本書在講述智能儀器工作原理的基礎上,介紹了智能儀器的設計方法,主要內容包括智能儀器的輸人輸出通道、外設及其控制技術、通信接口等。為提高學生設計能力,本書還介紹了智能儀器總體設計、電路設計及實現(xiàn)、軟件設計、抗干擾措施及減少測量誤差的設計方法等,以及智能儀器的一些新技術。本書理論聯(lián)系實際,實用性強?紤]到智能儀器程序設計的實際需要,本書的程序全部用C51語言編寫。
在當前信息化、智能化的社會中,作為獲取信息的智能儀器越來越重要,智能化是儀器儀表的發(fā)展方向。智能儀器是一種新型儀器,它是測量技術、傳感器、計算機、微電子、信息處理、人工智能等多種技術相結合的產物。智能儀器的功能強,性能指標高,具有自校準、自診斷等功能,目前廣泛應用在工業(yè)、國防軍事、科學研究等部門。
智能儀器是測控技術與儀器等相關專業(yè)的主要專業(yè)課之一,本書講述智能儀器的原理及其設計方法,重視基礎理論,強調理論聯(lián)系實際,特別注重先進性和實用性,培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力?紤]到本科教學計劃和課程設置,本書主要介紹以單片機為主的智能儀器設計理論和方法。書中對DSP和ARM進行簡單介紹,學生只要掌握智能儀器的設計方法,在熟悉DSP和ARM的基礎上,完全可以設計基于DSP和ARM的智能儀器。另外考慮到程序設計的需要,書中的程序全部采用C51語言編制,這也是本書和目前流行的各種同類教材的區(qū)別。通過本書的學習,學生可以掌握利用微處理器和電子元器件設計測量儀器和系統(tǒng)的方法。
全書共分9章:第1章緒論,簡要介紹智能儀器的結構、特點和發(fā)展,以及智能儀器中常用的微處理器;第2章數(shù)據(jù)采集技術,介紹測量放大器、模擬多路開關、采樣保持器、常用的A/D轉換器及其接口電路;第3章模擬量與開關量信號輸出系統(tǒng),介紹D/A轉換器及其接口電路、光電耦合器和繼電器輸出與接口電路;第4章智能儀器外設處理技術,介紹智能儀器外設,包括鍵盤、LED、LCD和觸摸屏及其處理技術;第5章智能儀器中的通信接口技術,介紹通信接口,包括RS-232C、RS-485標準串行接口、GP-IB(IEEE-488)總線、USB、以太網、CAN和藍牙接口技術;第6章數(shù)據(jù)處理及程序設計,介紹查表、排序等非數(shù)值處理方法和系統(tǒng)誤差及隨機誤差的處理方法,并介紹智能儀器系統(tǒng)軟件設計,包括監(jiān)控主程序、鍵盤管理、中斷管理及處理和子程序模塊;第7章介紹智能儀器的自檢、自校準和自動測量技術;第8章智能儀器的抗干擾技術,在分析智能儀器干擾源的基礎上,介紹硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術;第9章智能儀器設計,介紹智能儀器的設計方法,以智能工頻電參數(shù)測量儀和諧波測試儀的設計等儀器為例,講述智能儀器的設計過程。
本書是作者及哈爾濱工業(yè)大學電測教研室教師多年從事智能儀器教學和科研工作的總結。1990年趙新民教授主編了《智能儀器原理及設計》,是國內較早出版的智能儀器的教材。1999年對原書進行修改,出版了《智能儀器設計基礎》(原機械工業(yè)部九五重點教材)。2010年出版的《智能儀器設計基礎》是教育部高等學校儀器儀表學科教學指導委員會選定的“十一五”國家級規(guī)劃教材。現(xiàn)在為滿足教學的需要,并根據(jù)科學技術的發(fā)展對原書再次修訂,由王祁任主編,趙永平和魏國任副主編,參加編寫的還有逮仁貴、王啟松、宋凱和國添棟。作者編寫分工如下:第1章由王祁編寫,第2,3章由趙永平編寫,第4章由魏國編寫,第5章由逯仁貴編寫,第6章由王啟松編寫,第7,8章由宋凱編寫,第9章由國添棟編寫。全書由王祁、趙永平和魏國統(tǒng)稿。
由于作者的水平有限,書中疏漏和不足之處在所難免。另外,該科技領域發(fā)展日新月異,編寫中可能掛一漏萬,殷切希望各位老師和廣大讀者批評指正。
第1章 緒論
1.1 智能儀器的結構及特點
1.1.1 智能儀器概述
1.1.2 智能儀器的結構
1.1.3 智能儀器的特點
1.2 智能測試技術的發(fā)展
1.2.1 智能儀器的發(fā)展趨勢
1.2.2 虛擬儀器
1.2.3 網絡化儀器
1.2.4 儀器總線技術
1.2.5 基于智能理論的高級智能儀器
1.3 智能儀器常用微處理器
1.3.1 智能儀器中的微處理器
1.3.2 MCS-51系列單片機
1.3.3 PlC系列單片機
1.3.4 Motorola公司68系列單片機
1.3.5 MSP-430系列單片機
1.3.6 基于ARM內核的單片機
1.3.7 ARM單片機的選擇
1.3.8 AVR系列單片機
1.3.9 數(shù)字信號處理器
思考題與習題
第2章 數(shù)據(jù)采集技術
2.1 概述
2.2 測量放大器
2.2.1 基本要求
2.2.2 通用測量放大器
2.2.3 可編程測量放大器
2.2.4 隔離放大器
2.2.5 運用前置放大器的依據(jù)
2.3 模擬多路開關(MUX)
2.3.1 模擬多路開關的功能
2.3.2 模擬多路開關的配置
2.3.3 常用的半導體多路開關芯片
2.3.4 多路測量通道的串音問題
2.4 采樣保持電路
2.4.1 采樣保持器設置原則
2.4.2 采樣保持器工作原理
2.4.3 常用采樣保持器芯片
2.4.4 保持電容器的選擇
2.5 A/D轉換器及其接口設計
2.5.1 A/D轉換器的主要技術指標
2.5.2 A/D的類型及比較
2.5.3 ADC與單片機接口
2.5.4 A/D的選擇
2.5.5 抑制系統(tǒng)誤差的方法
2.6 逐次逼近型A/D轉換器及其接口
2.6.1 逐次逼近型A/D轉換器的原理簡介
2.6.2 TLC2543簡介
2.7 雙積分A/D轉換器及其接口
2.7.1 雙積分A/D的原理
2.7.2 ICL7135介紹
2.7.3 ICL7135與MCS-51單片機I/O直接連接接口
2.8 ∑一△型A/D轉換器及其接口
2.8.1 ∑一△型A/D轉換器的工作原理
2.8.2 ∑一△型AD7703簡介
2.8.3 AD7703與單片機的接口
2.9 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計
2.9.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特性
2.9.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差分析
2.9.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差分配舉例
思考題與習題
第3章 模擬量與開關量信號輸出系統(tǒng)
3.1 概述
3.1.1 輸出通道的結構
3.1.2 輸出通道的特點
3.2 模擬量輸出與接口
……
第4章 智能儀器外設處理技術
第5章 智能儀器中的通信接口技術
第6章 數(shù)據(jù)處理及程序設計
第7章 智能儀器的自檢、自校準和自動測量技術
第8章 智能儀器的抗干擾技術
第9章 智能儀器設計
參考文獻
名詞索引