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第1章 绪论1

1.1 智能仪器的结构及特点1

1.1.1 智能仪器概述1

1.1.2 智能仪器的结构1

1.1.3 智能仪器的特点3

1.2 智能测试技术的发展4

1.2.1 智能仪器的发展趋势4

1.2.2 虚拟仪器5

1.2.3 网络化仪器6

1.2.4 仪器总线技术6

1.2.5 基于智能理论的高级智能仪器7

1.3 智能仪器常用微处理器8

1.3.1 智能仪器中的微处理器8

1.3.2 MCS-51系列单片机9

1.3.3 PIC系列单片机10

1.3.4 Motorola公司68系列单片机11

1.3.5 MSP-430系列单片机11

1.3.6 基于ARM内核的单片机12

1.3.7 ARM单片机的选择13

1.3.8 AVR系列单片机14

1.3.9 数字信号处理器14

思考题与习题16

第2章 数据采集技术17

2.1 概述17

2.2 测量放大器19

2.2.1 基本要求19

2.2.2 通用测量放大器19

2.2.3 可编程测量放大器21

2.2.4 隔离放大器23

2.2.5 运用前置放大器的依据24

2.3 模拟多路开关（MUX）26

2.3.1 模拟多路开关的功能26

2.3.2 模拟多路开关的配置27

2.3.3 常用的半导体多路开关芯片28

2.3.4 多路测量通道的串音问题29

2.4 采样保持电路30

2.4.1 采样保持器设置原则30

2.4.2 采样保持器工作原理31

2.4.3 常用采样保持器芯片33

2.4.4 保持电容器的选择34

2.5 A/D转换器及其接口设计35

2.5.1 A/D转换器的主要技术指标36

2.5.2 A/D的类型及比较37

2.5.3 ADC与单片机接口39

2.5.4 A/D的选择39

2.5.5 抑制系统误差的方法41

2.6 逐次逼近型A/D转换器及其接口42

2.6.1 逐次逼近型A/D转换器的原理简介42

2.6.2 TLC2543简介43

2.7 双积分A/D转换器及其接口48

2.7.1 双积分A/D的原理48

2.7.2 ICL7135介绍50

2.7.3 ICL7135与MCS-51单片机I/O直接连接接口52

2.8 ∑-△型A/D转换器及其接口54

2.8.1 ∑-△型A/D转换器的工作原理55

2.8.2 ∑-△型AD7703简介58

2.8.3 AD7703与单片机的接口61

2.9 数据采集系统设计63

2.9.1 数据采集系统的特性63

2.9.2 数据采集系统误差分析64

2.9.3 数据采集系统的误差分配举例66

思考题与习题70

第3章 模拟量与开关量信号输出系统71

3.1 概述71

3.1.1 输出通道的结构71

3.1.2 输出通道的特点72

3.2 模拟量输出与接口72

3.3 集成DAC及其应用74

3.3.1 DAC的分类74

3.3.2 单片集成DAC举例75

3.3.3 DAC的应用80

3.4 数字量输出与接口82

3.4.1 光电耦合器及其接口82

3.4.2 继电器及其接口86

3.5 脉冲宽度调制输出89

思考题与习题92

第4章 智能仪器外设处理技术94

4.1 键盘处理技术94

4.1.1 按键类型94

4.1.2 键抖动、键连击及串键的处理94

4.1.3 键盘处理步骤96

4.1.4 键盘的组织形式和工作方式96

4.1.5 非编码键盘的处理96

4.1.6 编码键盘的处理101

4.2 LED显示处理技术102

4.2.1 LED数码显示器的结构与原理102

4.2.2 硬件译码与软件译码103

4.2.3 静态显示与动态显示104

4.3 通用键盘／显示器接口芯片HD7279A106

4.3.1 引脚功能、串行接口及其电特性107

4.3.2 HD7279A的时序108

4.3.3 HD7279A的控制指令110

4.3.4 HD7279A的应用115

4.3.5 HD7279A的接口程序设计实例116

4.4 LCD显示处理技术120

4.4.1 LCD显示器的结构及其原理120

4.4.2 LCD显示器驱动方式121

4.4.3 段码式LCD显示器的静态和动态驱动接口122

4.4.4 字符点阵式LCD显示器接口124

4.5 触摸屏处理技术136

4.5.1 触摸屏的结构及特点136

4.5.2 电阻触摸屏控制器ADS7843142

4.5.3 电容触摸屏控制器ST1332146

思考题与习题155

第5章 智能仪器中的通信接口技术156

5.1 串行通信接口156

5.1.1 串行通信的基本概念156

5.1.2 RS-232C标准串行接口157

5.1.3 RS-422A与RS-423A标准串行接口160

5.1.4 RS-485标准串行接口161

5.1.5 智能仪器间串行通信实例163

5.2 通用串行总线USB166

5.2.1 USB的特点166

5.2.2 USB的系统描述167

5.2.3 USB总线协议168

5.2.4 USB数据流168

5.2.5 USB的容错性能169

5.2.6 USB设备169

5.2.7 USB系统设置170

5.2.8 USB系统中的主机170

5.2.9 基于USB总线的数据采集设备的设计实例170

5.3 GP-IB总线172

5.3.1 GP-IB总线结构173

5.3.2 GP-IB接口评价174

5.4 以太网接口技术174

5.4.1 TCP/IP协议概述174

5.4.2 协议与标准174

5.4.3 以太网接口模块175

5.5 其他通信接口技术178

5.5.1 现场总线CAN178

5.5.2 蓝牙接口技术178

思考题与习题179

第6章 数据处理及程序设计180

6.1 测量数据的非数值处理180

6.1.1 线性表查表技术180

6.1.2 链表的插入、删除和查找181

6.1.3 排序185

6.2 系统误差的数据处理186

6.2.1 系统误差模型的建立187

6.2.2 系统误差的标准数据校正法191

6.2.3 非线性校正192

6.2.4 温度误差的补偿195

6.3 随机信号的处理与分析196

6.3.1 限幅滤波196

6.3.2 中位值滤波197

6.3.3 算术平均滤波198

6.3.4 滑动平均值滤波198

6.3.5 低通数字滤波199

6.4 标度变换200

6.4.1 线性参数标度变换201

6.4.2 非线性参数标度变换201

6.5 智能仪器系统软件的组成与设计202

6.5.1 监控主程序202

6.5.2 键盘管理203

6.5.3 中断管理及处理208

6.5.4 子程序模块210

思考题与习题211

第7章 智能仪器的自检、自校准和自动测量技术212

7.1 智能仪器的自检技术212

7.1.1 自检内容212

7.1.2 自检方式212

7.1.3 自检实例213

7.2 智能仪器的自校准技术215

7.2.1 仪器的系统误差及其校准215

7.2.2 仪器内部自动校准217

7.2.3 仪器外部自动校准218

7.3 智能仪器的自动测量技术219

7.3.1 基本要求219

7.3.2 量程自动转换电路举例220

7.3.3 量程自动转换电路的控制221

思考题与习题222

第8章 智能仪器的抗干扰技术224

8.1 常见干扰源分析224

8.1.1 干扰的来源224

8.1.2 串模干扰与共模干扰224

8.1.3 电源干扰226

8.1.4 数字电路的干扰226

8.2 智能仪器硬件抗干扰技术228

8.2.1 串模干扰的抑制228

8.2.2 共模干扰的抑制230

8.2.3 输入／输出通道干扰的抑制231

8.2.4 总线的抗干扰设计233

8.2.5 电源系统干扰的抑制235

8.2.6 地线干扰的抑制237

8.3 智能仪器软件抗干扰技术239

8.3.1 CPU抗干扰技术240

8.3.2 输入／输出的抗干扰技术242

8.3.3 系统的恢复与复位242

思考题与习题244

第9章 智能仪器设计245

9.1 智能仪器设计原则及方法245

9.1.1 智能仪器设计的基本要求245

9.1.2 智能仪器的设计思想245

9.1.3 智能仪器的研制过程247

9.2 智能工频电参数测量仪的设计248

9.2.1 总体设计及系统工作原理248

9.2.2 输入电路设计及误差分析252

9.2.3 CPU的选择及采样保持、A/D转换电路设计254

9.2.4 自动量程转换电路设计257

9.2.5 锁相倍频电路259

9.2.6 RS-485串行通信接口电路设计及通信协议262

9.2.7 电磁兼容设计262

9.3 谐波测试仪的设计264

9.3.1 总体设计及工作原理264

9.3.2 硬件与软件设计266

思考题与习题267

参考文献268

名词索引269