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第1章 概论 1

1.1概述 1

1.1.1测控仪器的概念 1

1.1.2测控仪器和系统的地位与作用 2

1.2测控仪器的基本构成 3

1.2.1测控仪器的基本构成 3

1.2.2测控仪器的功能特点 4

1.3测控仪器的发展状况与前景 5

1.3.1测控仪器的发展状况 5

1.3.2虚拟仪器 7

1.4本课程的目的与要求 10

第2章 测控仪器总体设计 11

2.1设计指导思想和设计步骤 11

2.1.1测控仪器性能指标 11

2.1.2设计指导思想 12

2.1.3设计步骤 13

2.2测控仪器的组成及设计任务分析 14

2.2.1测控仪器的组成 14

2.2.2设计任务分析 16

2.3测控仪器设计原则 17

2.3.1从原理出发提高精度的原则 17

2.3.2变形最小原则 18

2.3.3坐标系基准统一原则 18

2.3.4最短测量链原则 18

2.3.5精度匹配原则 18

2.3.6运动学设计原则 19

2.3.7阿贝原则 19

2.3.8硬件、软件协调优化设计原则 19

2.3.9可靠性原则 19

2.3.10经济性原则 19

2.4测控仪器可靠性设计 20

2.4.1可靠性设计意义 20

2.4.2可靠性设计基本原则和任务 20

2.4.3可靠性设计基本内容 21

2.4.4可靠性设计步骤 23

第3章 仪器误差分析 24

3.1仪器误差基本概念 24

3.1.1误差定义及表示法 24

3.1.2误差类型 25

3.1.3精度 27

3.2仪器误差来源与性质 28

3.2.1原理误差 28

3.2.2原始误差 29

3.3仪器误差分析与计算 29

3.3.1误差独立作用原理 29

3.3.2微分法 30

3.3.3几何法 30

3.3.4逐步投影法 31

3.3.5作用线与瞬时臂法 32

3.4仪器误差合成 32

3.4.1随机误差合成 32

3.4.2系统误差合成 33

3.4.3系统误差与随机误差合成 34

3.5仪器误差分配 35

3.5.1系统误差分配 35

3.5.2随机误差和未定系统误差分配 36

3.5.3按可能性调整公差 36

第4章 测控仪器硬件电路设计 38

4.1电路系统的设计准则 38

4.1.1测控电路的组成及作用 38

4.1.2对测控电路的一般要求 39

4.1.3电路系统的设计准则 40

4.2典型传感器接口电路设计 41

4.2.1热电阻接口电路 41

4.2.2电容传感器接口电路 42

4.2.3电位器式传感器接口电路 43

4.2.4差分变压器式传感器接口电路 44

4.2.5压阻式压力传感器接口电路 45

4.2.6压电晶体传感器接口电路 46

4.2.7光电二极管接口电路 46

4.3中央处理模块设计 47

4.3.1以计算机为核心的中央处理系统 47

4.3.2基于单片机的主机电路 48

4.3.3基于微型计算机的主机电路 56

4.4输入输出通道及通信接口设计 57

4.4.1模拟输入通道 57

4.4.2模拟输出通道 64

4.4.3开关量输入／输出通道 67

4.4.4测控仪器通信接口 71

4.5测控仪器的抗干扰技术及可靠性设计 73

4.5.1测控仪器电路系统的抗干扰技术 73

4.5.2电路系统的可靠性与故障诊断技术 75

第5章 测控仪器软件设计 77

5.1接口程序设计 77

5.1.1 ADC0809与8031接口程序 77

5.1.2 DAC0832与8031接口程序 78

5.1.3人-机接口程序 79

5.2控制算法 84

5.2.1测量数据处理有效性 85

5.2.2克服随机误差的数字滤波法 85

5.3数字PID控制算法 87

5.3.1位置式和增量式PID控制算法 87

5.3.2改进的PID控制算法 89

5.4自动量程转换与标度变换 92

5.4.1量程自动转换电路的控制 92

5.4.2标度变换 92

5.5校正算法 95

5.5.1系统误差模型的建立 95

5.5.2零位误差和增益误差的校正 98

5.6硬件故障的自诊断 99

第6章 测控仪器设计实例 101

6.1数字温控器的设计 101

6.1.1数字温控器的设计要求 101

6.1.2数字温控器设计任务分析 101

6.1.3数字温控器硬件设计 102

6.1.4数字温控器软件设计 107

6.2光栅位移显示仪的设计 111

6.2.1光栅位移显示仪设计要求 111

6.2.2光栅位移检测原理 111

6.2.3光栅位移显示仪总体方案设计 111

6.2.4光栅位移显示仪硬件设计 112

6.2.5光栅位移显示仪软件设计 115

参考文献 118