智能仪器设计基础（第2版）

　　《智能仪器设计基础（第2版）》以培养“厚基础、宽口径、会设计、可操作、能发展”，具有创新精神和实践能力人才为目的，以提高学生的分析、解决实际问题的能力为出发点，较全面、系统地介绍以单片微机为核心的智能仪器的基本组成、结构和设计方法；注重理论联系实际，反映智能仪器的发展方向，引入智能仪器设计的新技术。
　　全书共11章，包括智能仪器的分类、组成、特点，智能仪器的输入/输出通道及接口技术，人机对话接口技术，典型数据处理功能，自动测量、自动校准和自诊断技术，抗干扰与可靠性技术，系统总线和数据通信接口，智能仪器的设计开发步骤、设计实例，智能仪器的发展及新技术。

第1章 绪论
1.1 测量仪器的发展概况
1.2 智能仪器的发展趋势
1.3 智能仪器的分类、组成和特点
1.3.1 智能仪器的分类
1.3.2 智能仪器的组成
1.3.3 智能仪器的特点
1.4 智能仪器中微处理器的选择
1.4.1 单片机概述
1.4.2 基于8051内核的单片机
1.4.3 MSP430系列单片机
1.4.4 PIC系列单片机
1.4.5 基于ARM内核的单片机
1.4.6 基于AVR系列的单片机
1.4.7 数字信号处理器DSP
习题1
第2章 智能仪器输入通道及接口技术
2.1 模拟量输入通道概述
2.2 传感器
2.2.1 传感器的分类
2.2.2 传感器的选用原则
2.3 放大器
2.3.1 程控放大器
2.3.2 仪用放大器
2.3.3 隔离放大器
2.4 模拟多路开关
2.4.1 模拟多路开关的性能指标
2.4.2 集成模拟多路开关
2.4.3 模拟开关的通道扩展
2.5 采样／保持器
2.5.1 采样／保持器的原理
2.5.2 集成采样／保持器
2.5.3 采样／保持器的主要性能指标
2.6 A/D转换器
2.6.1 并联比较型A/D转换器
2.6.2 逐次逼近型A/D转换器
2.6.3 双积分型A/D转换器
2.6.4 Σ-Δ调制型A／D转换器
2.6.5 A/D转换器的主要技术指标
2.7 A/D转换器与微处理器的接口
2.7.1 并行输出ADC与微处理器的接口
2.7.2 串行输出ADC与微处理器的接口
2.8 开关量输入通道
习题2
第3章 智能仪器输出通道及接口技术
3.1 模拟量输出通道
3.1.1 D/A转换原理
3.1.2 D/A转换器的主要技术指标
3.2 D/A转换器与微处理器的接口
3.3 DAC的应用
3.4 开关量输出通道
3.4.1 小功率驱动接口电路
3.4.2 中功率驱动接口电路
3.4.3 固态继电器输出接口电路
习题3
第4章 智能仪器人机交互接口
4.1 键盘与接口
4.1.1 键盘概述
4.1.2 键盘工作原理与接口电路
4.1.3 键值分析程序
4.2 LED显示与接口
4.2.1 段码式LED显示原理与接口
4.2.2 点阵式LED显示原理与接口
4.3 键盘/显示器接口设计
4.3.1 ZLG7290芯片介绍
4.3.2 ZLG7290接口芯片的连接方法和程序设计
4.4 LCD显示及接口
4.4.1 LCD显示器的结构和工作原理
4.4.2 笔段式LCD显示器
4.4.3 点阵式LCD显示器的接口
4.5 触摸屏
4.5.1 触摸屏简介
4.5.2 触摸屏的分类
4.5.3 触摸屏的控制
4.6 打印记录技术
4.6.1 RD系列热敏微型打印机的接口信号
4.6.2 RD系列热敏微型打印机的打印命令
4.6.3 汉字打印技术
4.6.4 RD系列打印机与单片机接口及编程
习题4
第5章 智能仪器的典型数据处理功能
5.1 概述
5.2 测量结果的非数值处理
5.2.1 查表
5.2.2 排序
5.3 随机误差处理与数字滤波
5.3.1 数字滤波的特点
5.3.2 数字滤波算法
5.4 系统误差的处理
5.4.1 利用误差模型校正系统误差
5.4.2 利用离散数据建立模型校正系统误差
5.4.3 利用标准数据校正系统误差
5.4.4 传感器的非线性校正
5.5 粗大误差的处理算法
5.5.1 判断粗大误差的准则
5.5.2 测量数据的处理步骤
5.6 温度误差的校正方法
5.7 测量数据的标度变换
5.7.1 线性标度变换
5.7.2 非线性参数的标度变换
习题5
第6章 智能仪器自动测量和自检技术
6.1 概述
6.2 仪器的自动校准
6.2.1 内部自动校准
6.2.2 外部自动校准
6.3 仪器的自动测量
6.3.1 量程自动转换
6.3.2 触发电平自动调节
6.4 硬件故障自检
6.4.1 RAM的自检
6.4.2 ROM的自检
6.4.3 键盘与显示器的自检
6.4.4 输入通道的自检
6.4.5 输出通道的自检
6.4.6 总线的自检
习题6
第7章 智能仪器抗干扰技术与可靠性设计
7.1 智能仪器的干扰问题
7.1.1 干扰的定义与来源
7.1.2 干扰的分类
7.1.3 干扰的耦合通道
7.2 从耦合通道抑制干扰的主要技术
7.2.1 隔离技术
7.2.2 滤波技术
7.2.3 屏蔽技术与双绞线传输
7.2.4 接地技术
7.3 抗干扰的其他技术与措施
7.3.1 电源系统的抗干扰措施
7.3.2 静电放电干扰和漏电干扰的抑制
7.3.3 线间窜扰的抑制
7.4 智能仪器可靠性概述
7.4.1 可靠性的基本概念
7.4.2 影响可靠性的主要因素
7.5 可靠性设计
7.5.1 硬件可靠性设计
7.5.2 软件可靠性设计及软件抗干扰措施
习题7
第8章 总线和数据通信技术
8.1 概述
8.2 内总线
8.2.1 I2C总线概述
8.2.2 I2C总线的术语
8.2.3 器件与I2C总线的连接
8.2.4 I2C总线数据的传送
8.2.5 I2C总线器件与CPU的连接
8.2.6 I2C总线应用实例
8.3 通用接口总线
8.3.1 协议中用到的术语
8.3.2 仪器功能与接口功能
8.3.3 GPIB接口系统结构
8.3.4 GPIB接口工作过程
8.3.5 GPIB接口芯片
8.4 串行通信接口
8.4.1 RS-232C串行总线标准
8.4.2 RS-422标准
8.4.3 RS-485通信接口标准
8.4.4 通用串行总线（USB）
8.5 现场总线
8.5.1 现场总线概述
8.5.2 CAN总线的发展与特点
8.5.3 CAN的分层结构
8.6 蓝牙技术
8.6.1 蓝牙技术概述
8.6.2 蓝牙技术原理
8.7 ZigBee技术
8.7.1 ZigBee技术概述
8.7.2 ZigBee技术原理
8.8 工业以太网
8.9 电力线载波通信
习题8
第9章 智能仪器设计
9.1 智能仪器的设计要求、原则及步骤
9.1.1 智能仪器的设计要求
9.1.2 智能仪器的设计原则
9.1.3 智能仪器的设计步骤
9.2 数据采集系统设计
9.2.1 数据采集系统的组成与结构
9.2.2 数据采集系统设计考虑的因素
9.2.3 心电数据采集系统设计
9.3 简易单回路温度控制器
9.3.1 功能需求和总体思路
9.3.2 温度测控电路设计
9.3.3 PID控制算法的实现
9.3.4 控制器和PC之间的数据通信
9.3.5 温度控制器软件流程
习题9
第10章 智能仪器设计工程实例
10.1 需求分析
10.2 双通道电子皮带秤的功能说明
10.3 双通道电子皮带秤的原理
10.3.1 双通道电子皮带秤的组成
10.3.2 双通道电子皮带秤

本书以培养“厚基础、宽口径、会设计、可操作、能发展”，具有创新精神和实践能力人才为目的，以提高学生的分析解决实际问题的能力为出发点，较全面、系统地介绍以单片微机为核心的智能仪器的基本组成、结构和设计方法。本书在内容编排上注重智能仪器基本原理和基本设计方法，同时注意理论联系实际，引入设计实例，提高学生分析、解决问题的能力，为以后的学习、工作和科学研究打下扎实的理论和实践基础；注重反映智能仪器的发展方向，引入新器件、新技术，便于学生了解智能仪器的发展趋势，拓宽知识面；为便于学生参阅同类国外原版教材及相关资料，了解国内外智能仪器设计新技术，增强学习的主动性与求知欲望，书中对第一次出现的术语都标有英文。同时，本书在叙述中力求文字简洁，通俗易懂。本书共11章。第1章介绍了智能仪器的基本组成、功能特点、发展及微处理器的选型；第2章和第3章分别介绍了模拟量和开关量输入及输出通道组成、结构、常用器件及接口技术；第4章介绍了键盘、显示器、触摸屏、打印记录等人机交互接口技术；第5章介绍了数字滤波、系统误差、粗大误差、传感器的非线性校正、测量数据的标度变换等智能仪器的典型数据处理技术；第6章介绍了智能仪器的自动校准、触发电平自动调节、量程自动转换和硬件故障自检等技术；第7章介绍了智能仪器中干扰的来源以及为提高智能仪器的可靠性采取的软件、硬件措施；第8章介绍了智能仪器较常用的标准总线和数据通信技术，主要有总线、GPIB通用接口总线、RS-232C、RS-422/485串行总线、USB通用串行总线、CAN总线、ZigBee总线等；第9章介绍了智能仪器设计原则，并以两个实例加以说明；第10章介绍了智能仪器设计的工程实例；第11章介绍了智能仪器的发展及新技术，主要包括个人仪器、VXI总线仪器、虚拟仪器、网络化仪器、智能仪器中的数据融合技术、物联网技术等内容。为配合教学，每章都有适量的习题。本书可作为高等学校测控技术及仪器、自动化、电子信息工程、机电一体化等专业高年级本科生及低年级研究生的教材，也可供有关专业工程技术人员参考。本书由史健芳进行策划、内容安排和最终统稿。本书的编写分工如下：第1章由韩应征编写；第2、3章和8.1～8.4节由史健芳编写；第4、5、6章由史健芳、钟秉翔编写；第9章由史健芳、廖述剑、钟秉翔编写；第7章、8.5～8.9节由廖述剑编写；第10章由王亚姣编写；第11章由杨静编写。在此谨向电子工业出版社编辑凌毅、书后所列参考文献的各位作者以及给予我们支持和帮助的领导和同事表示诚挚的谢意。本书提供配套的电子课件及相关配套资源，读者可登录华信教育资源网：www.hxedu.com.cn，注册后免费下载。由于本书涉及的知识领域广泛且变化日新月异，再加上时间紧、水平有限，书中缺陷和疏漏之处，恳请读者批评指正！