智能儀表開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)例解析

前言

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，測(cè)控儀器儀表的智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化已成為整個(gè)行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，同時(shí)也日益成為工程界和科技界人士所關(guān)注的重要問(wèn)題之一。因此，了解和熟悉智能儀器儀表的工作原理、研制開(kāi)發(fā)流程、設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法是十分重要和必要的。鑒于目前國(guó)內(nèi)專(zhuān)門(mén)介紹智能儀表研制開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的書(shū)籍較少，而且所介紹的內(nèi)容涉及面較窄，往往難以聯(lián)系到具體實(shí)例，難以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，而廣大讀者又迫切需要掌握該領(lǐng)域的新技術(shù)，希望結(jié)合具體實(shí)例來(lái)學(xué)習(xí)掌握智能儀表的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方法。為此，我們基于具體實(shí)例，將近年來(lái)從事科研和教學(xué)工作中積累的經(jīng)驗(yàn)及部分科研成果加以系統(tǒng)總結(jié)，并參考國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)家提供的最新資料后撰成本書(shū)。為了使讀者能夠?qū)⒏鞣矫嬷R(shí)系統(tǒng)化，有一個(gè)系統(tǒng)工程的概念，并樹(shù)立智能儀器儀表開(kāi)發(fā)整體概念，本書(shū)從一開(kāi)始就引出一個(gè)智能儀器儀表設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)例，并將其分解成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，通過(guò)對(duì)這幾個(gè)功能模塊的開(kāi)發(fā)介紹，來(lái)闡述智能儀器儀表的設(shè)計(jì)思想和開(kāi)發(fā)方法。在此之后又介紹了幾個(gè)工程實(shí)例的開(kāi)發(fā)技術(shù)，便于讀者融會(huì)貫通。本書(shū)最主要的特點(diǎn)之一是實(shí)用性強(qiáng)、實(shí)例豐富。全書(shū)共14章。第1章概述智能儀表的基本組成、設(shè)計(jì)思想和研制開(kāi)發(fā)步驟，引出一個(gè)智能儀表的實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案，分析了其選題背景、開(kāi)發(fā)規(guī)劃和總體方案等內(nèi)容，作為以后幾章的闡述對(duì)象。第2章簡(jiǎn)單介紹了幾種常用微控制器的功能特點(diǎn)以及微控制器在選擇時(shí)要考慮的因素，以幫助讀者根據(jù)系統(tǒng)功能要求選擇合適的微控制器。此外還重點(diǎn)介紹了實(shí)例選用的MC9S12DG256微控制器。第3—4章分別通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元和主控單元的硬件設(shè)計(jì)方法來(lái)介紹智能儀表的輸入通道接口技術(shù)、輸出通道接口技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)和電源規(guī)劃等的開(kāi)發(fā)技術(shù)，這其中包括運(yùn)算放大器、A／D及D／A轉(zhuǎn)換器、開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口電路、常用的信號(hào)調(diào)理電路、電源技術(shù)等。第5章給出了一種智能儀表顯示管理電路的設(shè)計(jì)方法，介紹了FPGA、VHDL在智能儀表設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技術(shù)。第6章通過(guò)實(shí)例中的通信設(shè)計(jì)介紹了智能儀表中的串行通信技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法。第7章通過(guò)項(xiàng)目中的軟件設(shè)計(jì)介紹了智能儀表中的實(shí)時(shí)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)及底層硬件接口程序的設(shè)計(jì)，同時(shí)介紹了遠(yuǎn)程PC監(jiān)控軟件和底層智能儀表的通信開(kāi)發(fā)技術(shù)。第8章闡述了智能儀表常用的抗干擾技術(shù)。第9章通過(guò)實(shí)例闡述了智能儀表的試驗(yàn)調(diào)試方法和步驟。第10一14章介紹了5個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，每個(gè)實(shí)例都比較全面地介紹了項(xiàng)目的總體方案設(shè)計(jì)、軟硬件的設(shè)計(jì)過(guò)程和開(kāi)發(fā)技術(shù)。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)詳細(xì)介紹了智能儀表的研制開(kāi)發(fā)步驟，并通過(guò)實(shí)例介紹了智能儀表開(kāi)發(fā)技術(shù)中的微控制器的選型、MC9S12DG256和FPGA芯片的應(yīng)用、輸入通道設(shè)計(jì)、輸出通道設(shè)計(jì)、人機(jī)通道設(shè)計(jì)、電源規(guī)劃、通信接口設(shè)計(jì)、基于μC／OS-Ⅱ的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)、抗干擾設(shè)計(jì)和試驗(yàn)調(diào)試等內(nèi)容。之后又給出了若干系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例，幫助讀者消化理解，融會(huì)貫通。　　本書(shū)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，條理清晰，內(nèi)容由淺入深，循序漸進(jìn)。借助于具體實(shí)際項(xiàng)目提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，實(shí)例與原理結(jié)合，硬件和軟件結(jié)合，形象地闡述了智能儀表開(kāi)發(fā)技術(shù)。書(shū)中附有大量的智能儀表設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)例、接口電路、硬件和軟件實(shí)例，幫助讀者解決智能儀表開(kāi)發(fā)過(guò)程中所遇到的實(shí)際問(wèn)題，具有很高的實(shí)用價(jià)值?！　”緯?shū)可作為科研工程技術(shù)人員、大學(xué)高年級(jí)本科生、研究生及智能儀表設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)者的自學(xué)用書(shū)和設(shè)計(jì)參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第1章 智能儀表項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案實(shí)例　1.1 智能儀表的組成原理　　1.1.1 智能儀表的概念　　1.1.2 智能儀表的硬件組成　　1.1.3 智能儀表的軟件組成　1.2 智能儀表的研制開(kāi)發(fā)步驟　　1.2.1 制訂總體方案　　1.2.2 工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　　1.2.3 系統(tǒng)的調(diào)試　1.3 選題調(diào)研實(shí)例　　1.3.1 選題背景　　1.3.2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)　1.4 開(kāi)發(fā)流程規(guī)劃　1.5 總體方案設(shè)計(jì)實(shí)例　　1.5.1 總體方案設(shè)計(jì)原則　　1.5.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)　　1.5.3 系統(tǒng)各組成單元總體方案　　1.5.4 技術(shù)途徑第2章 微控制器選型實(shí)例　2.1 微控制器　　2.1.1 微控制器簡(jiǎn)介　　2.1.2 常用16位單片機(jī)簡(jiǎn)介　2.2 嵌入式微處理器　2.3 數(shù)字信號(hào)處理器　2.4 可編程邏輯器件　　2.4.1 可編程邏輯器件簡(jiǎn)介　　2.4.2 CycloneⅡ簡(jiǎn)介　2.5 微控制器選擇考慮因素　2.6 MC9S12DG256微控制器　　2.6.1 MC9S12DG256微控制器簡(jiǎn)介　　2.6.2 MC9S12DG256微控制器功能模塊介紹　　2.6.3 mc9s12dg256.h文件定義　2.7 MC9S12DG256開(kāi)發(fā)調(diào)試工具　　2.7.1 開(kāi)發(fā)調(diào)試工具介紹　　2.7.2 調(diào)試工具使用第3章 數(shù)據(jù)采集單元開(kāi)發(fā)實(shí)例　3.1 數(shù)據(jù)采集單元輸入通道　　3.1.1 壓力變送器開(kāi)發(fā)　　3.1.2 電壓電流轉(zhuǎn)換電路　　3.1.3 開(kāi)關(guān)量隔離輸入接口　　3.1.4 A/D轉(zhuǎn)換及TLCl543A/D轉(zhuǎn)換器　　3.1.5 模擬量輸入保護(hù)電路　3.2 數(shù)據(jù)采集單元輸出通道　　3.2.1 D/A轉(zhuǎn)換及TLC5617D/A轉(zhuǎn)換器　　3.2.2 模擬量隔離輸出接口　　3.2.3 開(kāi)關(guān)量控制輸出接口　3.3 數(shù)據(jù)采集單元電源規(guī)劃　3.4 數(shù)據(jù)采集單元電路原理圖第4章 主控單元開(kāi)發(fā)實(shí)例　4.1 主控單元輸入通道　4.2 主控單元人機(jī)通道　　4.2.1 顯示面板　　4.2.2 撥碼開(kāi)關(guān)密碼保護(hù)接口　　4.2.3 鍵盤(pán)接口　　4.2.4 與FPGA壓力顯示模塊的接口　　4.2.5 工作狀態(tài)顯示接口　　4.2.6 系統(tǒng)報(bào)警輸出接口　4.3 主控單元電源規(guī)劃　4.4 主控單元電路原理圖第5章 基于FPGA的壓力顯示模塊開(kāi)發(fā)實(shí)例　5.1 基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)　　5.1.1 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描　　5.1.2 EP2C5Q208C8簡(jiǎn)介　　5.1.3 模塊硬件整體結(jié)構(gòu)　　5.1.4 配置電路設(shè)計(jì)　　5.1.5 模塊電源電路設(shè)計(jì)　5.2 基于VHDL的軟件設(shè)計(jì)　5.3 FPGA開(kāi)發(fā)調(diào)試工具　5.4 壓力顯示模塊電路原理圖第6章 通信接口設(shè)計(jì)實(shí)例第7章 軟件開(kāi)發(fā)實(shí)例第8章 抗干擾設(shè)計(jì)第9章 試驗(yàn)調(diào)試第10章 50m跑自動(dòng)計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)實(shí)例解析第11章 電機(jī)車(chē)防撞儀實(shí)例解析第12章 閉眼單腳站立測(cè)試儀設(shè)計(jì)實(shí)例解析第13章 體重秤設(shè)計(jì)實(shí)例解析第14章 多功能數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)實(shí)例解析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2．輸入輸出通道輸入輸出通道是智能儀表控制器和被測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)之間設(shè)置的信號(hào)傳遞和變換的連接通道。它包括模擬量輸入通道、開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）輸入通道、模擬量輸出通道、開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）輸出通道等。輸入輸出通道的作用是將被測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)變換成控制器可以接收和識(shí)別的代碼；將控制器輸出的控制命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電氣開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，從而控制被測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行期望的動(dòng)作。在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，需要處理一些基本的開(kāi)關(guān)量輸入輸出信號(hào)，例如開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)、繼電器的接通與斷開(kāi)、指示燈的點(diǎn)亮與熄滅、閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉等，這些信號(hào)都是以二進(jìn)制的“0”和“1”出現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位的變化就表征了相應(yīng)器件的特性。開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道就是要實(shí)現(xiàn)外部的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)系，包括輸入信號(hào)處理電路及輸出功放電路。模擬量輸入輸出通道由數(shù)據(jù)處理電路、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，用來(lái)輸入輸出模擬量信號(hào)。其中，模擬量輸人通道的任務(wù)是把傳感器，如壓力變送器、溫度傳感器、液位傳感器、流量傳感器等監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送給計(jì)算機(jī)處理。模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或者電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，達(dá)到控制目的。3．通信接口通信接口則用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀表與外界其他計(jì)算機(jī)或智能外設(shè)交換數(shù)據(jù)。4．人機(jī)通道人機(jī)通道是人和智能儀表之間建立聯(lián)系、交流信息的輸入輸出通路，包括人機(jī)接口和人機(jī)交互設(shè)備兩層含義。人機(jī)接口是智能儀表的微控制器和人機(jī)交互設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐?。人機(jī)交互設(shè)備是智能儀表系統(tǒng)中最基本的設(shè)備之一，是人和智能儀表之間建立聯(lián)系、交換信息的外部設(shè)備。常見(jiàn)的人機(jī)交互設(shè)備可分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩類(lèi)。其中，輸入設(shè)備是人向智能儀表系統(tǒng)輸入信息，如輸入鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)按鈕等；輸出設(shè)備是智能儀表系統(tǒng)直接向人提供系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，如顯示裝置、打印機(jī)等。通過(guò)智能儀表的人機(jī)通道，可以向智能儀表輸入命令和數(shù)據(jù)，了解智能儀表運(yùn)行的狀態(tài)和顯示相關(guān)的工作參數(shù)。

編輯推薦

《智能儀表開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)例解析》由機(jī)械工業(yè)出版社出版。

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