- 电子工业出版社
- 9787121290473
- 1-1
- 294450
- 16开
- 2016年7月
- 320
- 电子科学与技术(工学/理学)
- 研究生、本科
内容简介
智能仪器是以微型计算机或者微处理器为核心的测量仪器，具有对数据存储、运算、逻辑判断及自动补偿、校正、自动化操作等功能。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，在电子测量、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。智能仪器的出现，极大地扩充了仪器的应用范围。本书主要介绍“智能仪器”的基本原理、硬件结构与电路设计、软件规划和各功能模块设计方法，是作者编写的《单片机原理与应用》的升级版，是编著者总结多年教学经验，并参考国内同类书籍精心编写而成。 全书共14章，内容包括微处理器的选择，软件系统设计概述，数字信号输入/输出通道、模拟信号输入/输出通道，总线与通信系统，时钟系统，人机接口，常用数据处理功能，可靠性设计，基于电压测量、时间测量、波形测量的智能仪器和C51编程与实验指导等。为突出智能仪器的特点，本书加重了软件设计的份量，减少了与其他课程雷同的硬件设计内容。为配合教学，每章均附有一定数量的练习与思考题。 本书可作为高等院校工科电子类本科专业教材或培训教材，也可作为电子技术人员从事单片机应用系统研制开发的参考书。
目录
第1章 绪论 1
1.1 智能仪器的结构特点 1
1.1.1 什么叫智能仪器 1
1.1.2 智能仪器的特点 1
1.1.3 智能仪器的硬件系统组成 2
1.1.4 智能仪器的软件系统组成 2
1.2 智能仪器的设计思路 3
1.2.1 智能仪器的基本设计方法 3
1.2.2 智能仪器的设计过程 3
1.2.3 智能仪器的统调测试方法 5
1.3 智能仪器的发展 6
1.4 虚拟仪器 7
习题 8
第2章 微处理器的选择 9
2.1 基于8051内核的单片机 9
2.1.1 STC89系列单片机 10
2.1.2 STC15Fxx系列单片机 11
2.1.3 STC15Wxx系列单片机 12
2.1.4 其他系列单片机 13
2.2 基于ARM内核的单片机 14
2.2.1 ARM概念及其发展 14
2.2.2 ARM选型与应用 15
2.3 DSP数字处理器 16
2.3.1 DSP技术概念及其发展 16
2.3.2 DSP处理器的主要结构特点 16
2.3.3 DSP的选择与应用 17
习题 18
第3章 软件系统设计概述 20
3.1 软件开发环境与编程语言 20
3.1.1 开发环境的选择 20
3.1.2 编程语言的选择 20
3.2 软件系统的结构分析 21
3.2.1 层次结构 21
3.2.2 功能结构 21
3.3 软件系统的规划 22
3.4 软件系统的设计步骤 23
3.4.1 设计和调试硬件接口模块 23
3.4.2 建立软件系统的框架 24
3.4.3 设计和调试各个功能模块 25
3.4.4 整机测试 25
3.5 实例分析 25
3.5.1 系统功能概述 25
3.5.2 硬件系统概述 26
3.5.3 软件系统的规划 26
3.5.4 软件系统的框架 27
习题 29
第4章 开关量数字信号的输入/输出 30
4.1 开关量信号的输入 30
4.1.1 开关量信号输入通道结构 30
4.1.2 开关量输入接口 30
4.2 开关量信号的输出 36
4.2.1 输出驱动接口的隔离 36
4.2.2 小功率直流负载驱动接口电路 36
4.2.3 中功率直流负载驱动接口电路 37
4.2.4 固体继电器输出接口电路 38
4.3 电动机驱动电路 40
4.3.1 直流电动机调速驱动原理 40
4.3.2 直流电动机调速驱动电路 41
4.3.3 步进电动机驱动原理 41
4.4 键盘与显示接口 46
4.4.1 矩阵键盘 46
4.4.2 ADC采样键盘 48
4.4.3 触摸键盘 49
4.4.4 数码静态显示接口 52
4.4.5 数码动态显示接口 55
4.4.6 液晶显示（字符式、点阵式） 59
习题 60
第5章 模拟信号的输入/输出 62
5.1 模拟信号的输入 62
5.1.1 A/D转换器件的选择 62
5.1.2 模拟输入通道的设计 63
5.1.3 其他A/D转换模式介绍 68
5.2 模拟信号的输出 70
5.2.1 D/A转换器件的选择 70
5.2.2 模拟输出通道的设计 70
5.2.3 PWM型D/A转换器 74
习题 76
第6章 总线与通信系统 77
6.1 通用接口总线GP-IB 77
6.1.1 GP-IB标准接口概述 77
6.1.2 GP-IB接口芯片 80
6.2 串行通信标准RS-232与RS-485 80
6.2.1 RS-232标准及接口芯片 80
6.2.2 RS-485标准及接口芯片 81
6.2.3 串行通信程序设计 82
6.3 其他总线与通信技术简介 86
6.3.1 通用串行总线USB 86
6.3.2 现场总线CAN 87
6.3.3 工业以太网 88
6.3.4 蓝牙技术 89
6.3.5 电力线载波通信 89
习题 91
第7章 时钟系统 92
7.1 硬件时钟 92
7.1.1 概述 92
7.1.2 时钟数据的写入 94
7.1.3 时钟数据的读取 95
7.2 软件时钟 96
7.2.1 概述 96
7.2.2 软件时钟的运行 97
7.3 时钟的使用 98
7.3.1 定时任务的管理 98
7.3.2 时间间隔的测量 100
7.3.3 时间长度的控制 100
习题 101
第8章 人机接口 102
8.1 显示部件 102
8.1.1 发光二极管 102
8.1.2 数码管 103
8.1.3 液晶显示屏 106
8.2 微型打印机 114
8.2.1 GP-16微型打印机的接口
电路 114
8.2.2 GP-16微型打印机的使用 115
8.3 键盘 118
8.3.1 键盘的类型及接口电路 118
8.3.2 键盘信号的可靠采集 120
8.4 监控程序设计 124
8.4.1 监控程序的基本概念 124
8.4.2 系统状态分析 126
8.4.3 基于顺序编码的监控程序
设计 130
8.4.4 基于特征编码的监控程序
设计 132
8.4.5 基于菜单操作的监控程序
设计 137
习题 140
第9章 常用数据处理功能 141
9.1 数据处理 141
9.1.1 数据类型的选择 141
9.1.2 定点运算子程序库的使用 141
9.1.3 浮点运算子程序库的使用 142
9.2 误差处理 144
9.2.1 随机误差的处理 144
9.2.2 系统误差的处理 145
9.2.3 粗大误差的处理 146
9.3 标度变换 148
9.3.1 线性标度变换 148
9.3.2 非线性标度变换 149
9.4 常用自动测量功能 152
9.4.1 自动量程转换 152
9.4.2 自动校正 153
9.4.3 自动补偿 156
习题 158
第10章 可靠性设计 159
10.1 抗干扰设计 159
10.1.1 硬件抗干扰设计 159
10.1.2 软件抗干扰设计 160
10.2 容错设计 167
10.2.1 硬件容错设计 167
10.2.2 软件容错设计 171
习题 178
第11章 基于电压测量的智能仪器 180
11.1 数字电压表 180
11.1.1 数字电压表的结构 180
11.1.2 数字电压表主要技术指标 181
11.1.3 数字电压表的功能特点 183
11.1.4 数字电压表的输入电路 184
11.1.5 数字电压表设计 185
11.2 数字万用表 189
11.2.1 概述 189
11.2.2 交直流信号变换器 190
11.2.3 有效值转换模块应用 194
11.2.4 电流测量方法 195
11.2.5 电阻测量原理 197
11.2.6 数字万用表的设计 198
11.3 智能RLC测量仪 203
11.3.1 概述 203
11.3.2 电容/电感的数字化测量 211
11.3.3 RLC测量设计 212
习题 217
第12章 基于时间测量的智能仪器 219
12.1 时频基本概念 219
12.1.1 时间与频率关系 219
12.1.2 计时标准 219
12.1.3 频率测量方法 220
12.2 电子计数器基本原理 220
12.2.1 概述 220
12.2.2 通用电子计数器 221
12.2.3 测量误差分析计算 225
12.3 电子计数器设计 226
12.3.1 数字频率计电路设计 226
12.3.2 智能频率计电路设计 228
12.4 智能相位测量仪 232
12.4.1 相位测量原理 232
12.4.2 简易相位测量电路设计 233
12.4.3 智能相位测量仪设计 235
习题 241
第13章 基于波形测量的智能仪器 243
13.1 示波器基本原理 243
13.1.1 概述 243
13.1.2 波形显示器 244
13.1.3 液晶显示原理 245
13.2 通用示波器 247
13.2.1 示波器的垂直（Y）通道 247
13.2.2 示波器的水平（X）通道 250
13.2.3 示波器的主要技术指标 252
13.3 数字示波器 253
13.3.1 数字示波器组成原理 253
13.3.2 信号采集处理技术 254
13.3.3 波形显示技术 259
13.4 数字示波器的通信接口 261
13.5 数字示波器的特点 261
13.6 数字示波器的使用 264
13.7 简易数字存储示波器设计 266
13.7.1 主要性能分析设计 266
13.7.2 设计方案与分析 267
13.7.3 系统电路设计 270
13.7.4 系统软件设计 272
习题 273
第14章 C51编程与实验指导 275
14.1 C51概述 275
14.2 C51语法与数据结构 275
14.2.1 常量与变量 275
14.2.2 整型变量与字符型变量 276
14.2.3 关系表达式和逻辑表达式 277
14.3 C51流程控制语句 278
14.3.1 if语句 278
14.3.2 switch语句 279
14.3.3 for语句 279
14.3.4 while和do-while语句 280
14.3.5 其他语句 280
14.4 C51构造数据类型 281
14.4.1 结构体 281
14.4.2 共用体 282
14.4.3 指针 283
14.4.4 typedef类型定义 284
14.5 C51和标准C语言的异同 284
14.5.1 Keil C51数据类型 284
14.5.2 8051的特殊功能寄存器 284
14.5.3 8051的存储类型 285
14.5.4 Keil C51的指针 287
14.5.5 “文件包含”处理 288
14.5.6 Keil C51的使用 288
14.5.7 C51关键字 289
14.6 智能仪器实验指导 291
14.6.1 低频信号发生器 291
14.6.2 直流电动机PWM控制 295
14.6.3 流动LED灯控制器设计 297
14.6.4 简易频率计数器 298
14.6.5 简易有害气体检测仪 302
14.6.6 简易数字万用表设计 303
14.6.7 简易数字存储示波器 304
14.6.8 简易 g?辐射仪 307
14.6.9 汽车测速与倒车提示器 307
参考文献 310
1.1 智能仪器的结构特点 1
1.1.1 什么叫智能仪器 1
1.1.2 智能仪器的特点 1
1.1.3 智能仪器的硬件系统组成 2
1.1.4 智能仪器的软件系统组成 2
1.2 智能仪器的设计思路 3
1.2.1 智能仪器的基本设计方法 3
1.2.2 智能仪器的设计过程 3
1.2.3 智能仪器的统调测试方法 5
1.3 智能仪器的发展 6
1.4 虚拟仪器 7
习题 8
第2章 微处理器的选择 9
2.1 基于8051内核的单片机 9
2.1.1 STC89系列单片机 10
2.1.2 STC15Fxx系列单片机 11
2.1.3 STC15Wxx系列单片机 12
2.1.4 其他系列单片机 13
2.2 基于ARM内核的单片机 14
2.2.1 ARM概念及其发展 14
2.2.2 ARM选型与应用 15
2.3 DSP数字处理器 16
2.3.1 DSP技术概念及其发展 16
2.3.2 DSP处理器的主要结构特点 16
2.3.3 DSP的选择与应用 17
习题 18
第3章 软件系统设计概述 20
3.1 软件开发环境与编程语言 20
3.1.1 开发环境的选择 20
3.1.2 编程语言的选择 20
3.2 软件系统的结构分析 21
3.2.1 层次结构 21
3.2.2 功能结构 21
3.3 软件系统的规划 22
3.4 软件系统的设计步骤 23
3.4.1 设计和调试硬件接口模块 23
3.4.2 建立软件系统的框架 24
3.4.3 设计和调试各个功能模块 25
3.4.4 整机测试 25
3.5 实例分析 25
3.5.1 系统功能概述 25
3.5.2 硬件系统概述 26
3.5.3 软件系统的规划 26
3.5.4 软件系统的框架 27
习题 29
第4章 开关量数字信号的输入/输出 30
4.1 开关量信号的输入 30
4.1.1 开关量信号输入通道结构 30
4.1.2 开关量输入接口 30
4.2 开关量信号的输出 36
4.2.1 输出驱动接口的隔离 36
4.2.2 小功率直流负载驱动接口电路 36
4.2.3 中功率直流负载驱动接口电路 37
4.2.4 固体继电器输出接口电路 38
4.3 电动机驱动电路 40
4.3.1 直流电动机调速驱动原理 40
4.3.2 直流电动机调速驱动电路 41
4.3.3 步进电动机驱动原理 41
4.4 键盘与显示接口 46
4.4.1 矩阵键盘 46
4.4.2 ADC采样键盘 48
4.4.3 触摸键盘 49
4.4.4 数码静态显示接口 52
4.4.5 数码动态显示接口 55
4.4.6 液晶显示（字符式、点阵式） 59
习题 60
第5章 模拟信号的输入/输出 62
5.1 模拟信号的输入 62
5.1.1 A/D转换器件的选择 62
5.1.2 模拟输入通道的设计 63
5.1.3 其他A/D转换模式介绍 68
5.2 模拟信号的输出 70
5.2.1 D/A转换器件的选择 70
5.2.2 模拟输出通道的设计 70
5.2.3 PWM型D/A转换器 74
习题 76
第6章 总线与通信系统 77
6.1 通用接口总线GP-IB 77
6.1.1 GP-IB标准接口概述 77
6.1.2 GP-IB接口芯片 80
6.2 串行通信标准RS-232与RS-485 80
6.2.1 RS-232标准及接口芯片 80
6.2.2 RS-485标准及接口芯片 81
6.2.3 串行通信程序设计 82
6.3 其他总线与通信技术简介 86
6.3.1 通用串行总线USB 86
6.3.2 现场总线CAN 87
6.3.3 工业以太网 88
6.3.4 蓝牙技术 89
6.3.5 电力线载波通信 89
习题 91
第7章 时钟系统 92
7.1 硬件时钟 92
7.1.1 概述 92
7.1.2 时钟数据的写入 94
7.1.3 时钟数据的读取 95
7.2 软件时钟 96
7.2.1 概述 96
7.2.2 软件时钟的运行 97
7.3 时钟的使用 98
7.3.1 定时任务的管理 98
7.3.2 时间间隔的测量 100
7.3.3 时间长度的控制 100
习题 101
第8章 人机接口 102
8.1 显示部件 102
8.1.1 发光二极管 102
8.1.2 数码管 103
8.1.3 液晶显示屏 106
8.2 微型打印机 114
8.2.1 GP-16微型打印机的接口
电路 114
8.2.2 GP-16微型打印机的使用 115
8.3 键盘 118
8.3.1 键盘的类型及接口电路 118
8.3.2 键盘信号的可靠采集 120
8.4 监控程序设计 124
8.4.1 监控程序的基本概念 124
8.4.2 系统状态分析 126
8.4.3 基于顺序编码的监控程序
设计 130
8.4.4 基于特征编码的监控程序
设计 132
8.4.5 基于菜单操作的监控程序
设计 137
习题 140
第9章 常用数据处理功能 141
9.1 数据处理 141
9.1.1 数据类型的选择 141
9.1.2 定点运算子程序库的使用 141
9.1.3 浮点运算子程序库的使用 142
9.2 误差处理 144
9.2.1 随机误差的处理 144
9.2.2 系统误差的处理 145
9.2.3 粗大误差的处理 146
9.3 标度变换 148
9.3.1 线性标度变换 148
9.3.2 非线性标度变换 149
9.4 常用自动测量功能 152
9.4.1 自动量程转换 152
9.4.2 自动校正 153
9.4.3 自动补偿 156
习题 158
第10章 可靠性设计 159
10.1 抗干扰设计 159
10.1.1 硬件抗干扰设计 159
10.1.2 软件抗干扰设计 160
10.2 容错设计 167
10.2.1 硬件容错设计 167
10.2.2 软件容错设计 171
习题 178
第11章 基于电压测量的智能仪器 180
11.1 数字电压表 180
11.1.1 数字电压表的结构 180
11.1.2 数字电压表主要技术指标 181
11.1.3 数字电压表的功能特点 183
11.1.4 数字电压表的输入电路 184
11.1.5 数字电压表设计 185
11.2 数字万用表 189
11.2.1 概述 189
11.2.2 交直流信号变换器 190
11.2.3 有效值转换模块应用 194
11.2.4 电流测量方法 195
11.2.5 电阻测量原理 197
11.2.6 数字万用表的设计 198
11.3 智能RLC测量仪 203
11.3.1 概述 203
11.3.2 电容/电感的数字化测量 211
11.3.3 RLC测量设计 212
习题 217
第12章 基于时间测量的智能仪器 219
12.1 时频基本概念 219
12.1.1 时间与频率关系 219
12.1.2 计时标准 219
12.1.3 频率测量方法 220
12.2 电子计数器基本原理 220
12.2.1 概述 220
12.2.2 通用电子计数器 221
12.2.3 测量误差分析计算 225
12.3 电子计数器设计 226
12.3.1 数字频率计电路设计 226
12.3.2 智能频率计电路设计 228
12.4 智能相位测量仪 232
12.4.1 相位测量原理 232
12.4.2 简易相位测量电路设计 233
12.4.3 智能相位测量仪设计 235
习题 241
第13章 基于波形测量的智能仪器 243
13.1 示波器基本原理 243
13.1.1 概述 243
13.1.2 波形显示器 244
13.1.3 液晶显示原理 245
13.2 通用示波器 247
13.2.1 示波器的垂直（Y）通道 247
13.2.2 示波器的水平（X）通道 250
13.2.3 示波器的主要技术指标 252
13.3 数字示波器 253
13.3.1 数字示波器组成原理 253
13.3.2 信号采集处理技术 254
13.3.3 波形显示技术 259
13.4 数字示波器的通信接口 261
13.5 数字示波器的特点 261
13.6 数字示波器的使用 264
13.7 简易数字存储示波器设计 266
13.7.1 主要性能分析设计 266
13.7.2 设计方案与分析 267
13.7.3 系统电路设计 270
13.7.4 系统软件设计 272
习题 273
第14章 C51编程与实验指导 275
14.1 C51概述 275
14.2 C51语法与数据结构 275
14.2.1 常量与变量 275
14.2.2 整型变量与字符型变量 276
14.2.3 关系表达式和逻辑表达式 277
14.3 C51流程控制语句 278
14.3.1 if语句 278
14.3.2 switch语句 279
14.3.3 for语句 279
14.3.4 while和do-while语句 280
14.3.5 其他语句 280
14.4 C51构造数据类型 281
14.4.1 结构体 281
14.4.2 共用体 282
14.4.3 指针 283
14.4.4 typedef类型定义 284
14.5 C51和标准C语言的异同 284
14.5.1 Keil C51数据类型 284
14.5.2 8051的特殊功能寄存器 284
14.5.3 8051的存储类型 285
14.5.4 Keil C51的指针 287
14.5.5 “文件包含”处理 288
14.5.6 Keil C51的使用 288
14.5.7 C51关键字 289
14.6 智能仪器实验指导 291
14.6.1 低频信号发生器 291
14.6.2 直流电动机PWM控制 295
14.6.3 流动LED灯控制器设计 297
14.6.4 简易频率计数器 298
14.6.5 简易有害气体检测仪 302
14.6.6 简易数字万用表设计 303
14.6.7 简易数字存储示波器 304
14.6.8 简易 g?辐射仪 307
14.6.9 汽车测速与倒车提示器 307
参考文献 310
