智能仪器原理与设计

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，并参考靠前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。

朱兆优，1989年大学毕业留校后，一直从事实验、理论教学、科研和管理工作；兼任全国应用型人才培养工程综合技能大赛组委会专家成员；全国高校毕业生就业协会校企合作委员会专家成员；全国信息技术应用水平大赛STC单片机系统设计竞赛委员会专家成员，出版单片机原理与应用、智能设计原理与设计，以及电子电路设计技术等著作。

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
2.1.1STC89系列单片机10
2.1.2STC15Fxx系列单片机11
2.1.3STC15Wxx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
2.2.1ARM概念及其发展14
2.2.2ARM选型与应用15
2.3DSP数字处理器16
2.3.1DSP技术概念及其发展16
2.3.2DSP处理器的主要结构特点16
2.3.3DSP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
4.4.2ADC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
5.1.1A/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
5.2.1D/A转换器件的选择70
5.2.2模拟输出通道的设计70
5.2.3PWM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-IB77
6.1.1GP-IB标准接口概述77
6.1.2GP-IB接口芯片80
6.2串行通信标准RS-232与RS-48580
6.2.1RS-232标准及接口芯片80
6.2.2RS-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USB86
6.3.2现场总线CAN87
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
8.2.1GP-16微型打印机的接口电路114
8.2.2GP-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
11.3.3RLC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
14.1C51概述275
14.2C51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
14.3C51流程控制语句278
14.3.1if语句278
14.3.2switch语句279
14.3.3for语句279
14.3.4while和do-while语句280
14.3.5其他语句280
14.4C51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
14.4.4typedef类型定义284
14.5C51和标准C语言的异同284
14.5.1KeilC51数据类型284
14.5.28051的特殊功能寄存器284
14.5.38051的存储类型285
14.5.4KeilC51的指针287
14.5.5“文件包含”处理288
14.5.6KeilC51的使用288
14.5.7C51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