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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 智能仪器的结构 2

1.2.2 智能仪器的主要特点 3

1.3 智能仪器的发展 5

1.3.1 智能仪器的发展趋势 5

1.3.2 促进智能仪器发展的新技术 6

1.3.3 基于知识的高级智能仪器 9

思考题与习题 10

第2章 智能仪器中的微处理器 11

2.1 智能仪器中微处理器的选择 11

2.2 MCS-51系列单片机 11

2.2.1 基本型单片机 12

2.2.2 精简型单片机 12

2.2.3 精简增强型单片机 13

2.2.4 高档型单片机 14

2.3 PIC系列单片机 15

2.4 68系列单片机 17

2.5 MSP-430系列单片机 17

2.6 ARM单片机 18

2.6.1 AT91系列ARM单片机 19

2.6.2 LPC2100/LPC2200系列ARM单片机 19

2.6.3 EP系列ARM单片机 20

2.6.4 ARM单片机的选择 21

2.6.5 ARM单片机的应用 21

2.7 数字信号处理器 22

2.7.1 DSP的特点 22

2.7.2 TI公司的TMS320系列DSP 23

2.7.3 TMS320C2000系列DSP简介 24

2.7.4 DSP在智能仪器中的应用 24

思考题与习题 25

第3章 数据采集技术 26

3.1 概述 26

3.2 测量放大器 28

3.2.1 基本要求 28

3.2.2 通用测量放大器 29

3.2.3 可编程测量放大器 30

3.2.4 隔离放大器 30

3.2.5 放大器的设置 31

3.3 模拟多路转换器MUX 33

3.3.1 模拟多路转换器的功能 33

3.3.2 模拟多路转换器的配置 33

3.3.3 常用的半导体多路转换器芯片 34

3.3.4 多路测量通道的串音问题 37

3.4 采样保持电路 38

3.4.1 采样保持器设置原则 38

3.4.2 采样保持器工作原理 39

3.4.3 常用采样保持器芯片 40

3.4.4 保持电容器的选择 42

3.5 A/D转换器（ADC）及其接口设计 42

3.5.1 ADC的主要技术指标 42

3.5.2 与单片机接口的考虑 43

3.5.3 ADC的选择 44

3.5.4 抑制系统误差的方法 45

3.6 逐次逼近型A/D转换器及其接口 47

3.6.1 逐次逼近型A/D转换器的基本原理 47

3.6.2 TLC2543介绍及其与微机的接口 47

3.7 双积分A/D转换器及其接口 53

3.7.1 双积分A/D转换器的原理 53

3.7.2 ICL7135硬件描述与输出波形 55

3.7.3 ICL7135与MCS-51单片机I/O直接连接接口 56

3.8 ∑-△型A/D转换器及其接口 59

3.8.1 ∑-△型A/D转换器的工作原理 59

3.8.2 ∑-△式AD7703介绍 62

3.8.3 AD7703与单片机的接口 64

3.9 数据采集系统设计 66

3.9.1 数据采集系统的特性 66

3.9.2 数据采集系统误差分析 67

3.9.3 数据采集系统的误差分配举例 69

思考题与习题 73

第4章 模拟量与控制信号输出系统 74

4.1 概述 74

4.1.1 输出通道的结构 74

4.1.2 输出通道的特点 75

4.2 模拟量输出与接口 75

4.2.1 D/A转换器原理 75

4.2.2 技术特性 76

4.3 集成DAC及其应用 77

4.3.1 DAC的分类 77

4.3.2 单片集成DAC举例 77

4.3.3 DAC的应用 80

4.4 数字量输出与接口 83

4.4.1 光耦合器及其接口 83

4.4.2 继电器及其接口 86

思考题与习题 90

第5章 智能仪器外设处理技术 92

5.1 键盘处理技术 92

5.1.1 按键类型 92

5.1.2 键抖动、键连击及串键的处理 92

5.1.3 键盘处理步骤 93

5.1.4 键盘的组织形式和工作方式 94

5.1.5 非编码键盘的处理 94

5.1.6 编码键盘的处理 98

5.2 LED显示处理技术 98

5.2.1 LED数码显示器结构与原理 98

5.2.2 硬件译码与软件译码 100

5.2.3 静态显示与动态显示 100

5.3 通用键盘／显示器接口芯片HD7279A 102

5.3.1 引脚功能、串行接口及其电特性 102

5.3.2 HD7279A的时序 103

5.3.3 HD7279A的控制指令 105

5.3.4 HD7279A的应用与注意事项 108

5.3.5 HD7279A的接口程序设计实例 109

5.4 LCD显示处理技术 111

5.4.1 LCD显示器结构与原理 112

5.4.2 LCD显示器驱动方式 112

5.4.3 段码式LCD显示器的静态和动态驱动接口 114

5.4.4 字符点阵式LCD显示器接口 116

5.5 打印处理技术 125

5.5.1 点阵式微型打印机的工作原理 125

5.5.2 GP-16微型打印机及其应用 126

5.6 触摸屏处理技术 129

5.6.1 触摸屏的结构及特点 129

5.6.2 触摸屏控制器ADS7843 132

5.6.3 ADS7843接口方法 135

5.6.4 实际应用时应注意的问题 136

思考题与习题 136

第6章 智能仪器中的通信接口技术 138

6.1 数据通信基础 138

6.1.1 数据通信的基础知识 138

6.1.2 差错控制技术 140

6.1.3 通信规程与同步技术 141

6.2 串行通信接口 143

6.2.1 串行通信基本概念 143

6.2.2 RS-232C标准串行接口 143

6.2.3 RS-422A与RS-423A标准串行接口 146

6.2.4 RS-485标准串行接口 147

6.2.5 智能仪器间串行通信实例 149

6.3 并行通信接口 153

6.3.1 Centronics标准并行接口 153

6.3.2 GP-IB（IEEE-488）总线 153

6.4 USB通用串行总线 156

6.4.1 USB的特点 156

6.4.2 USB的系统描述 156

6.4.3 USB总线协议 157

6.4.4 USB数据流 158

6.4.5 USB的容错性能 158

6.4.6 USB设备 159

6.4.7 USB系统设置 159

6.4.8 USB系统中的主机 160

6.4.9 基于USB总线的数据采集设备的设计实例 160

6.5 其他通信接口技术 161

6.5.1 以太网接口技术 161

6.5.2 现场总线CAN 165

6.5.3 蓝牙接口技术 166

思考题与习题 166

第7章 智能仪器的自检与抗干扰技术 167

7.1 硬件故障的自检 167

7.1.1 自检方式 167

7.1.2 自检算法 167

7.1.3 自检软件 169

7.2 常见干扰源分析 171

7.2.1 串模干扰、共模干扰及电源干扰 171

7.2.2 数字电路的干扰 172

7.3 智能仪器硬件抗干扰技术 174

7.3.1 串模干扰的抑制 174

7.3.2 共模干扰的抑制 176

7.3.3 输入／输出通道干扰的抑制 177

7.3.4 总线的抗干扰设计 180

7.3.5 地线干扰的抑制 181

7.4 智能仪器软件抗干扰技术 182

7.4.1 CPU抗干扰技术 182

7.4.2 输入／输出的抗干扰技术 186

7.4.3 系统的恢复 187

思考题与习题 189

第8章 数据处理及程序设计 190

8.1 测量数据的非数值处理 190

8.1.1 数据结构 190

8.1.2 线性表查表技术 191

8.1.3 链表的插入、删除和查找 195

8.1.4 排序 198

8.2 系统误差的数据处理 201

8.2.1 系统误差模型的建立 201

8.2.2 系统误差的标准数据校正法 205

8.2.3 非线性校正 206

8.2.4 零位误差和增益误差的校正 209

8.2.5 温度误差的补偿 210

8.3 数字滤波技术 210

8.3.1 限幅滤波 210

8.3.2 中位值滤波 211

8.3.3 算术平均值滤波 212

8.3.4 滑动平均值滤波 213

8.3.5 低通数字滤波 215

8.4 量程自动转换 216

8.4.1 一般要求 216

8.4.2 自动量程转换电路举例 216

8.4.3 量程自动转换电路的控制 217

8.4.4 量程自动转换电路的保护 218

8.5 智能仪器系统软件的组成与设计 220

8.5.1 监控主程序 220

8.5.2 键盘管理 221

8.5.3 中断管理及处理 222

8.5.4 子程序模块 223

思考题与习题 224

第9章 智能仪器设计及实例 226

9.1 智能仪器设计的基本要求及原则 226

9.1.1 智能仪器设计的基本要求 226

9.1.2 智能仪器的设计原则 226

9.2 智能仪器的设计研制过程 227

9.3 智能工频电参数测量仪的设计 228

9.3.1 总体设计及系统工作原理 228

9.3.2 输入电路设计及误差分析 231

9.3.3 CPU及采样保持、A/D转换电路的设计 233

9.3.4 锁相倍频电路的设计 235

9.3.5 RS-485串行通信接口电路设计及通信协议 236

9.3.6 电磁兼容设计 237

9.4 基于热电偶的智能温度数显表的设计 238

9.4.1 总体设计 238

9.4.2 主要电路设计 239

9.4.3 软件设计 242

9.5 智能混合气体识别仪的设计 243

9.5.1 总体设计 243

9.5.2 电路设计 244

9.5.3 气体识别及检测算法 246

9.5.4 软件设计 246

思考题与习题 248

参考文献 249