智能仪器设计基础

本书以"厚基础、宽口径、会设计、可操作、能发展"为方向，以培养具有创新精神和实践能力的人才为目的，以提高学生的分析和解决实际问题的能力为出发点，较全面、系统地介绍了单片机为核心的智能仪器的基本组成、结构和设计方法。本书注重理论联系实际，反映智能仪器的发展方向，引入智能仪器设计的新技术。?

全书共分10章，内容包括:智能仪器的分类、组成、特点;智能仪器的输入通道及接口技术;模拟量输出通道;人机对话接口;典型数据处理功能;系统总线和数据通信接口;自动校准和自诊断技术;可靠性与抗干扰技术;智能仪器的设计开发步骤和实例，以及智能仪器的发展方向及新技术。?

本书可作为高等学校测控技术与仪器、电子信息、自动控制、机电一体化等专业的高年级本科生和低年级研究生的教材，也可供相关专业工程技术人员参考。

本书以培养"厚基础、宽口径、会设计、可操作、能发展"，具有创新精神和实践能力的人才为目的，以提高学生的分析和解决实际问题的能力为出发点，较全面、系统地介绍了单片机为核心的智能仪器的基本组成、结构和设计方法。注重理论联系实际，反映智能仪器的发展方向，引入智能仪器设计的新技术。

全书共分10章，内容包括:智能仪器的分类、组成、特点，智能仪器的输入通道及接口技术，模拟量输出通道，人机对话接口，典型数据处理功能，系统总线和数据通信接口，自动校准和自诊断技术，可靠性与抗干扰技术，智能仪器的设计开发步骤和实例，以及智能仪器的发展方向与新技术。

本书可作为高等学校测控技术与仪器、电子信息、自动控制、机电一体化等专业的高年级本科生和低年级研究生的教材，也可供相关专业工程技术人员参考。

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定价: 29.00元

作者:史健芳等编著

ISBN:10位[712104403X]13位[9787121044038]

出版社:电子工业出版社

出版日期:2007-9-1

定价:￥29.00元

第1章绪论

1.1智能仪器的发展概况

1.2智能仪器的发展趋势

1.3智能仪器的分类、组成和特点

1.3.1智能仪器的分类

1.3.2智能仪器的组成

1.3.3智能仪器的特点

1.4智能仪器的设计要求、原则及步骤

1.4.1智能仪器的设计要求

1.4.2智能仪器的设计原则

1.4.3智能仪器的设计步骤

习题1

第2章智能仪器输入/输出通道及接口技术

2.1模拟量输入通道概述

2.2传感器

2.2.1传感器的分类

2.2.2传感器的选用原则

2.3放大器

2.3.1程控放大器

2.3.2仪用放大器

2.3.3隔离放大器

2.4模拟多路开关

2.4.1模拟多路开关的性能指标

2.4.2集成模拟多路开关

2.4.3模拟开关的通道扩展

2.5采样/保持器

2.5.1采样/保持器的原理

2.5.2集成采样/保持器

2.5.3采样/保持器的主要性能指标

2.6A/D转换器

2.6.1并联比较型A/D转换器

2.6.2逐次逼近型A/D转换器

2.6.3双积分型A/D转换器

2.6.4∑一△调制型A/D转换器

2.6.5A/D转换器的主要技术指标

2.7A/D转换器与微处理器的接口

2.7.1并行输出ADC与微处理器的接口.

2.7.2串行输出ADC与微处理器的接口

2.8开关量输入通道

2.9模拟量输出通道

2.9.1D/A转换原理

2.9.2D/A转换器的主要技术指标

2.9.3D/A转换器与微处理器的接口

2.9.4DAC的应用

2.10开关量输出通道

2.10.1小功率驱动接口电路

2.10.2中功率驱动接口电路

2.10.3固态继电器输出接口电路

习题2

第3章常见模拟量信号的检测方法

3.1概述

3.2电压类信号的检测

3.2.1对电压测量的基本要求

3.2.2交流电压的测量

3.3电流类信号的检测

3.3.1手动分挡测量法

3.3.2自动分挡测量法

3.4相位型信号的检测

3.4.1软件分析法

3.4.2过零比较器法

3.5时间型信号的检测

3.6频率及周期型信号的检测

3.6.1频率及周期型信号的特点

3.6.2频率测量基本电路

3.6.3周期测量基本电路

3.6.4通用频率计(计数器)的基本电路

3.7电阻型信号的检测

3.7.1恒流法测电阻

3.7.2恒压法测电阻

3.7.3恒阻法测电阻

3.7.4积分法测电阻

3.8电容型信号的检测

3.8.1积分法测电容

3.8.2相位法测电容

……

第4章智能仪器人机交互接口

第5章智能仪器的曲型数据处理功能

第6章智能仪器自动测量和自检技术

第7章智能仪器可靠性与抗干扰技术

第8章总线和数据通信技术

第9章智能仪器设计实例

第10章智能仪器新发展

参考文献

微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理，控制信号的输出、放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。它不但具有传统仪器的功能，而且能在自动化技术、航天、军事、生物技术、医疗领域起到独特的作用。例如，目前要同时测量一个病人的几个不同的参量，并进行某些参量的控制，通常病人的体内要插进几个管子，这增加了病人感染的机会，微型智能仪器能同时测量多参数，而且体积小，可植入人体，使得这些问题得到解决。

多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上(如准确度)比专用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。

人工智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面 。智能仪器的进一步发展将含有一定的人工智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉(图形及色彩辨读)、听觉(语音识别及语言领悟)、思维(推理、判断、学习与联想)等方面具有一定的能力。这样，智能仪器可无需人的干预而自主地完成检测或控制功能。显然，人工智能在现代仪器仪表中的应用，使我们不仅可以解决用传统方法很难解决的一类问题，而且可望解决用传统方法根本不能解决的问题。

融合ISP和EMIT技术，实现仪器仪表系统的Internet接入。

伴随着网络技术的飞速发展，Internet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于Internet的通讯能力以及对设计好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。

在系统编程技术(In-System Programming，简称ISP技术)是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它是LATTICE半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。ISP技术消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板设计、制造与编程。ISP硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于ISP器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板(PCB)上处理，因此编程ISP器件不需要专门编程器和较复杂的流程，只要通过PC机，嵌入式系统处理器甚至INTERNET远程网进行编程。

EMIT嵌入式微型因特网互联技术是emWare公司创立ETI(eXtend the Internet)扩展Internet联盟时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入Internet的技术。利用该技术，能够将8位和16位单片机系统接入Internet，实现基于Internet的远程数据采集、智能控制、上传/下载数据文件等功能。

目前美国ConnectOne公司、emWare公司、TASKING公司和国内的P&S公司等均提供基于Internet的Device?Networking的软件、固件(Firmware)和硬件产品。

虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段

测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与PC机组成测量仪器。这种基于PC机的测量仪器称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，"软件就是仪器"。

传统的智能仪器主要在仪器技术中用了某种计算机技术控制工程网版权所有，而虚拟仪器则强调在通用的计算机技术中吸收仪器技术。作为虚拟仪器核心的软件系统具有通用性、通俗性、可视性、可扩展性和升级性，能为用户带来极大的利益，因此，具有传统的智能仪器所无法比拟的应用前景和市场。