智能仪器原理及应用（第4版）

第1章 导论

1.1 智能仪器的组成及特点

1.1.1 智能仪器的基本结构

1.1.2 智能仪器的主要特点

1.2 智能仪器及测试系统的发展

1.2.1 独立式智能仪器及自动测试系统

1.2.2 个人仪器系统及VXI总线仪器系统

1.2.3 软件技术的高速发展及虚拟仪器

1.3 智能仪器设计的要点

1.3.1 设计、研制智能仪器的一般过程

1.3.2 智能仪器主机电路的选择

思考题与习题

第2章 智能仪器模拟量输入/输出通道

2.1 模拟量输入通道

2.1.1 A/D转换器概述

2.1.2 逐次比较式A/D转换器及其接口

2.1.3 积分式A/D转换器及其接口

2.14 Σ△型A/D转换器及其接口

2.2 高速模拟量输入通道

2.2.1 并行比较式A/D转换器原理概述

2.2.2 高速A/D转换器及其接口技术

2.2.3 高速数据采集与数据传输

2.3 模拟量输出通道

2.3.1 D/A转换器概述

2.3.2 D/A转换器与微处理器的接口

2.3.3 D/A转换器应用举例

2.4 数据采集系统

2.4.1 数据采集系统的组成

2.4.2 模拟多路开关及接口

2.4.3 模拟信号的采样与保存

2.4.4 数据采集系统设计举例

思考题与习题

第3章 智能仪器人机接口

3.1 键盘与接口

3.1.1 键盘输入基础知识

3.1.2 键盘接口电路及控制程序

3.1.3 键盘分析程序

3.2 LED显示及接口

3.2.1 LED显示原理

3.2.2 七段LED显示及接口

3.2.3 点阵LED显示及接口

3.3 键盘/LED显示器接口设计

3．3．1 HD 7279A的功能及结构特点

3.3.2 键盘/LED显示器接口设计举例

3.4 CRT显示及接口

3.4.1 光栅扫描字符显示系统

3.4.2 光栅扫描图形显示系统

3.4.3 随机扫描图形显示系统

3.5 微型打印机及接口

3.5.1 TPμP40B/C 微型打印机及其接口

3.5.2 汉字打印技术

3.5.3 微型打印机接口管理程序

思考题与习题

第4章 智能仪器通信接口

4.1 GPIB通用接口总线

4.1.1 GPIB标准接口系统概述

4.1.2 接口功能与接口消息

4.1.3 GPIB标准接口系统的运行

4.2 GPIB接口电路的设计

4.2.1 GPIB接口芯片简介

4.2.2 智能仪器的GPIB接口设计

4.2.3 控制器的GPIB接口设计

4.3 串行通信总线

4.3.1 串行通信基本方式

4.3.2 串行通信协议

4.3.3 RS232C标准

4.4 串行通信接口电路的设计

4.4.1 智能仪器串行通信接口的结构

4.4.2 MCS51系统串行通信设计举例

4.4.3 PC系统与MCS51系统的通信

思考题与习题

第5章 智能仪器典型处理功能

5.1 硬件故障的自检

5.1.1 自检方式

5.1.2 自检算法

5.1.3 自检软件

5.2 自动测量功能

5.2.1 自动量程转换

5.2.2 自动触发电平调节

5.2.3 自动零点调整

5.2.4 自动校准

5.3 仪器测量精度的提高

5.3.1 随机误差的处理方法

5.3.2 系统误差的处理方法

5.3.3 粗大误差的处理方法

5.4 干扰与数字滤波

5.4.1 中值滤波

5.4.2 平均滤波程序

5.4.3 低通数字滤波

5.5 测量数据的标度变换

5.5.1 线性标度变换

5.5.2 智能仪表中采用的线性标度变换公式

5.5.3 非线性参数的标度变换

思考题与习题

第6章 基于电压测量的智能仪器

6.1 智能DVM原理

6.1.1 概述

6.1.2 输入电路

6.1.3 智能DVM中的A/D转换技术

6.1.4 典型智能DVM介绍

6.2 智能DMM原理

6.2.1 概述

6.2.2 交直流转换器

6.2.3 其他模拟转换技术

6.2.4 典型智能DMM介绍

6.3 智能化LCR测量仪器原理

6.3.1 概述

6.3.2 自由轴法测量原理

6.33 LCR测量仪电路分析

6.3.4 典型智能LCR测量仪介绍

思考题与习题

第7章 信号发生器

7.1 信号发生器的分类、性能和组成

7.1.1 信号发生器的分类及性能

7.1.2 通用信号发生器的组成

7.1.3 合成信号发生器的组成

7.2 锁相频率合成信号发生器

7.2.1 锁相环的基本形式

7.2.2 通用型集成锁相环频率合成器

7.2.3 合成信号发生器频率合成单元的组成

7.2.4 典型合成信号发生器分析

7.3 直接数字频率合成信号发生器

7.3.1 直接数字频率合成技术概述

7.3.2 基于DDS芯片的频率合成信号发生器的设计

7.3.3 典型DDS合成信号发生器简介

思考题与习题

第8章 智能电子计数器

8.1 概述

8.1.1 电子计数器组成及测量原理

8.1.2 通用计数器测量误差

8.1.3 多周期同步测量技术

8.1.4 模拟内插扩展技术

8.2 典型部件的分析

8.2.1 输入通道

8.2.2 计数器电路

8.2.3 单片通用计数器

8.3 智能电子计数器的设计

8.3.1 以ICM 7226为基础的智能频率计

8.3.2 等精度频率计的设计实例

8.4 典型智能计数器产品介绍

8.4.1 仪器的原理与组成

8.4.2 仪器键盘操作与分析

8.4.3 仪器的软件系统

思考题与习题

第9章 数字示波器

9.1 概述

9.1.1 数字示波器的组成原理

9.1.2 数字示波器的主要技术指标及分析

9.1.3 数字示波器的特点

9.2 数字示波器的采样方式

9.2.1 实时采样方式原理及实现

9.2.2 顺序采样方式原理及实现

9.2.3 随机采样方式原理及实现

9.3 数字示波器组成原理

9.3.1 现代数字示波器的一般组成

9.3.2 输入通道电路

9.3.3 数据采集与存储电路

9.3.4 触发电路系统

9.3.5 显示系统

9.3.6 波形参数的测量与处理

9.4 数字示波器的设计

9.4.1 简易数字示波器的设计

9.4.2 顺序采样方式数字示波器的设计

9.4.3 智能超声波测厚仪介绍

思考题与习题

第10章 智能仪器的新发展

10.1 个人仪器及系统

10.1.1 个人仪器及发展

10.1.2 PCDAQ形式个人仪器的组成原理

10.1.3 DVM个人仪器的设计实例

10.1.4 HPPC 仪器系统介绍

10.2 VXI 总线仪器系统

10.2.1 VXI 总线仪器系统概述

10.2.2 VXI总线仪器系统软件

10.2.3 VXI总线仪器系统的组建

10.3 虚拟仪器及系统

10.3.1 虚拟仪器及系统概述

10.3.2 LabVIEW 虚拟仪器开发系统介绍

10.3.3 虚拟仪器系统设计的实例

10.3.4 虚拟仪器的发展

思考题与习题

参考文献

本书系统深入地讲述了以微型计算机为核心的智能电子仪器的结构体系及其硬件与软件的设计原理和实现方法。全书共分10章，内容包括智能仪器的结构、设计要点以及现状与发展，智能仪器模拟量输入/输出通道，智能仪器人机接口，智能仪器通信接口，智能仪器典型处理功能，基于电压测量的智能仪器，信号发生器，智能电子计数器，数字示波器，智能仪器的新发展等。为使理论联系实际，书中含有许多设计实例，每章皆有思考题与习题。

本书可作为高等院校电子类专业教材或专业培训教材，也可作为广大从事电子仪器及测量技术应用和开发的科技人员的参考书。

该教材是在董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、李冬梅编著的《控制工程基础》第3版的基础上重新编写的。《控制工程基础》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相继出版以来，该教材随着“控制工程基础”课程在全国各高等院校的机械类、仪器类等非控制专业逐渐普遍开设，以及本教材声誉的不断提升，对教材的需求量也稳步增加。自出版以来根据需求该教材多次重新印刷，第1版11年时间累计印刷11次，总印数达53000册；第2版5年多时间累计印刷10次，总印数达60000册；第3版不到5年时间就累计12次印刷，总印数已达62500册。

本课程相继被评为清华大学、北京市和国家级精品课程，国家级精品资源共享课；清华大学等院校也将本课程确定为机械学院平台课。除本校使用该教材外，另有约100所兄弟院校的仪器仪表类和机械类专业将我们编著的教材选为使用教材和研究生入学考试参考书。随着需求量的增加，我们深感责任的加重，促使我们对于教材的编写精益求精、与时俱进，于是由目前在教学第一线的教师进一步编写了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基础上各章都作了或多或少的补充和修改。鉴于LabVIEW是更加直观方便的图形化程序编译平台，在控制工程中得到越来越多的应用，增加了LabVIEW工具在控制工程应用的内容，独立成章，该章节由刘云峰副教授完成。该章介绍了借助LabVIEW，进行控制系统的数学建模、时间响应分析、频域响应分析、系统稳定性分析和系统综合校正设计等。同时，为了方便更好地理解掌握教材其他章节论述的概念和方法，特基于LabVIEW设计编写了配合教材使用的控制系统动态仿真、分析、演示软件，不仅可以完成对控制系统在时域和频域进行特性仿真分析，还可以动态地分析和演示控制系统中不同参数及参数变化对系统特性的影响。

另外，根据实际工程和科研的基本需求和多年的教学经验，在各章节内容论述上力求概念表达清楚准确，加强对问题的归纳说明，同时也适当增加了一些诸如内模原理和内模控制简要介绍的内容。

全书由董景新教授整理统编。

该教材广泛参考了国内外同类教材和其他有关文献，保持并突出以下特点:第4版前言控制工程基础（第4版）(1) 突出机械运动作为主要受控对象，并对其数学模型和分析综合重点研究;

(2) 对自动调节原理基本内容表达清楚，着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较艰深的严格数学推导内容;

(3) 引入和编写较多的例题与习题，便于自学;

(4) 反映机电一体化新技术和新分析方法。

对于属于该书领域的非基本内容，但在本领域文献中时有出现的较为繁难的部分，该教材中也作了一定介绍，其有关章节前注以“”号。

在有关LabVIEW章节的编写中，得到NI公司中国区刘洋工程师在实验设备和技术方面的支持帮助，并提供了部分素材，在此致谢！

该教材的编写得到了国家高等教育精品课建设项目、北京市高等教育精品教材建设项目和清华大学精品课建设项目经费的支持，纳入985清华大学名优教材立项资助，在此表示衷心感谢。

编者2014年10月

理论力学（第4版）修订背景

《理论力学（第1版）》于2002年出版，被评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《理论力学（第2版）》于2007年出版，被评为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。《理论力学（第3）》于2014年出版，增加了部分内容，扩展了教材的使用范围。为适应教学发展的需要，编者编写了《理论力学（第4版）》。

理论力学（第4版）修订情况

《理论力学（第4版）》在文字方面保留了《理论力学（第3版）》的体系和风格，对教材的内容和习题做了增删和修改，同时修正了第3版中的错误。该教材的修改工作和二维码内容是由刘习军执笔和完成的。教研室的张素侠等部分教师参加了对修改内容的讨论。

理论力学（第4版）出版工作

2019年5月20日，《理论力学（第4版）》由机械工业出版社出版。

该教材配有辅助教材《工程制图习题集（第4版）》。