智能儀器基礎(chǔ)

前言

　　隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能儀器在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越普及。本教材自2006年出版以來，受到很多讀者的歡迎，同時(shí)也給編者提出了很多好的意見和建議，因此在第1版的基礎(chǔ)上做了修訂，重點(diǎn)放在提高教材的實(shí)用性上?！　”窘滩牡闹饕攸c(diǎn)是強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，力求從基本概念上加強(qiáng)學(xué)生對(duì)智能儀器的工作原理、基本構(gòu)成、使用及維護(hù)方法的理解，并結(jié)合實(shí)際的智能儀器，簡要介紹了智能儀器的初步設(shè)計(jì)方法，并對(duì)智能儀器的各個(gè)部分都給出了設(shè)計(jì)實(shí)例，便于學(xué)生練習(xí)，加深理解。為了幫助學(xué)生理解，本教材盡可能地采用圖文并茂的方法編寫?！　”窘滩牡慕ㄗh課時(shí)為48～64學(xué)時(shí)，包括8～24學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐?？紤]到目前MCS-51系列單片機(jī)在我國的應(yīng)用比較廣，且目前很多高校所開設(shè)的單片機(jī)課程都選用MCS-51系列單片機(jī)作為微處理器，本教材在應(yīng)用舉例中選用了基于MCS-51系列單片機(jī)開發(fā)的智能儀器。為了拓寬學(xué)生的思路，還對(duì)各種新器件、新技術(shù)做了簡單的介紹?！　”窘滩陌凑罩悄軆x器的構(gòu)成進(jìn)行介紹，內(nèi)容包括概述、智能儀器中的微機(jī)系統(tǒng)、信號(hào)的輸入與處理、信號(hào)的輸出與處理、智能儀器的人機(jī)界面、智能測(cè)控技術(shù)、智能儀器中的通信技術(shù)及智能儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)例。本教材設(shè)計(jì)了填空題、選擇題和簡答題，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和掌握主要的內(nèi)容，并給出了大部分參考答案供廣大師生參考。　　本教材的主要特點(diǎn)是：　?。?）難度較低，盡可能地用通俗易懂的方法去說明各種概念，讓學(xué)生對(duì)智能儀器有一個(gè)全面的了解。　?。?）知識(shí)面較廣，對(duì)各種新器件、新技術(shù)做了簡單的介紹，為學(xué)生掌握智能儀器的原理及設(shè)計(jì)方法打開一道門?！　。?）第2版中新增了較多的應(yīng)用實(shí)例，便于學(xué)生練習(xí)，加深理解，且所有的例子均經(jīng)過調(diào)試、仿真并給出完整的硬件構(gòu)成和軟件程序?！　”窘滩挠赡暇┙鹆昕萍紝W(xué)院的朱一綸教授擔(dān)任主編，南京金陵科技學(xué)院的吳彪擔(dān)任副主編，吳岱曦參加了資料整理、文字錄入和電子教案的制作工作，最后由朱一綸統(tǒng)稿。另外，在本書的編寫、實(shí)驗(yàn)過程中，曾受到南京金陵科技學(xué)院?？蒲谢痦?xiàng)目《基于虛擬技術(shù)的遠(yuǎn)程多路溫度測(cè)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)》的資助，還在網(wǎng)上查閱了很多器件的相關(guān)資料，得到過很多人的幫助，在此一并表示感謝?！　∠抻诰幷叩膶W(xué)識(shí)水平與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，書中不足之外在所難免，懇請(qǐng)讀者和同行們批評(píng)指正?！　【幷摺　?012年5月

內(nèi)容概要

　　《工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)“十二五”規(guī)劃教材
全國高等職業(yè)教育工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)系列規(guī)劃教材：智能儀器基礎(chǔ)（第2版）》按照智能儀器的構(gòu)成進(jìn)行介紹，內(nèi)容包括智能儀器中的微機(jī)系統(tǒng)，信號(hào)的輸入與處理，信號(hào)的輸出與處理，智能儀器的人機(jī)界面，智能測(cè)控技術(shù)，智能儀器中的通信技術(shù)以及智能儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)例。教材設(shè)計(jì)了填空題、選擇題和簡答題，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和掌握主要的內(nèi)容，并給出了大部分參考答案供廣大師生參考。

書籍目錄

第1章 概述
1.1 傳統(tǒng)儀器、儀表與智能儀器
1.1.1 傳統(tǒng)儀器、儀表
1.1.2 智能儀器
1.2 智能儀器的分類與特點(diǎn)
1.2.1 智能儀器的分類
1.2.2 智能儀器的特點(diǎn)
1.3 智能儀器的發(fā)展概況
小結(jié)
習(xí)題1
第2章 智能儀器中的微機(jī)系統(tǒng)
2.1 MCS-51系列單片機(jī)
2.1.1 MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
2.1.2 MCS-51系列單片機(jī)的引腳及功能
2.1.3 CHMOS增強(qiáng)型單片機(jī)8XC51FA的主要特點(diǎn)
2.1.4 MCS-51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)
2.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用舉例
2.2.1 8051/8751/8951的最小系統(tǒng)
2.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的并行擴(kuò)展
2.2.3 單片機(jī)系統(tǒng)的串行擴(kuò)展
2.2.4 應(yīng)用舉例
2.3 單片機(jī)的仿真與應(yīng)用
2.3.1 8951單片機(jī)最小系統(tǒng)的建立
2.3.2 8951單片機(jī)最小系統(tǒng)的仿真過程
2.3.3 利用中斷實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警的仿真
2.3.4 利用中斷實(shí)現(xiàn)定時(shí)采集數(shù)據(jù)的仿真
2.4 其他嵌入式單片機(jī)簡介
2.4.1 MC9S12系列單片機(jī)
2.4.2 數(shù)字信號(hào)處理器
2.4.3 ARM嵌入式系統(tǒng)微處理器
小結(jié)
習(xí)題2
第3章 信號(hào)的輸入與處理
3.1 數(shù)字信號(hào)的輸入與處理
3.1.1 開關(guān)量的預(yù)處理電路
3.1.2 脈沖信號(hào)的輸入與處理
3.2 模擬信號(hào)的輸入與處理
3.2.1 模擬信號(hào)的檢測(cè)
3.2.2 信號(hào)濾波及檢測(cè)
3.2.3 多路模擬開關(guān)
3.3 信號(hào)的放大
3.3.1 微弱信號(hào)的放大電路
3.3.2 集成放大器
3.4 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
3.4.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)
3.4.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與CPU的接口技術(shù)
3.4.3 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與CPU接口應(yīng)用舉例
3.4.4 采樣/保持
3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
3.6 輸入接口電路仿真舉例
3.6.1 數(shù)字溫度傳感器與單片機(jī)的接口仿真
3.6.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的接口電路
3.6.3 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的接口電路
小結(jié)
習(xí)題3
第4章 信號(hào)的輸出與處理
4.1 數(shù)字信號(hào)的輸出與處理
4.1.1 開關(guān)量的驅(qū)動(dòng)接口
4.1.2 繼電器簡介
4.2 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)
4.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器
4.3.1 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的工作原理與性能指標(biāo)
4.3.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)
4.4 DAC0832與單片機(jī)的接口
4.4.1 DAC0832的結(jié)構(gòu)及引腳功能
4.4.2 DAC0832單緩沖方式及其與8051的接口
4.4.3 DAC0832雙緩沖方式及其與8051的接口
4.5 DAC708系列接口電路
4.6 輸出接口電路仿真舉例
4.6.1 發(fā)光二極管輸出仿真
4.6.2 電磁繼電器輸出仿真
4.6.3 DAC0832與單片機(jī)的接口仿真
小結(jié)
習(xí)題4
第5章 智能儀器的人機(jī)界面
5.1 鍵盤
5.1.1 識(shí)鍵
5.1.2 譯鍵、鍵義分析
5.2 LED顯示器
5.2.1 七段LED數(shù)碼顯示器
5.2.2 點(diǎn)陣LED顯示器
5.3 LCD顯示器
5.3.1 LCD工作原理簡述
5.3.2 LCD應(yīng)用舉例
5.4 其他外設(shè)
5.4.1 微型打印機(jī)
5.4.2 語音提示
5.4.3 觸摸屏
5.5 人機(jī)界面仿真舉例
5.5.1 矩陣鍵盤與單片機(jī)的直接連接
5.5.2 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路
5.5.3 LCD顯示的實(shí)時(shí)電子鐘仿真
小結(jié)
習(xí)題5
第6章 智能測(cè)控技術(shù)
6.1 測(cè)量誤差簡述
6.1.1 誤差分類
6.1.2 誤差的性質(zhì)和原因
6.2 系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校正
6.2.1 自校零技術(shù)
6.2.2 變化系統(tǒng)誤差的校正
6.3 隨機(jī)誤差的自動(dòng)校正
6.4 粗大誤差的自動(dòng)校正
6.5 標(biāo)度變換
6.6 非線性校正
6.7 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換
6.8 PID控制
6.9 多傳感器信息融合技術(shù)簡介
6.10 數(shù)據(jù)處理仿真舉例
6.10.1 標(biāo)度變換仿真舉例
6.10.2 帶自校零技術(shù)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換
小結(jié)
習(xí)題6
第7章 智能儀器中的通信技術(shù)
7.1 串行通信接口
7.1.1 RS-232標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用
7.1.2 RS-422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)
7.1.3 USB通用串行總線
7.2 并行通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488
7.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡介
7.3.1 集散控制系統(tǒng)
7.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
7.3.3 常用現(xiàn)場(chǎng)總線
7.3.4 現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀器
7.4 單片機(jī)通信仿真舉例
7.4.1 單片機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)
7.4.2 單片機(jī)雙向通信仿真
小結(jié)
習(xí)題7
第8章 智能儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)例
8.1 智能儀器的設(shè)計(jì)
8.1.1 智能儀器的設(shè)計(jì)步驟
8.1.2 硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試
8.1.3 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試
8.2 智能儀器的自診斷
8.2.1 智能儀器自診斷方式
8.2.2 智能儀器的自診斷項(xiàng)目
8.3 實(shí)例1 智能化真有效值數(shù)字電壓表
8.3.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成
8.3.2 系統(tǒng)監(jiān)控程序
8.3.3 擴(kuò)展討論
8.4 實(shí)例2 智能電子計(jì)數(shù)器
8.4.1 硬件構(gòu)成
8.4.2 軟件構(gòu)成
8.5 實(shí)例3 多路電壓測(cè)控電路仿真
8.5.1 多路電壓測(cè)控電路的硬件設(shè)計(jì)
8.5.2 多路電壓測(cè)控電路的軟件設(shè)計(jì)
8.5.3 多路電壓測(cè)控電路程序
8.5.4 擴(kuò)展討論
小結(jié)
習(xí)題8
附錄A MCS-51系列單片機(jī)指令表
附錄B 部分習(xí)題參考答案
習(xí)題1
習(xí)題2
習(xí)題3
習(xí)題4
習(xí)題5
習(xí)題6
習(xí)題7
習(xí)題8
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   Proteus軟件可以結(jié)合硬件設(shè)計(jì)和軟件程序進(jìn)行仿真調(diào)試，功能非常強(qiáng)，在前幾章的仿真舉例中已經(jīng)對(duì)它做了一些介紹，可以看到它同樣可以進(jìn)行單步調(diào)試、設(shè)斷點(diǎn)、跟蹤、檢查和修改等，而且還可以結(jié)合虛擬儀器進(jìn)行測(cè)量、分析，并設(shè)計(jì)出電路的印制電路板，是智能儀器設(shè)計(jì)分析的很有用的工具。 調(diào)試完畢的軟件可以利用EPROM編程器（也稱EPROM寫入器）將程序固化在EPROM存儲(chǔ)器中。如果采用內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器的單片機(jī)，如與8051兼容的AT89系列單片機(jī)，則可以反復(fù)擦寫，可以在系統(tǒng)開發(fā)過程中十分方便地對(duì)程序進(jìn)行修改。 8.2智能儀器的自診斷 自診斷技術(shù)是智能儀器中特有的智能技術(shù)。它是指智能儀器利用軟件程序?qū)ψ陨碛布M(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的故障并根據(jù)故障程序采取校正、切換、重組或報(bào)警等技術(shù)措施。自診斷程序可以減少儀表帶病運(yùn)行的概率，提高系統(tǒng)的可靠性。自診斷程序也可以在聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)作為智能儀器的測(cè)試程序。 8.2.1智能儀器自診斷方式 智能儀器一般有以下三種自診斷方式，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)一種或全部。 1.開機(jī)自診斷 開機(jī)自診斷是指對(duì)儀器正式投入運(yùn)行之前進(jìn)行的全面測(cè)試。開機(jī)自診斷在儀器接通電源或復(fù)位之后進(jìn)行。電源一接通，儀器就自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試程序，按顯示器、CPU、ROM、RAM、I／O接口和其他外部設(shè)備順序調(diào)用相應(yīng)的診斷程序。自檢中如果沒有發(fā)現(xiàn)問題就進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有部件出錯(cuò)時(shí)就報(bào)警，也有的自診斷程序發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，自動(dòng)復(fù)檢一次（取決于設(shè)計(jì)思路），如果仍然出錯(cuò)，就給出相應(yīng)的錯(cuò)誤代碼，以幫助操作者進(jìn)行故障定位。 2.周期性實(shí)時(shí)自診斷 對(duì)需要長期連續(xù)工作的智能儀器，周期性實(shí)時(shí)白診斷很有用處。周期性實(shí)時(shí)自診斷是指在儀器工作過程中定時(shí)插入的自檢操作。這種操作可以保證儀器不必中斷測(cè)控過程，周期性自檢不影響儀器的正常工作，因而只有當(dāng)檢測(cè)過程中出現(xiàn)故障并報(bào)警時(shí)操作者才會(huì)發(fā)現(xiàn)。 在智能儀器工作期間，對(duì)儀器內(nèi)部進(jìn)行部分測(cè)試，即將部分診斷程序（如對(duì)RAM、ROM、CPU診斷）設(shè)置為儀器中級(jí)別最低的中斷服務(wù)程序，在不影響儀器工作的前提下進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。如發(fā)現(xiàn)故障且復(fù)檢后仍有錯(cuò)，則用相應(yīng)的指示燈或錯(cuò)誤代碼通知用戶。 儀器實(shí)時(shí)自診斷功能是非常必要的，因?yàn)樵趯?shí)際的工作中，受元件老化、溫度變化等各種因素的影響，使得電路元器件隨時(shí)都有可能發(fā)生故障，如果不能及時(shí)給出相應(yīng)的故障指示，就會(huì)使用戶不能完全相信顯示結(jié)果是否正確。當(dāng)儀器用于過程控制時(shí)，后果將更加嚴(yán)重。所以，自診斷程序應(yīng)在不干擾儀器正常工作的前提下具備實(shí)時(shí)診斷功能。

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