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第1章 绪论1

1.1 智能仪器的基本组成及特点1

1.1.1 智能仪器的组成1

1.1.2 智能仪器的特点1

1.2 智能仪器的设计要点2

1.2.1 智能仪器的设计原则2

1.2.2 智能仪器的研制步骤3

1.2.3 智能仪器的调试5

1.3 智能仪器主机电路的选择5

1.3.1 基于80C51内核的单片机6

1.3.2 基于ARM内核的单片机7

1.3.3 基于DSP内核的单片机9

1.4 智能仪器的发展趋势9

习题10

第2章 STC89系列单片机12

2.1 硬件基础知识12

2.1.1 主要特性及内部结构12

2.1.2 引脚及其功能13

2.1.3 CPU结构14

2.1.4 存储器结构16

2.1.5 I/O端口18

2.1.6 时钟电路与复位电路设计21

2.2 指令系统与汇编语言程序设计22

2.2.1 指令格式23

2.2.2 寻址方式23

2.2.3 指令系统24

2.2.4 汇编语言程序设计32

2.3 Keil C51程序设计34

2.3.1 C51的数据结构34

2.3.2 运算符和表达式41

2.3.3 C51流程控制语句43

2.3.4 函数46

2.3.5 C51语言与汇编语言混合编程48

2.4 中断系统49

2.4.1 中断系统的结构50

2.4.2 中断系统控制寄存器51

2.4.3 中断响应原则及过程53

2.5 定时器／计数器57

2.5.1 定时器／计数器的内部结构及工作原理57

2.5.2 定时器／计数器的方式和控制寄存器58

2.5.3 T0和T1的工作方式及应用60

2.5.4 T2的工作方式及应用66

2.6 串行接口71

2.6.1 串行口的内部结构及功能71

2.6.2 串行口工作方式及应用73

习题79

第3章 智能仪器人机接口设计81

3.1 LED显示及接口设计81

3.1.1 七段LED显示器工作原理及接口设计81

3.1.2 点阵式LED显示器工作原理及接口设计85

3.2 键盘与接口设计88

3.2.1 键盘的工作原理88

3.2.2 非编码式键盘接口电路及控制程序设计91

3.3 键盘／显示器接口设计97

3.3.1 通用可编程接口芯片实现键盘显示器接口设计97

3.3.2 键盘显示器可编程专用接口芯片99

3.4 LCD显示及接口设计100

3.4.1 液晶显示器工作原理100

3.4.2 点阵式字符型液晶显示模块接口设计101

3.4.3 点阵式图形型LCD显示模块及接口设计108

3.5 微型打印机及接口设计113

3.5.1 RG-E487A打印命令114

3.5.2 RG-E487A并行接口电路设计115

3.5.3 RG-E487A串行接口电路设计116

习题118

第4章 智能仪器数据采集系统及模拟量输出通道设计119

4.1 数据采集系统的组成119

4.2 传感器的选用原则121

4.3 模拟信号放大电路122

4.3.1 仪用放大器122

4.3.2 程控增益放大器124

4.3.3 隔离放大器125

4.4 模拟多路开关及接口127

4.5 模拟信号的采样与保持129

4.5.1 采样保持电路的功能及原理129

4.5.2 采样／保持器的性能指标及选用原则130

4.5.3 集成采样／保持器举例132

4.6 A/D转换器及接口设计133

4.6.1 A/D转换器概述133

4.6.2 逐次比较式A/D转换器及接口设计134

4.6.3 积分式A/D转换器及接口设计143

4.6.4 V/F转换器及接口设计149

4.7 A/D数据采集系统设计实例152

4.7.1 数据采集系统的参数设计和选择152

4.7.2 集成数据采集系统的原理和应用155

4.8 模拟量输出通道接口设计159

4.8.1 D/A转换器的性能指标159

4.8.2 D/A转换器及接口设计161

习题169

第5章 智能仪器通信接口技术171

5.1 串行通信接口171

5.1.1 串行通信171

5.1.2 RS-232C串行通信接口173

5.1.3 RS-422串行通信接口177

5.1.4 RS-485串行通信接口178

5.2 GP-IB并行接口总线182

5.2.1 GP-IB接口系统的基本特性183

5.2.2 GP-IB总线结构184

5.2.3 接口消息及编码185

5.2.4 接口功能187

5.2.5 GP-IB接口芯片188

5.3 现场总线189

5.3.1 现场总线技术189

5.3.2 CAN总线191

5.4 无线通信技术193

5.4.1 短距离无线数据通信技术193

5.4.2 nRF24L01无线通信模块及设计实例195

5.4.3 ZigBee无线通信技术及设计实例204

习题208

第6章 智能仪器的软件设计209

6.1 智能仪器的软件开发环境和编程语言209

6.1.1 软件开发环境209

6.1.2 编程语言的选择210

6.1.3 智能仪器的软件设计过程210

6.2 基于裸机的软件设计方法214

6.2.1 软件任务分析与规划214

6.2.2 软件设计方法215

6.2.3 系统监控程序设计218

6.3 基于嵌入式操作系统的软件设计220

6.3.1 嵌入式操作系统220

6.3.2 基于μC/OS-II的嵌入式软件设计方法221

6.3.3 嵌入式软件开发过程223

习题225

第7章 智能仪器的智能化处理技术226

7.1 测量误差分类及处理方法226

7.1.1 测量误差分类226

7.1.2 消除系统误差的方法228

7.1.3 克服随机误差的方法233

7.1.4 消除粗大误差的方法234

7.2 数字滤波236

7.2.1 克服大脉冲干扰的数字滤波法236

7.2.2 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法239

7.2.3 复合滤波法241

7.2.4 数字低通滤波法242

7.3 智能仪器的标度变换技术244

7.3.1 标度变换的硬件实现方法245

7.3.2 标度变换的软件实现方法246

7.4 智能仪器的量程自动转换技术248

7.4.1 量程自动转换原理248

7.4.2 量程上、下限的确定250

7.4.3 量程自动转换性能的提高251

7.5 智能仪器的故障自诊断252

7.5.1 自诊断方式252

7.5.2 自诊断内容及方法253

7.5.3 自检软件259

习题260

第8章 智能仪器的抗干扰技术261

8.1 干扰的产生及分类261

8.1.1 干扰的来源261

8.1.2 干扰的耦合方式262

8.2 串模及共模干扰的抑制264

8.2.1 串模干扰及抑制264

8.2.2 共模干扰及抑制266

8.3 抑制干扰的硬件措施268

8.3.1 空间辐射的干扰抑制268

8.3.2 信号传输通道的干扰抑制271

8.3.3 电源干扰抑制276

8.4 软件抑制干扰技术277

8.4.1 软件陷阱技术278

8.4.2 程序运行监视系统279

习题282

第9章 智能仪器设计实例283

9.1 智能温度巡检仪的设计283

9.1.1 智能温度巡检仪的功能要求283

9.1.2 智能型温度巡检仪的硬件电路设计283

9.1.3 智能型温度巡检仪的软件设计286

9.2 气压式高度表的设计292

9.2.1 气压高度的测量原理292

9.2.2 气压高度表的硬件系统设计294

9.2.3 气压高度表的软件设计295

9.3 点阵式LED信息显示平台设计298

9.3.1 点阵式LED信息显示平台的功能分析与方案设计298

9.3.2 信息平台的硬件设计299

9.3.3 信息平台的软件设计307

9.4 基于虚拟仪器的MEMS陀螺仪静态性能测试系统设计311

9.4.1 虚拟仪器简介312

9.4.2 主要参数计算方法313

9.4.3 测试系统整体方案设计314

9.4.4 测试系统软件设计316

习题319

参考文献320