智能仪器原理及设计

第1章绪论

1.1智能仪器的诞生

1.2智能仪器的结构及特点

1.2.1智能仪器的结构

1.2.2智能仪器的特点

1.3智能仪器的发展

1.3.1独立式智能仪器及GP-IB自动测试系统

1.3.2个人仪器系统

1.3.3 VXI总线仪器系统

1.3.4虚拟仪器

1.3.5网络化仪器

思考题与习题

第2章智能仪器的主机电路

2.1单片机概述

2.1.1单片机的总线结构

2.1.2指令系统及CPU架构

2.1.3几类应用广泛的单片机

2.2基于80C51内核的单片机

2.3基于ARM内核的单片机

2.3.1 ARM简介

2.3.2 ARM内核的单片机

2.4 DSP型单片机

2.5带有不同专用接口的单片机

2.5.1具有USB接口的单片机

2.5.2具有以太网接口的单片机

2.5.3具有CAN接口的单片机

10.3.2LabVIEw的数学分析与信号处理

10.3.3虚拟仪器设计实例

10.4网络化仪器

10.4.1网络化仪器的诞生

10.4.2网络化仪器的体系结构

10.4.3网络化仪器的两种组建模式

10.4.4网络化虚拟仪器的开发实例

思考题与习题

参考文献

2.6 80C51单片机构成的主机电路

2.6.1主机电路概述

2.6.2 80C51系列单片机构成的主机电路

思考题与习题

第3章智能仪器的信号输入输出通道

3.1测量放大器

3.1.1测量放大器原理

3.1.2测量放大器的使用

3.1.3集成测量放大器

3.2程控增益放大器

3.2.1基本程控增益放大器

3.2.2应用测量放大器实现的程控增益放大器

3.2.3集成程控增益放大器

3.3模拟量输入通道

3.3.1模拟量输入通道的结构

3.3.2 A/D转换器的性能指标

3.3.3逐次比较型ADC与微机的接口

3.3.4积分式ADC与微机的接口

3.3.5∑-△型ADC及其与微机的接口

3.3.6模拟量输入通道的其他器件

3.3.7模拟量输入通道设计

3.4模拟量输出通道

3.4.1模拟量输出通道的结构

3.4.2 D/A转换器的特性

3.4.3 D/A转换器与微机的接口

3.4.4数字波形合成技术

3.5数据采集系统

3.5.1数据采集系统集成电路

3.5.2高速数据缓存技术

3.6开关量输入通道

3.6.1开关量输入通道的结构

3.6.2开关量输入信号的调理

3.7开关量输出通道

3.7.1开关量输出通道的基本组成

3.7.2开关量输出驱动电路

思考题与习题

第4章智能仪器人一机接口技术

4.1键盘接口技术

4.1.1键抖动、键连击及串键的处理

4.1.2键盘的结构及控制方式

4.1.3非编码式键盘接口

4.1.4编码式键盘接口

4.2LED显示器接口技术

4.2.1七段LED显示器及接口

4.2.2点阵式LED显示器及接口

4.3可编程键盘/显示器接口电路

4.3.1可编程键盘/显示器接口电路8279

4.3.2串行接口LED驱动器MAX7219

4.4LCD显示器接口技术

4.4.1液晶显示器的原理及驱动方式

4.4.2段式LCD显示器接口

4.4.3点阵式LCD显示器接口

4.5微型打印机接口技术

4.5.1TPP-40B的性能及接口信号

4.5.2TPP-40B字符代码及打印命令代码

4.5.3TPP-40B接口方法及管理程序

4.6触摸屏技术

4.6.1触摸屏的结构及特点

4.6.2触摸屏控制器ADs7843及其与微机的接口

思考题与习题

第5章智能仪器的标准数据通信接口

5.1GP IB通用并行接口总线

5.1.1GP-IB接口总线概述

5.1.2总线结构

5.1.3三线联络过程

5.1.4基本接口功能

5.1.5接口消息及其编码

5.2GP-IB接口设计

5.2.1可编程GP-IB接口芯片TMS-9914A

5.2.2应用TMS-9914A进行接口设计

5.3 PXI总线技术

5.3.1 PXI总线概述

5.3.2 PXI总线系统的规范

7.2.2利用校准数据表校正系统误差

7.2.3利用校正函数校正系统误差

7.2.4利用代数插值法校正系统误差

7.2.5利用最小二乘法校正系统误差

7.3量程自动转换技术

7.3.1量程自动转换原理

7.3.2量程上、下限的确定

7.3.3量程自动转换性能的提高

7.4测量数据的标度变换

7.4.1线性标度变换

7.4.2非线性标度变换

7.5故障自检技术

7.5.1故障自检方式

7.5.2自检项目

7.5.3自检软件

思考题与习题

第8章智能仪器的设计

8.1智能仪器的设计原则

8.1.1智能仪器设计的基本要求

8.1.2智能仪器的设计原则

8.2智能仪器的研制步骤

8.2.1确定设计任务、拟定设计方案

8.2.2硬件和软件的设计

8.2.3系统调试和性能测试

8.3智能仪器的软件设计

8.3.1智能仪器的软件设计方法

8.3.2智能仪器的软件结构

8.3.3监控主程序

8.3.4键盘管理程序

8.4智能仪器的调试

8.4.1调试过程

8.4.2硬件静态调试

8.4.3软件调试

8.4.4动态在线调试

8.5智能仪器设计实例

8.5.1检测系统总体设计

8.5.2硬件电路设计

8.5.3软件设计

思考题与习题

第9章基于电压和频率测量的智能仪器

9.1智能数字电压表的结构及实例

9.1.1智能数字电压表的结构及技术指标

9.1.2智能数字电压表实例

9.2智能数字多用表原理

9.2.1智能数字多用表的结构

9.2.2交流/直流转换器

9.2.3欧姆转换器及电流转换器

9.3智能数字多用表设计

9.3.1智能数字多用表组成结构

9.3.2电压、电流、电阻量程转换电路

9.3.3软件流程

9.4智能RLC测量仪原理及实例

9.4.1自由轴法测量原理

9.4.2正弦信号源与相敏检波器

9.4.3智能RLC测量仪实例

9.5通用电子计数器测量原理及组成

9.5.1通用电子计数器测量原理

9.5.2通用电子计数器的基本组成

9.6提高频率测量精度的方法

9.6.1多周期同步测量技术

9.6.2内插扩展技术

9.7智能电子计数器的设计

9.7.1 ICM7226芯片介绍

9.7.2应用ICM7226设计智能频率计

思考题与习题

第10章虚拟仪器及网络化仪器

10.1虚拟仪器概述

10.1.1虚拟仪器的基本概念

10.1.2虚拟仪器的发展过程

10.1.3虚拟仪器的特点

10.2虚拟仪器的组成

10.2.1虚拟仪器的硬件

10.2.2虚拟仪器的软件

10.3应用LabVIEW进行虚拟仪表设计

10.3.1LabVIEW基本概念

本书系统地阐述了智能仪器的体系结构、原理及设计方法。全书共分10章。

第1章为绪论,介绍智能仪器的结构、特点及发展状况;

第2章介绍智能仪器主机电路;

第3章介绍信号输入输出通道的结构、特性及设计;

第4章介绍智能仪器人一机接口技术;

第5章介绍智能仪器的标准数据通信接口;

第6章介绍智能仪器抗干扰技术;

第7章介绍智能仪器数据处理及自动化技术;

第8章介绍智能仪器设计方法;

第9章介绍基于电压及频率测量的智能仪器;

第10章介绍虚拟仪器及网络化仪器的结构及设计实例。

智能仪器是一门集电子技术、微机应用技术、测控技术、仪器与测量技术等于一体的跨学科的专业技术课程。本书介绍了以80C51单片机为核心构成的智能仪器的工作原理与设计方法。书中详细介绍了智能仪器的各个组成部分，包括信号预处理电路、A/D转换器和D/A转换器与单片机的接口设计，以及人机接口包括键盘、LED显示器、LCD显示器、CRT显示器、微型打印机与单片机的接口设计。书中还深入讨论了常用标准接口总线、监控主程序和接口管理程序的设计，常用的测量算法及优化系统性能的高精确度、高抗干扰和低功耗的设计方法，这些方法也适用于一般的单片机应用系统设计。 本书内容丰富、新颖、实用，文字精炼、深入浅出、通俗易懂、逻辑性和系统性强，可作为高等工科院校的电子信息工程、通信工程、电气工程、机电一体化、仪器仪表、检测控制等专业的教科书或参考书，也可供从事智能仪器或单片机应用的研究人员或工程技术人员阅读。

第1章绪论1

1.1概述1

1.1.1智能仪器及其特点1

1.1.2智能仪器的组成4

1.1.3智能仪器的工作原理5

1.1.4智能仪器的新发展7

1.2智能仪器设计简介10

1.2.1设计要点10

1.2.2监控程序的结构11

1.2.3程序设计技术11

1.2.4智能仪器的研制步骤13

1.2.5智能仪器设计中应注意的问题16

习题与思考题19

第2章智能仪器的标准数据通信接口20

2.1RS-232标准串行接口总线20

2.2SPI总线标准26

2.2.1SPI总线标准介绍26

2.2.2利用模拟SPI扩展串行E2PROM28

2.3I2C标准总线37

2.3.1I2C标准总线介绍37

2.3.280C51单片机模拟I2C总线应用实例40

2.4USB总线标准46

2.4.1USB总线标准介绍46

2.4.2应用实例49

2.5CAN总线55

2.5.1CAN通信总线原理56

2.5.2常用的CAN通信总线芯片60

2.5.3CAN通信总线硬件设计61

2.6GP-IB接口总线62

2.6.1接口功能要素62

2.6.2接口的基本特性63

2.6.3总线结构63

2.6.4消息及其编码64

2.6.5三线挂钩过程65

2.6.6接口功能设置66

2.7无线数据传输和PTR2000的应用66

2.7.1调制解调器技术简介67

2.7.2PTR2000无线收发MODEM的应用68

习题与思考题71

第3章预处理电路及数据采集72

3.1概述72

3.2传感器及其应用73

3.2.1传感器基础知识73

3.2.2几种常用或新型传感器简介75

3.2.3传感器应用实例79

3.3模拟信号放大电路83

3.3.1模拟信号放大及集成运放简介83

3.3.2放大电路实例85

3.4DAC接口89

3.4.1DAC芯片与微机接口的一般方法90

3.4.2DAC芯片与80C51单片机接口举例93

3.5ADC接口97

3.5.1ADC芯片与微机接口的一般方法97

3.5.2常用的ADC芯片与80C51单片机接口举例101

3.6数据采集系统125

3.6.1数据采集系统结构125

3.6.2模拟开关126

3.6.3采样保持电路128

3.6.4单片数据采集系统130

习题与思考题133

第4章人机接口技术134

4.1键盘接口134

4.1.1键盘简介134

4.1.2非编码键盘136

4.1.3编码键盘143

4.1.4触摸屏技术145

4.2LED显示器接口147

4.2.1七段LED显示器147

4.2.2点阵式LED显示器151

4.3键盘/显示器接口实例153

4.3.1用8155H芯片实现键盘/显示器接口153

4.3.2用51单片机的串行口实现键盘/显示器接口156

4.3.3利用8279专用接口芯片实现键盘/显示器接口158

4.3.4〖CX3〗〖CX〗利用7289串行接口芯片实现键盘/显示器接口169

4.4LCD显示器接口179

4.4.1LCD显示器的基本结构及工作原理179

4.4.2LCD显示器与单片机接口181

4.4.3液晶显示模块的应用187

4.5CRT显示器接口200

4.5.1CRT显示原理200

4.5.2字符显示终端203

4.6微型打印机接口205

4.6.18051与GP16微型打印机的接口205

4.6.28051与PP40绘图打印机的接口210

习题与思考题221

第5章测量算法与系统优化设计222

5.1测量算法222

5.1.1量程选择222

5.1.2极限判断与越限报警223

5.1.3自检算法224

5.1.4标度变换224

5.1.5智能仪器的软件主流程实例227

5.2测量精确度的提高229

5.2.1随机误差与数字滤波229

5.2.2系统误差的处理237

5.3智能仪器的低功耗设计246

5.3.1低功耗设计概述246

5.3.251系列单片机的低功耗运行247

5.3.3存储器的低功耗运行250

5.3.4智能仪器的低功耗设计方案252

5.4智能仪器的抗干扰设计253

5.4.1主要干扰源及相应的抗干扰措施253

5.4.2印制电路板及电路的抗干扰设计257

5.4.3软件抗干扰设计258

习题与思考题265

第6章监控主程序的设计266

6.1直接分析法266

6.1.1用选择结构设计监控主程序266

6.1.2用转移表法设计监控主程序267

6.2状态变量法271

6.2.1状态变量法的实质271

6.2.2状态变量法设计步骤273

6.2.3设计状态图和状态表的原则与技巧276

6.2.4用状态变量法设计监控主程序实例281

习题与思考题284

第7章接口管理程序的设计285

7.1MC68488接口（GPIA）原理285

7.1.1GPIA引出线功能285

7.1.2GPIA内部寄存器功能289

7.280C51单片机与MC68488接口电路设计295

7.2.1时钟信号的产生295

7.2.2读写控制信号296

7.2.3芯片选通控制296

7.3接口管理程序的设计297

7.3.1概述297

7.3.2接口启动程序297

7.3.3接口管理主程序298

习题与思考题300

第8章智能仪器设计实例301

8.1数字频率计的设计301

8.1.1系统组成与设计方案301

8.1.2频率计程序设计302

8.2超声波测距仪的设计306

8.2.1SB5227型超声波测距专用集成电路306

8.2.2超声波测距仪的设计308

8.2.3超声波测距网络系统的构成312

8.3数字多用表的设计312

8.3.1设计任务及要求312

8.3.2设计思路与方案313

8.3.3系统硬件设计313

8.3.4软件设计316

8.4智能型出租车计价器的设计318

8.4.1设计任务与要求318

8.4.2设计方案319

8.4.3系统设计320

8.4.4硬件开发321

8.4.5软件设计323

8.4.6系统调试328

8.4.7指标测试与软件固化329

习题与思考题329

参考文献330"