智能仪器设计基础 / 普通高等教育测控技术与仪器专业系列教材
定价：￥59.80
作者： 张自嘉，陈海秀，赵兴强
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111809968
- 1-1
- 433
内容简介
本书以培养学生掌握与提高智能仪器设计方法与能力为主要目标，系统讲述智能仪器的概念、特点和发展趋势，以及智能仪器的基本结构、设计要求、方法与步骤等，围绕智能仪器各个部分，深入讲解各功能模块的设计。内容共11章，包括智能仪器概述、微控制器与可编程逻辑器件、直流电源与基准源电路设计、信号调理电路设计、数据转换电路设计、开关量与控制器接口设计、人机交互接口电路设计、总线与通信接口电路设计、基本数据处理与自动测量、可靠性与电磁兼容性设计以及智能仪器设计与实例。
本书可作为测控技术与仪器、物联网工程、自动化、电子信息工程等相关专业本科生的教材，也可作为测控技术、自动化、物联网、电子信息、电气、机器人等领域工程技术人员的参考用书。
本书配有教学课件、教学大纲和习题答案，选用本书作教材的教师可登录www.cmpedu.com注册后下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。
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目录
目录
前言
第1章 智能仪器概述 1
1.1 智能仪器的概念 1
1.2 智能仪器的特点 3
1.3 智能仪器的发展趋势 3
1.4 智能仪器的基本结构 5
1.5 本课程的学习方法 6
习题 7
第2章 微控制器与可编程逻辑器件 8
2.1 微控制器概述 8
2.2 8位微控制器 9
2.3 16位微控制器 13
2.4 32位微控制器 14
2.5 带有TFT-LCD的单片机 15
2.6 可编程逻辑器件简介 16
习题 17
第3章 直流电源与基准源电路设计 18
3.1 概述 18
3.2 直流稳压电源设计 21
3.2.1 线性稳压电源设计 21
3.2.2 开关型稳压电源设计 23
3.3 基准电压源设计 26
3.3.1 基准电压源的原理 26
3.3.2 基准电压源电路设计 29
3.4 基准电流源设计 31
习题 33
第4章 信号调理电路设计 34
4.1 数据采集电路结构 34
4.2 模拟多路开关 36
4.2.1 模拟多路开关的特性 36
4.2.2 常用集成模拟多路开关 38
4.2.3 模拟多路开关的应用 40
4.3 放大器概述 41
4.3.1 晶体管放大器 41
4.3.2 集成运算放大器 42
4.4 仪表放大器 43
4.5 程控增益放大器 46
4.6 隔离放大器 48
4.7 差分输入放大器 52
4.8 全差分放大器 53
4.9 电流反馈运算放大器 56
4.10 基本运算放大电路及设计 57
4.10.1 基本运算放大电路 57
4.10.2 单电源运算放大电路 58
4.10.3 加法电路 59
4.10.4 运算放大电路的零点电压调节 60
4.11 有源滤波电路设计 61
习题 65
第5章 数据转换电路设计 67
5.1 ADC与采样/保持电路 67
5.1.1 ADC 67
5.1.2 采样/保持电路 68
5.1.3 集成采样/保持器 68
5.1.4 采样/保持器的主要参数 70
5.2 ADC类型 70
5.2.1 并行比较型ADC 70
5.2.2 双积分型ADC 71
5.2.3 逐次逼近型ADC 73
5.2.4 Σ-Δ（sigma-delta）型ADC 74
5.2.5 流水线（pipeline）型ADC 75
5.3 ADC的主要参数 77
5.4 ADC的模拟输入信号分类 80
5.5 ADC与微控制器接口电路设计 83
5.5.1 并行输出ADC与微控制器的连接 85
5.5.2 串行输出ADC与微控制器的连接 92
5.6 DAC 98
5.6.1 DAC概述 98
5.6.2 DAC的原理 99
5.6.3 DAC的主要参数 103
5.7 DAC与微控制器接口电路设计 105
5.7.1 串行接口DAC与微控制器的连接 105
5.7.2 并行接口DAC与微控制器的连接 108
5.8 数字电位器 112
习题 113
第6章 开关量与控制器接口设计 115
6.1 概述 115
6.2 光电耦合器及接口设计 116
6.2.1 光电耦合器的分类与特性 116
6.2.2 光电耦合器接口设计 119
6.3 继电器隔离及接口 120
6.4 开关量输入接口 123
6.5 开关量输出接口 124
6.5.1 输出隔离接口 124
6.5.2 输出驱动接口 126
6.5.3 直流电动机驱动接口 129
6.5.4 固态继电器输出接口 131
6.6 控制器的开关量输入、输出接口设计 133
6.6.1 PLC的开关量输入接口 133
6.6.2 PLC的开关量输出接口 135
6.7 数字隔离器 136
习题 138
第7章 人机交互接口电路设计 139
7.1 键盘与接口 139
7.1.1 按键及接口 139
7.1.2 键盘 141
7.2 LED显示器 144
7.2.1 段码式LED显示器及接口 145
7.2.2 点阵式LED显示器及接口 149
7.3 LCD 150
7.3.1 LCD的工作原理 151
7.3.2 笔段式LCD及接口 152
7.3.3 点阵式LCD及接口 155
7.4 触摸屏技术 161
7.5 触摸屏控制器 165
7.5.1 电阻式触摸屏控制器 165
7.5.2 电容式触摸屏控制器 167
习题 168
第8章 总线与通信接口电路设计 169
8.1 总线与数据通信概述 169
8.1.1 概述 169
8.1.2 串行通信中的差错检测与控制 170
8.2 同步串行通信接口 172
8.2.1 I2C总线 172
8.2.2 SPI总线 174
8.3 异步串行通信接口 176
8.4 Modbus通信协议 181
8.5 USB通用串行总线 184
8.5.1 USB的特点 185
8.5.2 USB的接口芯片与电路设计 189
8.6 现场总线 191
8.6.1 现场总线概述 191
8.6.2 CAN总线 192
8.6.3 工业以太网 195
8.7 短距无线数据传输技术 197
习题 200
第9章 基本数据处理与自动测量 201
9.1 随机误差的数字滤波方法 201
9.2 系统误差校正方法 205
9.2.1 利用误差模型校正系统误差 205
9.2.2 利用离散数据校正系统误差 206
9.2.3 利用校正数据校正系统误差 212
9.3 传感器的非线性校正方法 213
9.3.1 利用离散数据建立模型方法校正传感器的非线性 213
9.3.2 利用校正函数法进行传感器的非线性校正 216
9.4 粗大误差的处理方法 218
9.5 温度误差的校正方法 219
9.6 测量数据的标度变换 220
9.6.1 线性标度变换 220
9.6.2 非线性参数的标度变换 221
9.7 自动测量技术 222
9.7.1 量程自动转换 222
9.7.2 触发电平自动调节 223
9.8 自动校准技术 224
习题 227
第10章 可靠性与电磁兼容性设计 228
10.1 可靠性与电磁兼容性概述 228
10.2 可靠性的概念及影响因素 228
10.2.1 可靠性的基本概念 228
10.2.2 影响可靠性的主要因素 230
10.3 硬件可靠性设计 231
10.4 软件可靠性设计 233
10.4.1 软件可靠性概述 233
10.4.2 软件可靠性设计 234
10.5 干扰源与电磁兼容性分析 236
10.5.1 干扰的定义与来源 236
10.5.2 干扰的分类 238
10.5.3 干扰的耦合方式 239
10.6 抑制电磁干扰与电磁兼容性设计 241
10.6.1 隔离技术 242
10.6.2 滤波技术 242
10.6.3 屏蔽技术与双绞线传输 243
10.6.4 接地技术 246
10.6.5 抗干扰的其他技术与措施 249
10.6.6 电磁兼容性设计 251
习题 251
第11章 智能仪器设计与实例 252
11.1 智能仪器的设计要求、方法及步骤 252
11.1.1 智能仪器的设计要求 252
11.1.2 智能仪器的设计方法 254
11.1.3 智能仪器的设计步骤 257
11.2 智能仪器的总体设计 258
11.3 电阻温度检测器（RTD）的设计 260
11.4 多通道同步数据采集系统设计 269
习题 277
参考文献 278
前言
第1章 智能仪器概述 1
1.1 智能仪器的概念 1
1.2 智能仪器的特点 3
1.3 智能仪器的发展趋势 3
1.4 智能仪器的基本结构 5
1.5 本课程的学习方法 6
习题 7
第2章 微控制器与可编程逻辑器件 8
2.1 微控制器概述 8
2.2 8位微控制器 9
2.3 16位微控制器 13
2.4 32位微控制器 14
2.5 带有TFT-LCD的单片机 15
2.6 可编程逻辑器件简介 16
习题 17
第3章 直流电源与基准源电路设计 18
3.1 概述 18
3.2 直流稳压电源设计 21
3.2.1 线性稳压电源设计 21
3.2.2 开关型稳压电源设计 23
3.3 基准电压源设计 26
3.3.1 基准电压源的原理 26
3.3.2 基准电压源电路设计 29
3.4 基准电流源设计 31
习题 33
第4章 信号调理电路设计 34
4.1 数据采集电路结构 34
4.2 模拟多路开关 36
4.2.1 模拟多路开关的特性 36
4.2.2 常用集成模拟多路开关 38
4.2.3 模拟多路开关的应用 40
4.3 放大器概述 41
4.3.1 晶体管放大器 41
4.3.2 集成运算放大器 42
4.4 仪表放大器 43
4.5 程控增益放大器 46
4.6 隔离放大器 48
4.7 差分输入放大器 52
4.8 全差分放大器 53
4.9 电流反馈运算放大器 56
4.10 基本运算放大电路及设计 57
4.10.1 基本运算放大电路 57
4.10.2 单电源运算放大电路 58
4.10.3 加法电路 59
4.10.4 运算放大电路的零点电压调节 60
4.11 有源滤波电路设计 61
习题 65
第5章 数据转换电路设计 67
5.1 ADC与采样/保持电路 67
5.1.1 ADC 67
5.1.2 采样/保持电路 68
5.1.3 集成采样/保持器 68
5.1.4 采样/保持器的主要参数 70
5.2 ADC类型 70
5.2.1 并行比较型ADC 70
5.2.2 双积分型ADC 71
5.2.3 逐次逼近型ADC 73
5.2.4 Σ-Δ（sigma-delta）型ADC 74
5.2.5 流水线（pipeline）型ADC 75
5.3 ADC的主要参数 77
5.4 ADC的模拟输入信号分类 80
5.5 ADC与微控制器接口电路设计 83
5.5.1 并行输出ADC与微控制器的连接 85
5.5.2 串行输出ADC与微控制器的连接 92
5.6 DAC 98
5.6.1 DAC概述 98
5.6.2 DAC的原理 99
5.6.3 DAC的主要参数 103
5.7 DAC与微控制器接口电路设计 105
5.7.1 串行接口DAC与微控制器的连接 105
5.7.2 并行接口DAC与微控制器的连接 108
5.8 数字电位器 112
习题 113
第6章 开关量与控制器接口设计 115
6.1 概述 115
6.2 光电耦合器及接口设计 116
6.2.1 光电耦合器的分类与特性 116
6.2.2 光电耦合器接口设计 119
6.3 继电器隔离及接口 120
6.4 开关量输入接口 123
6.5 开关量输出接口 124
6.5.1 输出隔离接口 124
6.5.2 输出驱动接口 126
6.5.3 直流电动机驱动接口 129
6.5.4 固态继电器输出接口 131
6.6 控制器的开关量输入、输出接口设计 133
6.6.1 PLC的开关量输入接口 133
6.6.2 PLC的开关量输出接口 135
6.7 数字隔离器 136
习题 138
第7章 人机交互接口电路设计 139
7.1 键盘与接口 139
7.1.1 按键及接口 139
7.1.2 键盘 141
7.2 LED显示器 144
7.2.1 段码式LED显示器及接口 145
7.2.2 点阵式LED显示器及接口 149
7.3 LCD 150
7.3.1 LCD的工作原理 151
7.3.2 笔段式LCD及接口 152
7.3.3 点阵式LCD及接口 155
7.4 触摸屏技术 161
7.5 触摸屏控制器 165
7.5.1 电阻式触摸屏控制器 165
7.5.2 电容式触摸屏控制器 167
习题 168
第8章 总线与通信接口电路设计 169
8.1 总线与数据通信概述 169
8.1.1 概述 169
8.1.2 串行通信中的差错检测与控制 170
8.2 同步串行通信接口 172
8.2.1 I2C总线 172
8.2.2 SPI总线 174
8.3 异步串行通信接口 176
8.4 Modbus通信协议 181
8.5 USB通用串行总线 184
8.5.1 USB的特点 185
8.5.2 USB的接口芯片与电路设计 189
8.6 现场总线 191
8.6.1 现场总线概述 191
8.6.2 CAN总线 192
8.6.3 工业以太网 195
8.7 短距无线数据传输技术 197
习题 200
第9章 基本数据处理与自动测量 201
9.1 随机误差的数字滤波方法 201
9.2 系统误差校正方法 205
9.2.1 利用误差模型校正系统误差 205
9.2.2 利用离散数据校正系统误差 206
9.2.3 利用校正数据校正系统误差 212
9.3 传感器的非线性校正方法 213
9.3.1 利用离散数据建立模型方法校正传感器的非线性 213
9.3.2 利用校正函数法进行传感器的非线性校正 216
9.4 粗大误差的处理方法 218
9.5 温度误差的校正方法 219
9.6 测量数据的标度变换 220
9.6.1 线性标度变换 220
9.6.2 非线性参数的标度变换 221
9.7 自动测量技术 222
9.7.1 量程自动转换 222
9.7.2 触发电平自动调节 223
9.8 自动校准技术 224
习题 227
第10章 可靠性与电磁兼容性设计 228
10.1 可靠性与电磁兼容性概述 228
10.2 可靠性的概念及影响因素 228
10.2.1 可靠性的基本概念 228
10.2.2 影响可靠性的主要因素 230
10.3 硬件可靠性设计 231
10.4 软件可靠性设计 233
10.4.1 软件可靠性概述 233
10.4.2 软件可靠性设计 234
10.5 干扰源与电磁兼容性分析 236
10.5.1 干扰的定义与来源 236
10.5.2 干扰的分类 238
10.5.3 干扰的耦合方式 239
10.6 抑制电磁干扰与电磁兼容性设计 241
10.6.1 隔离技术 242
10.6.2 滤波技术 242
10.6.3 屏蔽技术与双绞线传输 243
10.6.4 接地技术 246
10.6.5 抗干扰的其他技术与措施 249
10.6.6 电磁兼容性设计 251
习题 251
第11章 智能仪器设计与实例 252
11.1 智能仪器的设计要求、方法及步骤 252
11.1.1 智能仪器的设计要求 252
11.1.2 智能仪器的设计方法 254
11.1.3 智能仪器的设计步骤 257
11.2 智能仪器的总体设计 258
11.3 电阻温度检测器（RTD）的设计 260
11.4 多通道同步数据采集系统设计 269
习题 277
参考文献 278
