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 智能化测量控制仪器仪表 3
1.2 微机测控应用系统设计的主要内容 6
1.3 单片机技术的发展 8
1.3.1 Intel 系列单片机及其发展过程简介 8
1.3.2 专用集成单片机的发展 10
1.4 微机测控系统的发展 11
1.4.1 集中型测控系统 11
1.4.2 分布式测控系统 12
1.4.3 DCS 集散控制系统的发展趋势和现场控制网络 LONWORKS 12
2.1 微机测控系统中主要检测参数 14
第2章 微机测控系统主要检测参数及传感器 14
2.2 传感器技术 15
2.2.1 温度传感器 15
2.2.2 压力传感器 20
2.2.3 转速及线速度传感器 22
2.2.4 振动传感器 27
2.2.5 烟度(气敏)传感器 28
2.2.6 光电(明火)传感器 28
2.2.7 电流、电压传感器 29
2.2.8 流量传感器 30
2.2.9 CCD 图像传感器 31
第3章 MCS-96系列单片机简介及应用实例 33
3.1 MCS-96系列单片机硬件结构 34
3.1.1 内部定时 34
3.1.2 存储空间 34
3.1.3 芯片配置寄存器 CCR 36
3.1.4 状态和控制寄存器 37
3.1.5 中断结构 38
3.1.6 定时器 39
3.1.7 高速输入单元 42
3.1.8 高速输出单元 43
3.1.9 模拟接口 44
3.1.10 串行口 45
3.1.11 监视定时器 50
3.1.12 复位和掉电保护 50
3.2 MCS-96系列单片机指令系统 50
3.2.1 操作数类型 50
3.2.2 操作数的寻址 51
3.2.4 指令系统 52
3.2.3 程序状态字 PSW 52
3.3 80C196KB 单片机测控系统应用实例——机车随车质量状态诊断记录装置 54
3.3.1 装置研制背景 54
3.3.2 系统总体结构、检测参数及功能 54
3.3.3 系统软硬件设计 59
3.3.4 试验及结论 66
第4章 输入通道技术 67
4.1 电阻变化信号提取技术 67
4.1.1 恒流供电检测 67
4.1.2 电桥法 68
4.2 电压信号放大技术 69
4.2.1 电压信号放大基本电路及理想特征 69
4.2.2 常用运算放大器 70
4.2.3 仪表放大器(抑制共模干扰) 70
4.2.5 AD620低价格、低功耗仪器用放大器 71
4.2.4 增益可编程控制集成运算放大器 71
4.3.1 输入通道的基本形式 72
4.3.2 信号隔离技术 72
4.3 输入通道配置技术 72
4.3.3 多路切换技术 74
4.3.4 多路信号采集系统应用举例 75
4.3.5 V/F、F/V 变换技术 76
4.3.6 低功耗、8通道、串行12位 A/D 变换器 MAX186 78
4.3.7 开关量输入的 CPU 接口 85
4.3.8 MCS-96系列单片机 HIS 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 转换器 DS2450 88
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
4.5.1 RAM 插座 DS1216B 106
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
4.5.2 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 116
第5章 输出通道技术 122
5.1 输出通道基本结构 122
5.2 输出接口隔离技术 122
5.2.1 基本形式 122
5.2.2 反向驱动(输出为 OC 门) 123
5.3 继电器输出驱动技术 124
5.3.1 机械式继电器 124
5.3.2 固态继电器 125
5.3.3 可控硅 125
5.4.1 数码管各段的定义 126
5.4 输出显示技术 126
5.4.2 数码管的基本驱动方式 127
5.4.3 新型数码显示芯片 MAX7219 127
5.4.4 LCD 液晶显示技术 129
5.5 模拟仪表驱动技术 139
5.5.1 D/A 变换器 AD558 139
5.5.2 MAX528/529串行 D/A 转换器 140
5.6 语音技术 143
5.6.1 概述 143
5.6.2 串行大容量 ISD 语音芯片的功能原理 144
5.6.3 ISD4003系列语音芯片分段录放功能的开发 145
5.6.4 基于 PC 机的 ISD 语音开发装置简介 146
5.6.5 ISD 语音芯片的应用 147
5.7.1 步进电机的工作原理 149
5.7 步进电机控制技术 149
5.7.2 步进电机的方向控制 150
5.7.3 步进电机和计算机的接口电路 151
5.7.4 步进电机控制的软件设计 151
5.8 直流伺服电动机 153
5.8.1 直流伺服电动机接口 153
5.8.2 与执行机构配用的接口集成电路 153
5.9 TPμp-40T 串行微型打印机 153
5.9.1 概述 153
5.9.2 性能指标 154
5.9.3 硬件连接 154
5.9.4 打印举例 155
5.10 水阻极板控制输出电路实例 155
6.1.2 存储器空间和 I/O 地址分配 158
6.1.1 扩展槽 158
第6章 PC 机接口技术 158
6.1 IBM PC/AT 概述 158
6.2 PC/AT 系统总线的扩充 161
6.2.1 PC/AT I/O 和 MEM 扩展插槽引脚原理图 161
6.2.2 PC/AT 总线引脚的功能定义 161
6.2.3 I/O 和 MEM 扩展的地址译码逻辑 164
6.3 GAL 译码技术 166
6.3.1 GAL 译码的特点 166
6.3.2 常用 GAL 器件 166
6.3.3 GAL 的开发语言 ABEL 语言 166
6.3.4 写入设备 167
6.4 PC/AT 总线驱动 167
6.4.1 地址总线和控制总线驱动器 167
6.5.1 VB 和 VC 的关系 168
6.5 PC 机软件设计 168
6.4.2 数据总线驱动器 168
6.5.2 动态链接库 DLL 169
6.5.4 用 VC 编写 WIN32下的 DLL 169
6.5.6 VB 对 DLL 的调用 171
6.6 PC 机串行接口技术 173
6.6.1 PC 机串行接口的引脚定义 173
6.6.2 信号线的定义 173
6.6.3 逻辑电平变换 173
6.6.4 8250串行接口芯片 174
6.6.5 利用 VB 的 MSCOMM 控件来控制 PC 机的串行通讯 177
6.7 PC 机并行打印口 181
6.7.1 打印机接口“标准” 181
6.7.2 IBM PC 打印机接口 182
6.7.3 IBM PC 打印机接口编程和系统子程序调用 183
6.7.4 IBM PC 并行接口 I/O 口的扩展 185
6.8 并行通讯接口(GP-IB) 189
6.8.1 IEEE-488标准(GP-IB 标准) 189
6.8.2 基本接口功能要素 189
6.8.3 消息及其编码 190
6.8.4 接口功能 191
6.8.5 总线结构 194
6.8.6 三线挂钩原理 196
6.8.7 GP-IB 接口实现和 GP-IB 集成电路 197
第7章 相互通道技术 200
7.1 并行通讯设计 200
7.1.1 用并行接口芯片8255实现并行通讯 201
7.1.2 利用 IDT7132/134双口 RAM 实现并行通讯 202
7.1.3 利用 DS1609双口 RAM 进行并行通讯 203
7.2 串行通讯技术 204
7.2.1 串行异步通讯方式下的三种同步机制 205
7.2.2 PC 机和单片机之间的双机串行通讯技术 205
7.2.3 80C196 KB 单片机和单片机之间的多机通讯 209
7.2.4 以 PC 机为主机的多机通讯 210
7.2.5 RS-485和 RS-422通讯技术 212
7.3 数据校验算法 216
7.3.1 数据奇偶校验 216
7.3.2 累加和校验与垂直异或校验 216
7.3.3 CRC 校验算法 216
7.4 计算机控制网络 218
7.4.1 局部网络 218
7.4.2 网络的组成 218
8.1.1 内部总线和外部总线 223
第8章 总线接口技术 223
8.1 总线的接口概述 223
8.1.2 总线功能 224
8.1.3 总线握手 224
8.1.4 总线约定或协议 225
8.1.5 同步总线传输与非同步总线传输 225
8.2 串行总线接口技术 229
8.2.1 SPI 总线技术 229
8.2.2 I2C 总线技术 235
8.2.3 I-Wire(单线)总线技术 243
8.3 并行总线接口技术(大容量存储器扩展技术) 250
8.3.1 FLASHRAM 28SF040的性能特点及技术参数 250
8.3.2 多片 FLASHRAM 与80C196单片机接口实例 251
8.4.1 现场总线概述 253
8.4 现场总线接口技术 253
8.3.3 FLASHRAM 的软件操作 253
8.4.2 CAN 总线技术 258
8.4.3 LonWorks 技术和 LON 总线 262
8.5 软件例程 270
8.5.1 45D041操作源程序 270
8.5.2 I2C 操作源程序 275
第9章 数据记录与转储技术 281
9.1 数据记录压缩算法 281
9.1.1 数据记录存储介质 281
9.1.2 车载数据记录压缩算法 281
9.2 数据转储技术 287
9.2.1 串行口转储技术 287
9.2.2 转储盒数据转储技术 295
9.2.3 IC 卡转储技术 301
9.2.4 无线智能卡技术 302
第10章 微机系统设计和抗干扰技术 309
10.1 单片机系统设计 309
10.1.1 8位外部数据总线单片机系统基本构成 309
10.1.2 16位数据总线的扩展 310
10.2 微机系统抗干扰设计 311
10.2.1 主要干扰源 311
10.2.2 电源干扰和接地干扰 312
10.2.3 便携仪器的电源设计 313
10.2.4 I/O 通道干扰 313
10.2.5 空间静电干扰 314
10.2.6 印刷电路板抗干扰设计 314
10.2.7 软件抗干扰设计 316
10.3.1 型式试验 317
10.3 型式试验与电磁兼容 317
10.3.2 电磁兼容 322
10.4 机电测控系统产品开发的基本思路 325
10.4.1 基本开发思路 325
10.4.2 市场调查与预测 325
10.4.3 构思比较 326
10.4.4 方案的评价 327
10.4.5 详细设计 327
10.4.6 系统设计中的质量控制 328
10.4.7 制造工程质量管理 329
附录1 微机测控系统原理图实例 331
附录2 测控系统源程序实例 332
参考文献 388