智能仪器设计(普通高等学校仪器科学与技术专业系列教材)

全书共分十二章，内容包括：智能仪器的总体设计、信号测取与放大、信号的转换、数据采集系统、界面设计、测试总线技术、仪器结构设计、电磁兼容设计和智能仪器可测性设计等，每章均附有一定数量的习题与思考题。

尚振东，男，1968年11月生，副教授，工学硕士，毕业于哈尔滨工程大学，研究方向：智能仪器设计、控制理论及系统、个人服务机器人技术及应用、现代测试技术及应用。主持或参加完成国家和省部级科研项目9项，横向课题10项。获河南省科技进步二等奖两项，河南省教育厅科技进步二等奖三项，洛阳是科技进步一等奖一项，在该领域发表论文30余篇，其中5篇EI收录，获得授权专利7项，出版著作5部。目前承担国家863项目一项，其他项目多项。

第1章绪论 1.1概述 1.1.1仪器仪表 1.1.2从传统仪器到智能仪器 1.1.3智能仪器的组成和结构 1.1.4智能仪器的主要特点和发展趋势 1.2课程的主要内容和学习方法 思考题与习题 第2章总体设计 2.1概述 2.1.1智能仪器设计过程 2.1.2总体设计及其内容 2.2设计任务来源和分析 2.2.1设计任务来源 2.2.2设计任务分析 2.3功能规划和指标确定 2.4设计原则与原理 2.4.1阿贝原则及其扩展 2.4.2平均读数与误差分离原理 2.4.3比较测量原理 2.4.4补偿原理 2.4.5标准量细分原理 2.4.6其他设计原则 2.5布局与结构设计 2.6数据采集系统设计 2.7智能仪器通信设计 2.8人机接口设计 2.9电源及功耗设计 2.9.1智能仪器的电源设计 2.9.2智能仪器低功耗设计 2.10总体设计的验证和评审 2.10.1总体设计的验证 2.10.2总体设计的评审 思考题与习题 第3章传感器与放大器设计 3.1概述 3.2传感器 3.2.1传感器组成 3.2.2传感器分类 3.2.3传感器的选择 3.2.4传感器的应用技术 3.3信号放大器 3.3.1前置放大器 3.3.2信号放大器的常见形式 3.3.3常用放大器器件及应用 思考题与习题 第4章模数转换电路设计 4.1A/D转换器 4.2比较型A/D转换器 4.2.1逐次比较型A/D转换器的工作原理 4.2.2ADC0809的工作原理及应用 4.2.3AD574A的工作原理及应用 4.3双积分型A/D转换器 4.3.1双积分型A/D转换器的工作原理 4.3.2双积分型A/D转换器的特点 4.3.35G14433的工作原理及应用 4.3.4ICL7135的工作原理及应用 4.4V/F型A/D转换器 4.4.1V/F型A/D转换器的特点 4.4.2LM331的工作原理及应用 4.5∑Δ型A/D转换器 4.5.1工作原理 4.5.2AD7703的工作原理及应用 4.5.3CS5360的工作原理及应用 4.6A/D转换器的选用 4.7信号输出与D/A转换器 4.7.1输出通道的信号种类 4.7.2D/A转换器的性能指标与选用 4.7.3常用D/A转换器 思考题与习题 第5章数据采集通道设计 5.1概述 5.1.1数据采集通道基本组成 5.1.2数据采集通道的特性 5.2数据采集通道的结构 5.2.1集中采集式 5.2.2分散采集式 5.2.3应用实例 5.3数据采集通道的误差分析 5.3.1采样误差 5.3.2模拟电路的误差 5.3.3A/D转换器的误差 5.3.4数据采集通道误差的计算 5.3.5数据采集通道的误差分配实例 思考题与习题 第6章微处理器与可编程器件设计 6.1微处理器 6.2单片机 6.2.1单片机的特点和选择 6.2.2MCS51系列单片机 6.2.3PIC系列单片机 6.2.468系列单片机 6.2.5MCS296系列单片机 6.2.6MSP430单片机 6.2.7ARM单片机 6.3DSP 6.3.1DSP的主要结构 6.3.2DSP的选择和应用 6.4多微处理器系统 6.4.1概述 6.4.2多单片机系统的结构 6.5可编程逻辑器件 6.5.1概述 6.5.2CPLD简介 6.5.3FPGA简介 思考题与习题 第7章软件设计 7.1概述 7.2软件开发环境与编程语言 7.2.1软件开发环境 7.2.2编程语言 7.3结构化程序设计和软件系统结构分析 7.3.1层次结构 7.3.2功能结构 7.3.3进程结构 7.4软件系统的规划和设计步骤 7.4.1软件系统的规划 7.4.2软件系统的设计步骤 7.5数据处理算法 7.5.1概述 7.5.2常用数据处理算法 7.6软件设计实例 7.6.1系统功能 7.6.2硬件电路 7.6.3软件系统规划 7.6.4软件系统框架 思考题与习题 第8章人机界面设计 8.1人机界面 8.1.1人机界面设计概述 8.1.2可用性设计 8.2人机界面的设计原则 8.3人因工程学及其应用 8.3.1人因工程学 8.3.2视觉 8.3.3听觉 8.3.4触觉 8.3.5多感觉 8.3.6人体尺寸及肢体的能力 8.3.7人体对环境的要求 8.4人机界面硬件设计 8.4.1面板构成与布置 8.4.2键盘及其分类 8.4.3显示器 8.4.4显示设计 8.4.5微型打印机 8.5人机界面的软件设计 8.5.1概述 8.5.2直接编程法 8.5.3状态变量法 8.5.4图形用户界面法 8.6人机界面设计的评价 思考题与习题 第9章通信总线与接口设计 9.1数据通信 9.1.1数据通信的基本概念 9.1.2接口总线 9.2串行标准总线 9.2.1RS232C串行接口总线标准 9.2.2RS422、RS423、RS485接口总线标准 9.2.3USB接口总线 9.3并行标准总线 9.3.1GPIB并行接口总线 9.3.2VXI总线 9.3.3CompactPCI和PXI总线 9.4现场总线 9.4.1概述 9.4.2现场总线通信技术 9.5智能仪器上网与TCP/IP协议 9.5.1概述 9.5.2协议与标准 9.5.3以太网接口模块 思考题与习题 第10章结构设计 10.1概述 10.2智能仪器结构设计常用材料 10.2.1金属材料 10.2.2非金属材料 10.3造型设计 10.4常见机箱机柜类型 10.4.1机壳类 10.4.2机箱类 10.4.3机柜类 10.4.4机箱结构方案选择 10.5智能仪器热设计 10.5.1智能仪器的热环境 10.5.2智能仪器热控制的目的 10.5.3热控制的基本要求 10.5.4热控制的基本原则 10.5.5热控制的方法 10.6振动与冲击的隔离 10.7电磁兼容性结构设计 10.8结构的其他设计 思考题与习题 第11章电磁兼容设计 11.1电磁兼容 11.2硬件抗干扰技术 11.2.1屏蔽技术与传输技术 11.2.2接地技术 11.2.3隔离技术 11.2.4布线与配线 11.2.5滤波器 11.2.6灭弧技术 11.2.7电源干扰的抑制 11.3软件干扰抑制技术 11.3.1软件抗干扰的前提条件 11.3.2数据采集误差的软件对策 11.3.3控制状态失常的软件对策 11.3.4程序运行失常的软件对策 思考题与习题 第12章可测性设计 12.1故障诊断 12.1.1故障模型 12.1.2故障测试 12.1.3模拟电路故障检测 12.1.4数字电路的故障检测 12.1.5自检安排 12.2智能仪器的调试 12.2.1可测性设计 12.2.2智能仪器调试过程 12.2.3模拟电路的调试 12.2.4数字电路的调试 12.2.5软件程序的调试 12.2.6开发系统 12.2.7JTAG调试 12.2.8远程更新软件 12.3智能仪器的标定 12.3.1概述 12.3.2测控系统的静态标定 12.3.3测控系统的动态标定 12.3.4力测量装置的标定 12.3.5温度测量装置的标定 12.4智能仪器设计文件 思考题与习题 参考文献