智能儀器原理及應(yīng)用

前言

隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在測試技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)電子測量儀器在原理、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測試儀器——智能儀器。目前，不僅大多數(shù)傳統(tǒng)電子儀器已有相應(yīng)換代的智能化產(chǎn)品，而且還出現(xiàn)了一些全新的儀器類型和測試系統(tǒng)體系，儀器智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代電子儀器發(fā)展的主流方向。本書第1版自1999年出版以來，得到了廣大讀者的歡迎、支持和鼓勵(lì)。同時(shí)，智能儀器技術(shù)及其設(shè)計(jì)方法在此期間又有新的發(fā)展，作者在教學(xué)實(shí)踐和科研工作中也有一些新的體會，這些正是再次修訂本書的主要?jiǎng)恿?。本書是普通高等教育“十一五”國家級?guī)劃教材。主要闡述如何運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子儀器智能化的相關(guān)問題，包括實(shí)現(xiàn)原理及其硬件和軟件的設(shè)計(jì)思想、方法和技巧。全書共分10章。第1章扼要介紹智能儀器的結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及現(xiàn)狀與發(fā)展。第2，3，4，5章較詳細(xì)地論述智能儀器原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)中帶有共性的部分，其內(nèi)容包括智能儀器模擬量輸入／輸出通道、人機(jī)接口、通信接口以及典型處理功能。為使讀者建立起智能儀器的整機(jī)概念，第6，7，8，9章分別對電壓、時(shí)間-頻率和示波器三類智能型測量儀器和合成信號發(fā)生器的原理及設(shè)計(jì)做了較詳細(xì)的論述，編者認(rèn)為，只要透徹掌握這幾類最具代表性的智能儀器，其他類型的電子儀器以及電子設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)便不會存在大的障礙。第10章簡要闡述了智能儀器的幾項(xiàng)新發(fā)展，內(nèi)容包括個(gè)人儀器及系統(tǒng)、VXI總線儀器系統(tǒng)以及基于軟件的虛擬儀器技術(shù)。本書每章皆有思考題與習(xí)題，以便復(fù)習(xí)。書中還含有許多具體的設(shè)計(jì)實(shí)例，以利于讀者對智能儀器設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分深入理解、牢固掌握和靈活運(yùn)用。本書編寫注重理論聯(lián)系實(shí)際，在講清基本原理的基礎(chǔ)上，側(cè)重討論在智能儀器實(shí)際設(shè)計(jì)過程中所涉及的具體方法與技巧。旨在使讀者學(xué)會運(yùn)用所學(xué)的微型計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識，解決現(xiàn)代電子儀器開發(fā)過程中的實(shí)際問題，逐步具備能夠設(shè)計(jì)以微型計(jì)算機(jī)為核心的電子系統(tǒng)的能力。使用本書教學(xué)時(shí)應(yīng)配合一定數(shù)量的課程設(shè)計(jì)或綜合實(shí)驗(yàn)，為此本書在第6，7.8，9章中，提供了幾種智能儀器和個(gè)人儀器課程設(shè)計(jì)或綜合實(shí)驗(yàn)的素材，供教學(xué)時(shí)選用，其中部分內(nèi)容在作者教學(xué)中使用過。編者認(rèn)為，若能獨(dú)立完成這些較典型智能儀器的設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)，今后遇到實(shí)際的智能化儀器或設(shè)備設(shè)計(jì)課題時(shí)，只要再分析課題的特殊要求和某些專用電路，就能很快地進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)。為符合微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢和目前我國高等院校計(jì)算機(jī)系列課程教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀，本書側(cè)重論述以MCS-51單片機(jī)和Pc為背景的智能儀器與測試系統(tǒng)。

內(nèi)容概要

　　智能儀器原理及應(yīng)用（第3版）》系統(tǒng)深入地論述以微型計(jì)算機(jī)為核心的智能電子儀器的結(jié)構(gòu)體系，及其硬件與軟件的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。全書共分10章，內(nèi)容包括智能儀器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及現(xiàn)狀與發(fā)展，智能儀器模擬量輸入/輸出通道，智能儀器人機(jī)接口，智能儀器通信接口，智能儀器典型處理功能，基于電壓測量的智能儀器，信號發(fā)生器，智能電子計(jì)數(shù)器，數(shù)字示波器，智能儀器的新發(fā)展等。為使理論聯(lián)系實(shí)際，書中含有許多設(shè)計(jì)實(shí)例，每章皆有思考題與習(xí)題。為了方便教學(xué)，《智能儀器原理及應(yīng)用（第3版）》另配有電子教案，向采納《智能儀器原理及應(yīng)用（第3版）》作為教材的教師免費(fèi)提供?！　　吨悄軆x器原理及應(yīng)用（第3版）》可作為高等院校電子類專業(yè)教材或?qū)I(yè)培訓(xùn)教材，也可供從事電子儀器及測量技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)的科技人員學(xué)習(xí)參考。

書籍目錄

第1章 導(dǎo)論1.1 智能儀器的組成及特點(diǎn)1.1.1 智能儀器的典型結(jié)構(gòu)1.1.2 智能儀器的主要特點(diǎn)1.2 智能儀器及測試系統(tǒng)的發(fā)展1.2.1 獨(dú)立式智能儀器及自動(dòng)測試系統(tǒng)1.2.2 個(gè)人儀器系統(tǒng)及VXI總線儀器系統(tǒng)1.2.3 軟件技術(shù)的高速發(fā)展及虛擬儀器1.3 智能儀器設(shè)計(jì)的要點(diǎn)1.3.1 設(shè)計(jì)、研制智能儀器的一般過程1.3.2 智能儀器主機(jī)電路的選擇思考題與習(xí)題第2章 智能儀器模擬量輸入/輸出通道2.1 模擬量輸入通道2.1.1 A／D轉(zhuǎn)換器概述2.1.2 逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口2.1.3 積分式A／D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口2.2 高速模擬量輸入通道2.2.1 并行比較式A／D轉(zhuǎn)換器原理概述2.2.2 高速A／D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)2.2.3 高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸2.3 模擬量輸出通道2.3.1 D／A轉(zhuǎn)換器概述2.3.2 D／A轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口2.3.3 D／A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成2.4.2 模擬多路開關(guān)及接口2.4.3 模擬信號的采樣與保存2.4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例思考題與習(xí)題[LM]第3章 智能儀器人機(jī)接口3.1 鍵盤與接口〖HT5SS〗3.1.1 鍵盤輸入基礎(chǔ)知識3.1.2 鍵盤接口電路及控制程序3.1.3 鍵盤分析程序3.2 LED顯示及接口3.2.1 LED顯示原理3.2.2 七段LED顯示及接口3.2.3 點(diǎn)陣LED顯示及接口3.3 鍵盤/LED顯示器接口設(shè)計(jì)3．3．1 HD 7279A的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3.2 鍵盤/LED顯示器接口設(shè)計(jì)舉例3.4 CRT顯示及接口3.4.1 光柵掃描字符顯示系統(tǒng)3.4.2 光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)3.4.3 隨機(jī)掃描圖形顯示系統(tǒng)3.5 微型打印機(jī)及接口3.5.1 TPμP-40B／C 微型打印機(jī)及其接口3.5.2 漢字打印技術(shù)3.5.3 微型打印機(jī)接口管理程序思考題與習(xí)題第4章 智能儀器通信接口4.1 GPIB通用接口總線4.1.1 GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)概述4.1.2 接口功能與接口消息4.1.3 GP-IB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的運(yùn)行4.2 GPIB接口電路的設(shè)計(jì)4.2.1 GP-IB接口芯片簡介4.2.2 智能儀器的GP-IB接口設(shè)計(jì)4.2.3 控制器的GP-IB接口設(shè)計(jì)4.3 串行通信總線4.3.1 串行通信基本方式4.3.2 串行通信協(xié)議4.3.3 RS232C標(biāo)準(zhǔn)4.4 串行通信接口電路的設(shè)計(jì)4.4.1 智能儀器串行通信接口的結(jié)構(gòu)4.4.2 MCS51系統(tǒng)串行通信設(shè)計(jì)舉例4.4.3 PC系統(tǒng)與MCS-51系統(tǒng)的通信思考題與習(xí)題第5章 智能儀器典型處理功能5.1 硬件故障的自檢5.1.1 自檢方式5.1.2 自檢算法5.1.3 自檢軟件5.2 自動(dòng)測量功能5.2.1 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換5.2.2 自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)5.2.3 自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整5.2.4 自動(dòng)校準(zhǔn)5.3 儀器測量精度的提高5.3.1 隨機(jī)誤差的處理方法5.3.2 系統(tǒng)誤差的處理方法5.3.3 粗大誤差的處理方法5.4 干擾與數(shù)字濾波5.4.1 中值濾波5.4.2 平均濾波程序5.4.3 低通數(shù)字濾波5.5 測量數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換5.5.1 線性標(biāo)度變換5.5.2 非線性參數(shù)的標(biāo)度變換思考題與習(xí)題第6章 基于電壓測量的智能儀器6.1 智能DVM原理6.1.1 概述6.1.2 輸入電路6.1.3 智能DVM中的A／D轉(zhuǎn)換技術(shù)6.1.4 典型智能DVM介紹6.2 智能DMM原理6.2.1 概述6.2.2 交直流轉(zhuǎn)換器6.2.3 其他模擬轉(zhuǎn)換技術(shù)6.2.4 典型智能DMM介紹6.3 智能化RLC測量儀原理6.3.1 概述6.3.2 自由軸法測量原理6．3．3 RLC測量儀電路分析6.3.4 典型智能RLC測量儀介紹思考題與習(xí)題第7章 信號發(fā)生器7.1 信號發(fā)生器7.1.1 信號發(fā)生器的分類及性能7.1.2 通用信號發(fā)生器的組成7.1.3 合成信號發(fā)生器的組成7.2 鎖相頻率合成信號發(fā)生器7.2.1 鎖相環(huán)的基本形式7.2.2 通用型集成鎖相環(huán)頻率合成器7.2.3 合成信號發(fā)生器頻率合成單元的組成7.2.4 典型合成信號發(fā)生器分析7.3 直接數(shù)字頻率合成信號發(fā)生器7.3.1 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)概述7.3.2 基于DDS芯片的頻率合成信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)7.3.3 典型DDS合成信號發(fā)生器簡介思考題與習(xí)題第8章 智能電子計(jì)數(shù)器8.1 電子計(jì)數(shù)器測量原理8.1.1 概述8.1.2 多周期同步測量技術(shù)8.1.3 內(nèi)插模擬擴(kuò)展技術(shù)8.2 典型部件的分析8.2.1 輸入通道8.2.2 計(jì)數(shù)器電路 8.2.3 單片通用計(jì)數(shù)器集成芯片8.3 智能電子計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 8.3.1 以ICM 7226為基礎(chǔ)的智能頻率計(jì)8.3.2 等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)例8.4 典型智能計(jì)數(shù)器產(chǎn)品介紹8.4.1 儀器的原理與組成8.4.2 儀器鍵盤操作與分析8.4.3 儀器的軟件系統(tǒng)思考題與習(xí)題第9章 數(shù)字示波器9.1 概述9.1.1 數(shù)字示波器的組成原理9.1.2 數(shù)字示波器的主要技術(shù)指標(biāo)及分析9.1.3 數(shù)字示波器的特點(diǎn)9.2 數(shù)字示波器的采樣方式9.2.1 實(shí)時(shí)采樣方式原理及實(shí)現(xiàn)9.2.2 順序采樣方式原理及實(shí)現(xiàn)9.2.3 隨機(jī)采樣方式原理及實(shí)現(xiàn)9.3 數(shù)字示波器組成原理9.3.1 現(xiàn)代數(shù)字示波器的一般組成9.3.2 輸入通道電路9.3.3 數(shù)據(jù)采集與存儲電路9.3.4 觸發(fā)電路系統(tǒng)9.3.5 顯示系統(tǒng)9.3.6 波形參數(shù)的測量與處理9.4 數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)9.4.1 簡易數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)9.4.2 順序采樣方式數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)9.4.3 智能超聲波測厚儀介紹思考題與習(xí)題第10章 智能儀器的新發(fā)展10.1 個(gè)人儀器及系統(tǒng)10.1.1 個(gè)人儀器及發(fā)展10.1.2 PC-DAQ形式個(gè)人儀器的組成原理10.1.3 DVM個(gè)人儀器的設(shè)計(jì)實(shí)例10.1.4 HP-PC 儀器系統(tǒng)介紹10.2 VXI 總線儀器系統(tǒng) 10.2.1 VXI 總線儀器系統(tǒng)概述10.2.2 VXI總線儀器系統(tǒng)軟件10.2.3 VXI總線儀器系統(tǒng)的組建10.3 虛擬儀器及系統(tǒng)10.3.1 虛擬儀器及系統(tǒng)概述10.3.2 LabVIEW 虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)介紹10.3.3 虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)例10.3.4 虛擬儀器的發(fā)展思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　導(dǎo)論1.1　智能儀器的組成及特點(diǎn)微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。微處理器在20世紀(jì)70年代初期問世不久，就被引進(jìn)電子測量和儀器領(lǐng)域，所占比重在各項(xiàng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中名列前茅。在這之后，隨著微處理器在體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低等方面的進(jìn)一步的發(fā)展，電子測量與儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合就愈加緊密，形成了一種全新的微型計(jì)算機(jī)化儀器。由于這種含微型計(jì)算機(jī)的電子儀器擁有對數(shù)據(jù)的存儲、運(yùn)算、邏輯判斷、自動(dòng)化操作及與外界通信的功能，具有一定的智能作用，因而被稱為智能儀器，以區(qū)別于傳統(tǒng)的電子儀器。近年來，智能儀器已開始從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識處理方面發(fā)展，并具有模糊判斷、故障判斷、容錯(cuò)技術(shù)、傳感器融合、機(jī)件壽命預(yù)測等功能，使智能儀器向更高的層次發(fā)展。1.1.1　智能儀器的典型結(jié)構(gòu)智能儀器實(shí)際上是一個(gè)專用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括主機(jī)電路、模擬量輸入／輸出通道、人機(jī)接口電路、通信接口電路，其通用結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。其中主機(jī)電路用來存儲程序、數(shù)據(jù)并進(jìn)行一系列的運(yùn)算和處理，它通常由微處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及輸入／輸出(I／O)接口電路等組成，或者它本身就是一個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)；模擬量輸入／輸出通道用來輸入／輸出模擬信號，主要由A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器和有關(guān)的模擬信號處理電路等組成；人機(jī)接口電路的作用是溝通操作者和儀器之間的聯(lián)系，主要由儀器面板中的鍵盤和顯示器組成；通信接口電路用于實(shí)現(xiàn)儀器與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系，以便使儀器可以接受計(jì)算機(jī)的程控命令，目前生產(chǎn)的智能儀器一般都配有GP-IB等通信接口。智能儀器的軟件分為監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。監(jiān)控程序是面向儀器面板鍵盤和顯示器的管理程序，其內(nèi)容包括：通過鍵盤輸入命令和數(shù)據(jù)，以對儀器的功能、操作方式與工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；根據(jù)儀器設(shè)置的功能和工作方式，控制I／O接口電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲；按照儀器設(shè)置的參數(shù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理；以數(shù)字、字符、圖形等形式顯示測量結(jié)果、數(shù)據(jù)處理的結(jié)果及儀器的狀態(tài)信息。接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其內(nèi)容是接收并分析來自通信接口總線的遠(yuǎn)控命令，包括描述有關(guān)功能、操作方式與工作參數(shù)的代碼；進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理；通過通信接口送出儀器的測量結(jié)果、數(shù)據(jù)處理的結(jié)果及儀器的現(xiàn)行工作狀態(tài)信息。

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《智能儀器原理及應(yīng)用(第3版)》編寫注重理論聯(lián)系實(shí)際，在講清基本原理的基礎(chǔ)上，側(cè)重討論在智能儀器實(shí)際設(shè)計(jì)過程中所涉及的具體方法與技巧。旨在使讀者學(xué)會運(yùn)用所學(xué)的微型計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識，解決現(xiàn)代電子儀器開發(fā)過程中的實(shí)際問題，逐步具備能夠設(shè)計(jì)以微型計(jì)算機(jī)為核心的電子系統(tǒng)的能力。 為符合微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢和目前我國高等院校計(jì)算機(jī)系列課程教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀，《智能儀器原理及應(yīng)用(第3版)》側(cè)重論述以MCS-51單片機(jī)和PC為背景的智能儀器與測試系統(tǒng)。

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