智能仪器原理与设计

目　　录 前言 第１章　绪论……………………………………………………………………………………… １ １．１　概述…………………………………………………………………………………… １ 　　１．１．１　仪器仪表的重要性…………………………………………………………… １ 　　１．１．２　从传统仪器到智能仪器……………………………………………………… １ １．２　智能仪器的结构和特点……………………………………………………………… ２ 　　１．２．１　智能仪器的典型结构………………………………………………………… ２ 　　１．２．２　智能仪器的主要特点………………………………………………………… ２ １．３　智能仪器的发展……………………………………………………………………… ３ 　　１．３．１　智能仪器的发展趋势………………………………………………………… ３ 　　１．３．２　软件技术及虚拟仪器………………………………………………………… ４ 思考题与习题………………………………………………………………………………… ５ 第２章　智能仪器仪表的主机电路……………………………………………………………… ６ ２．１　ＭＣＳ５１系列单片机简介…………………………………………………………… ６ ２．２　主机电路……………………………………………………………………………… ８ ２．３　主机电路举例………………………………………………………………………… ９ 思考题与习题………………………………………………………………………………… ９ 第３章　智能仪器输入／输出通道的设计……………………………………………………… １０ ３．１　模拟量输入通道……………………………………………………………………… １０ 　　３．１．１　Ａ／Ｄ转换器概述…………………………………………………………… １０ 　　３．１．２　逐次比较式Ａ／Ｄ转换器与５１微处理器的接口…………………………… １１ 　　３．１．３　积分式Ａ／Ｄ转换器与５１微处理器的接口………………………………… １９ ３．２　模拟量输出通道……………………………………………………………………… ２５ 　　３．２．１　Ｄ／Ａ转换器概述…………………………………………………………… ２５ 　　３．２．２　Ｄ／Ａ转换器与５１微处理器的接口………………………………………… ２７ 　　３．２．３　Ｄ／Ａ转换器应用举例……………………………………………………… ３２ ３．３　开关量的输入／输出通道…………………………………………………………… ３４ 　　３．３．１　简单Ｉ／Ｏ接口的扩展……………………………………………………… ３４ 　　３．３．２　用可编程芯片扩展Ｉ／Ｏ接口……………………………………………… ３５ 思考题与习题……………………………………………………………………………… ４４ 第４章　智能仪器人机接口…………………………………………………………………… ４５ ４．１　键盘接口……………………………………………………………………………… ４５ 　　４．１．１　键盘的结构特点……………………………………………………………… ４５ 　　４．１．２　非编码键盘的处理…………………………………………………………… ４６ 　　４．１．３　编码键盘的处理……………………………………………………………… ５０ ４．２　ＬＥＤ显示接口……………………………………………………………………… ５９ 　　４．２．１　ＬＥＤ显示器件结构与原理………………………………………………… ５９ 　　４．２．２　七段ＬＥＤ显示及接口……………………………………………………… ６２ 　　４．２．３　点阵ＬＥＤ显示及接口……………………………………………………… ６８ ４．３　通用键盘／ＬＥＤ显示器接口芯片ＨＤ７２７９Ａ ……………………………………… ７１ ４．４　ＬＣＤ显示接口……………………………………………………………………… ７４ 　　４．４．１　ＬＣＤ显示器结构与原理…………………………………………………… ７５ 　　４．４．２　ＬＣＤ显示器驱动方式……………………………………………………… ７５ 　　４．４．３　段码式ＬＣＤ显示器………………………………………………………… ７８ 　　４．４．４　字符点阵式ＬＣＤ显示器…………………………………………………… ７９ ４．５　打印处理技术………………………………………………………………………… ８３ 　　４．５．１　点阵式微型打印机的工作原理……………………………………………… ８３ 　　４．５．２　ＧＰ１６微型打印机及其应用………………………………………………… ８５ ４．６　触摸屏处理技术……………………………………………………………………… ８７ 　　４．６．１　触摸屏的结构及特点………………………………………………………… ８８ 　　４．６．２　触摸屏控制器ＡＤＳ７８４３ …………………………………………………… ９１ 　　４．６．３　触摸屏应注意的问题………………………………………………………… ９２ 思考题与习题……………………………………………………………………………… ９３ 第５章　智能仪器的通信接口………………………………………………………………… ９４ ５．１　并行通信接口………………………………………………………………………… ９４ 　　５．１．１　Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ标准并行接口…………………………………………………… ９５ 　　５．１．２　ＧＰＩＢ （ＩＥＥＥ４８８）通用接口总线……………………………………… １０１ ５．２　串行通信接口……………………………………………………………………… １０８ 　　５．２．１　串行通信基本概念………………………………………………………… １０９ 　　５．２．２　ＲＳ２３２Ｃ标准串行接口…………………………………………………… １１０ 　　５．２．３　ＲＳ４２２Ａ与ＲＳ４２３Ａ标准串行接口……………………………………… １１５ 　　５．２．４　ＲＳ４８５标准串行接口……………………………………………………… １１７ 　　５．２．５　智能仪器间串行通信实例………………………………………………… １１８ ５．３　其他通信接口技术………………………………………………………………… １２４ 　　５．３．１　ＵＳＢ通信技术……………………………………………………………… １２４ 　　５．３．２　以太网接口技术…………………………………………………………… １２７ 　　５．３．３　现场总线ＣＡＮ …………………………………………………………… １３０ 　　５．３．４　蓝牙接口技术……………………………………………………………… １４３ 思考题与习题……………………………………………………………………………… １５８ 第６章　智能仪器典型处理功能……………………………………………………………… １５９ ６．１　硬件故障的自检…………………………………………………………………… １５９ 　　６．１．１　自检方式…………………………………………………………………… １６０ 　　６．１．２　自检算法…………………………………………………………………… １６０ 　　６．１．３　自检软件…………………………………………………………………… １６４ ６．２　自动测量功能……………………………………………………………………… １６５ 　　６．２．１　自动量程转换……………………………………………………………… １６５ 　　６．２．２　自动触发电平调节………………………………………………………… １６７ 　　６．２．３　自动零点调整……………………………………………………………… １６８ 　　６．２．４　自动校准…………………………………………………………………… １６９ ６．３　误差处理技术……………………………………………………………………… １６９ 　　６．３．１　随机误差的处理方法……………………………………………………… １７０ 　　６．３．２　系统误差的处理方法……………………………………………………… １７２ 　　６．３．３　粗大误差的处理方法……………………………………………………… １７７ ６．４　数字滤波技术……………………………………………………………………… １７８ 　　６．４．１　算术平均滤波……………………………………………………………… １７９ 　　６．４．２　去极值平均滤波…………………………………………………………… １８０ 　　６．４．３　中位值平均滤波…………………………………………………………… １８０ 　　６．４．４　滑动平均滤波……………………………………………………………… １８１ 　　６．４．５　加权滑动平均滤波………………………………………………………… １８２ 　　６．４．６　一阶惯性滤波……………………………………………………………… １８４ 　　６．４．７　程序判断滤波……………………………………………………………… １８５ 　　６．４．８　复合滤波…………………………………………………………………… １８６ 思考题与习题……………………………………………………………………………… １８６ 第７章　智能仪器的抗干扰技术……………………………………………………………… １８７ ７．１　常见干扰源分析…………………………………………………………………… １８７ 　　７．１．１　串模干扰、共模干扰及电源干扰………………………………………… １８７ 　　７．１．２　数字电路的干扰…………………………………………………………… １８８ ７．２　智能仪器硬件抗干扰技术………………………………………………………… １８９ 　　７．２．１　串模干扰的抑制…………………………………………………………… １９０ 　　７．２．２　共模干扰的抑制…………………………………………………………… １９２ 　　７．２．３　输入／输出通道干扰的抑制………………………………………………… １９３ 　　７．２．４　总线的抗干扰设计………………………………………………………… １９３ 　　７．２．５　地线干扰的抑制…………………………………………………………… １９５ ７．３　智能仪器软件抗干扰技术………………………………………………………… １９６ 　　７．３．１　ＣＰＵ抗干扰技术…………………………………………………………… １９６ 　　７．３．２　输入／输出的抗干扰技术…………………………………………………… １９８ 思考题与习题……………………………………………………………………………… １９９ 第８章　智能仪器仪表的设计方法和设计实例……………………………………………… ２００ ８．１　智能仪器设计的基本要求及原则………………………………………………… ２００ 　　８．１．１　智能仪器设计的基本要求………………………………………………… ２００ 　　８．１．２　智能仪器的设计原则……………………………………………………… ２０１ 　　８．１．３　智能仪器的设计研制过程………………………………………………… ２０２ ８．２　智能电子秤的设计………………………………………………………………… ２０３ 　　８．２．１　总体设计…………………………………………………………………… ２０３ 　　８．２．２　硬件设计…………………………………………………………………… ２０４ 　　８．２．３　软件设计…………………………………………………………………… ２０７ 　　８．２．４　系统调试…………………………………………………………………… ２１６ ８．３　智能型温度测量仪………………………………………………………………… ２１９ 　　８．３．１　总体设计…………………………………………………………………… ２１９ 　　８．３．２　硬件设计…………………………………………………………………… ２２０ 　　８．３．３　软件设计…………………………………………………………………… ２２６ 　　８．３．４　系统调试…………………………………………………………………… ２３４ ８．４　便携式酒精测试仪………………………………………………………………… ２３６ 　　８．４．１　总体设计…………………………………………………………………… ２３６ 　　８．４．２　硬件设计…………………………………………………………………… ２３６ 　　８．４．３　软件设计…………………………………………………………………… ２４２ 思考题与习题……………………………………………………………………………… ２４９ 参考文献………………………………………………………………………………………… ２５０