智能理論與智能儀器

前言

本書系普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，是根據(jù)測控儀器專業(yè)本科生教學(xué)需要編寫的。隨著計算機在儀器領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于計算機處理器的智能儀器技術(shù)得到飛速發(fā)展。本書就是適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，為廣大學(xué)生和儀器專業(yè)技術(shù)人員編寫的。本書系統(tǒng)闡述了智能儀器的主要理論、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、人機交互技術(shù)等知識。在編寫中力求知識新穎，實用性強。本書既可作為測控儀器專業(yè)本科生教材之用，也可作為研究生和本科生學(xué)習(xí)儀器設(shè)計的參考書。本書有大量的圖表資料，也可以作為現(xiàn)場技術(shù)人員的工具書使用。本書分為兩部分，第1部分是教材，第2部分是實驗指導(dǎo)書。教材的第1章介紹智能儀器的主要理論，第2章介紹智能儀器常用處理器，第3章介紹智能儀器通信技術(shù)，第4章介紹數(shù)據(jù)采集技術(shù)，第5章介紹人機交互技術(shù)，第6章是智能理論應(yīng)用舉例和智能儀器設(shè)計實例。實驗指導(dǎo)書結(jié)合教材內(nèi)容，共設(shè)計了10個實驗。本書由西安交通大學(xué)畢宏彥副教授、徐光華教授、梁霖博士編寫。第1章由徐光華和梁霖編寫，其它章節(jié)由畢宏彥編寫。研究生張坤、劉方華、路靜、梅燕參加了第3章和實驗指導(dǎo)書的編寫，研究生聞紅志、唐春霞、劉方華參加了第6章的編寫，研究生楊俊、胡江參加了本書所有圖幅的編輯整理工作。全書由畢宏彥統(tǒng)稿。本書承蒙西安交通大學(xué)郭俊杰教授審閱并提出了寶貴的修改意見，西安交通大學(xué)出版社和該出版社的賀鋒濤、屈曉燕編輯對本書的出版給予了熱情的幫助，在此一并表示誠摯的謝意。

內(nèi)容概要

本書系普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，是根據(jù)測控儀器專業(yè)本科生教學(xué)需要編寫的。本書分為兩部分，第Ⅰ部分是教材，第Ⅱ部分是實驗指導(dǎo)書。    本書對智能儀器的相關(guān)理論作了簡要介紹，重點介紹了智能儀器電路設(shè)計技術(shù)，包括智能儀器的處理器、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、人機接口技術(shù)等。    書后附錄簡要介紹了在8位單片機系統(tǒng)中廣為應(yīng)用的C51程序設(shè)計語言，并介紹了應(yīng)用日益廣泛的串行E2PROM芯片的應(yīng)用資料。    本書內(nèi)容豐富，資料翔實，既可以作為專業(yè)課教材，也可以供廣大技術(shù)人員參考使用。

書籍目錄

第Ⅰ部分  智能理論與智能儀器  緒論  0.1  儀器分類及其特點    0.1.1  根據(jù)用途分類    0.1.2  根據(jù)儀器構(gòu)造和機電性能特征分類  0.2  智能儀器電路結(jié)構(gòu)  0.3  智能儀器的發(fā)展方向  0.4  本書各章節(jié)內(nèi)容安排第1章  信號處理與智能理論概要  1.1  信號的測試與分析基礎(chǔ)    1.1.1  信號的分類    1.1.2  信號的采集    1.1.3  信號的預(yù)處理    1.1.4  信號的分析    1.1.5  信號的數(shù)字濾波  1.2  智能信息理論概要    1.2.1  模糊信息理論    1.2.2  人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)  思考題與習(xí)題第2章  智能儀器的處理器  2.1  單片機概述    2.1.1  單片機特點    2.1.2  8位單片機系列產(chǎn)品簡介  2.2  8051單片機    2.2.1  8051單片機的基本結(jié)構(gòu)與功能    2.2.2  8051封裝與引腳功能    2.2.3 時鐘電路    2.2.4  復(fù)位和復(fù)位電路    2.2.5  存儲器結(jié)構(gòu)    2.2.6  指令部件    2.2.7  特殊功能寄存器    2.2.8  布爾處理器    2.2.9  8051的機器周期與指令周期    2.2.10  8051訪問片外存儲器的時序    2.2.11  8051的系統(tǒng)擴展    2.2.12  8051的中斷系統(tǒng)    2.2.13  8051的定時器／計數(shù)器    2.2.14  8051的串行接口  2.3  16位單片機    2.3.1  MCS96單片機系列簡介    2.3.2  HSIO系列  2.4  C8051F系列與STC系列多功能單片機    2.4.1  C8051F特性簡介    2.4.2  C8051F指令集    2.4.3  C8051F的中斷系統(tǒng)    2.4.4  C805lF的電源管理方式    2.4.5  STC系列多功能單片機簡介  2.5  DSP器件    2.5.1  DSP應(yīng)用特點與分類    2.5.2  DSPTMS320VC5402    2.6  ARM器件    2.6.1  片內(nèi)資源    2.6.2  ARM920T特性  思考題與習(xí)題第3章  智能儀器常用通信技術(shù)  3.1  USB接口    3.1.1  USB概述    3.1.2  USB系統(tǒng)    3.1.3  總線拓樸    3.1.4  USB通信端點與管道    3.1.5  USB總線協(xié)議    3.1.6  USB接口器件介紹  3.2  RS-232C接口    3.2.1  RS-232C傳遞信息的格式標(biāo)準(zhǔn)    3.2.2  RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的信號線定義    3.2.3  信號線的連接和使用    3.2.4  RS-232C電氣特性    3.2.5  機械特性3.3  RS-423A／422A／485接口    3.3.1  RS-423A接口    3.3.2  RS-422A接口    3.3.3  RS-485接口    3.3.4  RS-423A／422A／485接口性能比較  3.4  CAN總線接口    3.4.1  CAN總線特點    3.4.2  標(biāo)準(zhǔn)CAN總線和擴展CAN總線    3.4.3  總線仲裁    3.4.4  出錯處理    3.4.5  CAN控制器與收發(fā)器  3.5  并行接口  3.6  計算機通信小結(jié)  思考題與習(xí)題第4章  數(shù)據(jù)采集技術(shù)  4.1  集成運算放大器與信號調(diào)理  4.2  采樣保持電路  4.3  采樣偏差的校正技術(shù)  4.4  信號隔離與選通技術(shù)  4.5  數(shù)據(jù)采集中的抗干擾技術(shù)    4.5.1  干擾因素與抗干擾基本方法    4.5.2  若干特殊濾波技術(shù)    4.5.3  A／D轉(zhuǎn)換過程中的抗干擾技術(shù)  4.6  D／A轉(zhuǎn)換技術(shù)與應(yīng)用電路    4.6.1  R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)型DAC的工作原理    4.6.2  權(quán)電阻型DAC的工作原理    4.6.3  DAC的性能指標(biāo)    4.6.4  DAC0832及其與計算機的接口    4.6.5  8位以上DAC及其與微機的連接  4.7  A／D轉(zhuǎn)換技術(shù)與應(yīng)用電路    4.7.1  逐位逼近式ADC的結(jié)構(gòu)及工作原理    4.7.2  雙積分式ADC的結(jié)構(gòu)及工作原理    4.7.3  ∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)及工作原理    4.7.4  AD574系列A／D轉(zhuǎn)換器及其與計算機接口技術(shù)    4.7.5  12位串行A／D轉(zhuǎn)換器MAXl86／MAXl88    4.7.6  使用處理器內(nèi)帶的A／D轉(zhuǎn)換器  思考題與習(xí)題第5章  儀器的人機交互部件  5.1  儀器的鍵盤    5.1.1  單觸點接地式鍵盤電路    5.1.2  掃描式鍵盤電路  5.2  數(shù)碼管LED常用接口電路    5.2.1  LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理    5.2.2  鍵盤／顯示器專用接口芯片8279    5.3  液晶顯示器常用接口電路    5.3.1  三位半數(shù)碼液晶顯示器    5.3.2  字符液晶顯示器    5.3.3  圖形液晶顯示器    5.3.4  圖形液晶顯示器的程序編制方法  5.4  聲響器件接口電路  思考題與習(xí)題第6章  智能理論應(yīng)用與儀器設(shè)計實例  6.1  智能理論應(yīng)用實例1  太陽能與熱泵聯(lián)合集熱系統(tǒng)的模糊控制    6.1.1  熱泵開關(guān)控制系統(tǒng)的分析    6.1.2  水閥控制系統(tǒng)的分析    6.1.3  熱循環(huán)泵控制系統(tǒng)的分析    6.1.4  MATIAB模糊邏輯工具箱介紹    6.1.5  熱泵開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計    6.1.6  水閥控制系統(tǒng)的設(shè)計    6.1.7  熱循環(huán)泵控制系統(tǒng)的設(shè)計    6.1.8  MATLAB模糊邏輯工具箱的C語言接口    6.1.9  系統(tǒng)運行效果分析  6.2  智能理論應(yīng)用實例2基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回轉(zhuǎn)窯溫度控制系統(tǒng)設(shè)計    6.2.1  回轉(zhuǎn)窯溫度控制系統(tǒng)的分析    6.2.2  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計    6.2.3  MATLAB中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)  6.3  智能儀器設(shè)計開發(fā)流程  6.4  智能儀器設(shè)計實例鐵軌參數(shù)檢測儀設(shè)計    6.4.1  鐵軌參數(shù)檢測儀功能要求與方案設(shè)計    6.4.2  鐵軌參數(shù)檢測儀機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與電路設(shè)計    6.4.3  儀器軟件設(shè)計    6.4.4  現(xiàn)場軟硬件統(tǒng)調(diào)及實測數(shù)據(jù)分析    6.4.5  設(shè)計總結(jié)與資料整理思考題與習(xí)題第Ⅱ部分  實驗指導(dǎo)實驗1  并行接口的存儲器讀寫實驗實驗2  I2C串行接口的存儲器讀寫實驗實驗3  RS-232C通信實驗實驗4  鍵盤輸入實驗實驗5  液晶圖形與字符顯示實驗實驗6  開關(guān)量輸入與輸出實驗實驗7  定時器／計數(shù)器中斷實驗實驗8  用ADC0809進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換實驗實驗9  用V／F變換方法進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集實驗實驗10  大量數(shù)據(jù)存儲與保存實驗附錄  C51程序設(shè)計語言簡介參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：6.4.5設(shè)計總結(jié)與資料整理設(shè)計開發(fā)完成后，對儀器能夠?qū)崿F(xiàn)的功能、技術(shù)特點和不足之處要進(jìn)行總結(jié)，對全部設(shè)計試驗資料要進(jìn)行整理、歸檔保存，以便以后產(chǎn)品維護(hù)檢修或升級換代繼續(xù)開發(fā)，使產(chǎn)品性能和技術(shù)不斷更新。1.對于鐵軌參數(shù)檢測儀的總結(jié)本項目分析研究了傾角傳感器和位移傳感器信號采集、處理以及便攜式檢測儀電源管理、USB串行通信和基于Windows環(huán)境下的應(yīng)用軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)庫建立、管理和數(shù)據(jù)圖形化分析等技術(shù)。并參照常用的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計制作了經(jīng)濟、實用、輕便、性能可靠的“鐵軌參數(shù)檢測儀”和“線路靜態(tài)檢測分析系統(tǒng)”。并經(jīng)現(xiàn)場實測使用，達(dá)到商業(yè)化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已成批生產(chǎn)。通過本項目的研究開發(fā)，取得了以下幾項成果。（1）應(yīng)鐵路建設(shè)和現(xiàn)場維修之急需，提出了適合于現(xiàn)場反復(fù)多次檢測和可按程序推進(jìn)檢測的鐵軌參數(shù)檢測儀及其數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方案。（2）阻礙鐵軌參數(shù)檢測儀發(fā)展的主要問題是傳感器的精度低、現(xiàn)場干擾大，而高精度的傳感器依靠進(jìn)口也是限制我國鐵軌參數(shù)檢測儀發(fā)展的重要原因，本設(shè)計利用國產(chǎn)傳感器和特種單片機組合，研究并開發(fā)完成了適應(yīng)傳感器信號特點、抗干擾能力強、優(yōu)良可靠的信號調(diào)理電路。（3）運用雙處理器方案，成功地完成了鐵軌參數(shù)信號采集、數(shù)據(jù)處理、人機交互、電源管理、數(shù)據(jù)通信等全部前臺工作，完成了符合鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的鐵軌參數(shù)檢測儀整個系統(tǒng)。（4）成功地將USB串行數(shù)據(jù)通信嵌入到了便攜式數(shù)據(jù)采集儀中，完全順應(yīng)了當(dāng)前PC機與外設(shè)通信的發(fā)展趨勢，提高了便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備的適應(yīng)性。（5）成功地將電源智能化管理移植到了便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，進(jìn)一步提高了便攜式采集儀的智能化、人性化及能源使用合理化。（6）在Windows環(huán)境下成功地完成了數(shù)據(jù)庫的建立與管理，并在數(shù)據(jù)分析中實現(xiàn)了圖形化對比分析方法，使得數(shù)據(jù)的比較更為直觀簡潔，提高了數(shù)據(jù)處理的效率。

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《普通高等教育"十一五"國家級規(guī)劃教材,西安交通大學(xué)"十一五"規(guī)劃教材?智能理論與智能儀器》內(nèi)容豐富，資料翔實，既可以作為專業(yè)課教材，也可以供廣大技術(shù)人員參考使用。

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