.6.3 仪器固件设计 187

8.6.4 仪器驱动程序设计 189

8.6.5 仪器软面板设计 190

第9章 仪器系统集成与应用 194

9.1 仪器系统集成原理 194

9.1.1 仪器系统集成的特点与任务 194

9.1.2 仪器系统集成步骤 194

9.1.3 集成化仪器系统软件结构描述语言 205

9.2 网络化仪器技术 210

9.2.1 网络化仪器概述 210

9.2.2 基于Web的仪器系统 212

9.2.3 嵌入式Internet的网络化智能传感器 213

9.3 网络化仪器系统集成实例 215

9.3.1 基于局域网的仪器系统集成实例 215

9.3.2 基于广域网的仪器系统集成实例 222

参考文献 228