本书是在前一版的基础上修订而成的,它在保持**版原有内容、特色和风格的基础上,紧密结合现代科技发展和业内热点,力求将一些*新技术和实用技术融入第二版教材之中,并把握教材内容的新颖性和学以致用的实用性。内容包括智能仪表的基本构成和设计思想,嵌入式系统、新颖A/D和D/A转换器、液晶驱动芯片、点阵显示装置、传统串行接口和USB接口、现场总线、虚拟仪表、电力线通信技术、蓝牙技术和短程无线通信技术ZigBeC等对智能仪表的支持,智能仪表的硬件电路设计和软件设计等,力求在前版教材风格的基础上,既能详细阐述智能仪表的工作原理和设计技术,又能体现出对智能仪表设计和实现提供的*新技术支持。该书可供各大专院校作为教材使用,也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。

1 概述
伴随着20世纪90年代末计算机、网络和通信技术的发展,人类已进入了所谓的后PC时代。在这一阶段,人们开始考虑��何将各类仪器设备变得更加智能化、数字化、网络化,从而使改进后的仪器设备轻巧便利、易于控制或具有联网等某些特定的功能。为了实现人们在后PC时代对仪器设备提出的新要求,嵌人式技术(Embedded Technology)提供了一种灵活、**和高性价比的解决方案,成为后PC时代IT领域发展的主力军。
微型计算机技术和嵌入式系统的迅速发展,确实引起了仪器仪表结构的根本性变革,即以单片机等嵌入式系统为主体,代替传统仪表的常规电子线路,成为新一代的具有某种智能的灵巧仪表。这类仪表的设计**,已经从模拟和逻辑电路的设计转向专用的微机模板或微机功能部件、接口电路和输入/输出通道的设计,以及应用软件的开发。传统模拟式仪表的各种功能是由单元电路实现的,而在以单片机或嵌入式系统为主体的仪表中,则由软件完成众多的数据处理和控制任务。
在测量、控制仪表中引入微机,不仅能解决传统仪表不能解决或不易解决的问题,而且能简化电路,增加功能,提高精度和可靠性,降低售价以及加快新产品的开发速度。由于这类仪表已经实现人脑的一部分功能,例如四则运算、逻辑判断、命令识别等,有的还能够进行自校正、自诊断,并具有自适应、自学习的能力,因此人们习惯上称它们为智能仪表。但智能的水平高低不一,目前所见的大部分这类产品,智能化程度还不是很高,有待进一步改进和完善。当然,随着科学技术的不断发展,这类仪表所具有的智能水平将会越来越高。
MCU(微控制器或单片机)、DSP(数字信号处理器)、嵌入式系统等的问世和性能的不断改善,大大加快了仪器仪表微机化和智能化的进程。它们具有体积小、功耗低、价格便宜等优点,另外用它们开发各类智能产品周期短、成本低,在计算机和仪表的一体化设计中有着更大的优势和潜力。事实上,嵌入式系统在应用数量上远远超过各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就可能包含5~10个嵌入式微处理器,键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数码相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。
……

1 概述
1.1 仪器仪表的技术发展
1.1.1 现代仪器仪表的分类
1.1.2 现代仪器仪表的发展趋势
1.1.3 现代仪器仪表发展的关键技术
1.2 智能仪表的功能和组成
1.2.1 智能仪表的主要功能
1.2.2 智能仪表的基本组成
1.3 智能仪表的设计思想和研制步骤
1.3.1 智能仪表的基本设计思想
1.3.2 智能仪表的设计研制步骤
1.4 智能仪表的开发工具
1.4.1 开发系统的功能
1.4.2 嵌入式系统的软件技术和开发工具平台
习题与思考题一
2 仪表主机电路设计
2.1 由MCS-51单片微机构成的主机电路
2.1.1 MCS-51/52单片微型计算机
2.1.2 主机电路
2.2 带ARM核的处理器芯片
2.2.1 ARM处理器概述
2.2.2 带ARM核的处理器芯片S3C4480X
习题与思考题二
3 过程输入/输出通道设计
3.1 模拟量输入通道
3.1.1 模拟输入通道的结构
3.1.2 A/D转换芯片及其与单片机的接口
3.1.3 模拟量输入通道的其他器件
3.1.4 模拟量输入通道设计举例
3.2 模拟量输出通道
3.2.1 模拟量输出通道的结构
3.2.2 D/A转换芯片及其与单片机的接口
3.2.3 模拟量输出通道设计实例
3.3 开关量输入/输出通道
3.3.1 开关量输入/输出通道的结构
3.3.2 开关量输入/输出通道设计举例
习题与思考题三
4 人-机接口电路设计
4.1 显示器接口
4.1.1 LED显示器
4.1.2 点阵式LED显示器
4.1.3 LCD显示器
4.1.4 点阵式LCD显示器
4.1.5 液晶驱动芯片
4.2 键盘接口
4.2.1 键盘结构和类型
4.2.2 抖动与串键
4.2.3 非编码式键盘接口电路
4.2.4 编码式键盘接口电路
4.3 打印机接口
4.3.1 打印原理
4.3.2 GP-16微型打印机接口
4.3.3 PP-40彩色描绘器接口
习题与思考题四
5 智能仪表通信原理与接口设计
5.1 引言
5.2 串行总线通信
5.2.1 RS-232C
5.2.2 RS-422与RS-485串行接口标准
5.2.3 串行通信参数
5.2.4 串行通信工作模式及流量控制
5.2.5 基于单片机的智能仪表与PC机数据通信
5.2.6 应用实例
5.3 通用串行总线USB
5.3.1 USB的特点
5.3.2 USB的物理接口和电气特性
5.3.3 USB的系统的组成
5.3.4 USB通信流
5.3.5 USB的传输方式
5.3.6 USB交换的包格式
5.3.7 USB接口芯片
5.3.8 基于USB2.0的高速数据采集系统设计
5.4 现场总线技术及现场总线智能仪表
5.4.1 现场总线的体系结构与特点
5.4.2 几种有影响的现场总线
5.4.3 现场总线智能仪表
5.5 工业以太网及其通信程序设计
5.5.1 概述
5.5.2 以太网在SCADA系统中的应用
5.5.3 以太网控制装置的通信程序设计
5.5.4 Socket基本技术介绍
5.5.5 基于PC-104嵌入式控制器的SCADA系统中以太网通信程序的设计
5.6 电力线载波通信技术及其在自动抄表系统中的应用
5.6.1 电力线载波通信概述
5.6.2 电力线载波通信原理与方法
5.6.3 常用电力线载波通信芯片
5.6.4 基于电力线载波通信的自动抄表系统结构和功能
5.6.5 基于PL2000A芯片的电力线载波通信系统设计
5.7 短程无线通信与蓝牙技术
5.7.1 短程无线通信技术概述
5.7.2 蓝牙通信技术
5.7.3 蓝牙芯片组及其实用连接技术
5.7.4 基于蓝牙技术的便携式数据采集装置
5.8 ZigBee短程无线通信技术
5.8.1 ZigBee协议标准
5.8.2 ZigBee的特点和组网方式
5.8.3 ZigBee的技术支持
5.8.4 ZigBee技术在无线水表中的应用
习题与思考题五
6 智能仪表的抗干扰技术
6.1 干扰分析
6.1.1 电磁干扰分析
6.1.2 干扰进入的渠道
6.2 智能仪表的硬件抗干扰技术
6.2.1 串模干扰的**
6.2.2 共模干扰的**
6.2.3 隔离技术
6.2.4 接地技术
6.2.5 屏蔽技术
6.2.6 电源抗干扰设计
6.3 软件抗干扰技术
6.3.1 干扰对智能仪表造成的后果
6.3.2 软件抗干扰的前提条件
6.3.3 冗余技术
6.3.4 软件陷阱技术
习题与思考题六
7 监控程序
7.1 软件设计方法
7.1.1 结构化设计和编程
7.1.2 软件功能测试
7.1.3 软件的运行、维护和改进
7.2 监控程序设计
7.2.1 概述
7.2.2 监控主程序
7.2.3 初始化管理
7.2.4 键盘管理
7.2.5 显示管理
7.2.6 中断管理
7.2.7 时钟管理
7.2.8 手-自动控制
7.2.9 自诊断处理
习题与思考题七
8 智能仪表的测量与控制算法
8.1 测量算法
8.1.1 克服随机误差的软件算法(数字滤波)
8.1.2 克服系统误差的软件算法
8.1.3 量程自动切换与工程量变换
8.2 控制算法
8.2.1 PID控制算法
8.2.2 智能控制算法
8.3 多传感器信息融合技术
8.3.1 多传感器信息融合的基本概念
8.3.2 多传感器信息融合的基本原理
8.3.3 多传感器信息融合系统的模型及结构
8.3.4 多传感器信息融合的分类
8.3.5 多传感器信息融合的主要数学工具
8.3.6 多传感器信息融合的应用
习题与思考题八
9 智能仪表设计实例
9.1 设计准则
9.2 设计实例
9.2.1 温度程序控制仪
9.2.2 变频调速控制器
9.2.3 多通道pH控制器
9.2.4 水表智能抄表系统
9.2.5 以太网控制器
9.3 仪表调试
9.3.1 常见故障
9.3.2 调试方法
习题与思考题九
10 虚拟仪器技术及应用
10.1 引言
10.1.1 什么是虚拟仪器
10.1.2 虚拟仪器与传统仪器的比较
10.1.3 虚拟仪器的分类
10.1.4 虚拟仪器产品的国内外发展和应用状况
10.1.5 虚拟仪器系统与SCADA系统
10.1.6 虚拟仪器技术的发展前景与展望
10.2 虚拟仪器系统组成与硬件结构
10.2.1 虚拟仪器系统组成
10.2.2 虚拟仪器系统硬件构成
10.3 虚拟仪器软件体系结构
10.3.1 虚拟仪器软件架构的发展
10.3.2 虚拟仪器软件架构VISA
10.3.3 虚拟仪器设备的互换性和互操作性
10.4 仪器驱动程序开发
10.4.1 VPP仪器驱动程序模型
10.4.2 VISA函数的应用
10.5 虚拟仪器软件开发平台
10.5.1 LabWindows/CVI的组成、功能及特点
10.5.2 LabWindows/CVI开发环境介绍
10.5.3 LabVIEW简介
10.6 虚拟仪器系统的设计及应用实例
10.6.1 虚拟仪器系统的设计
10.6.2 虚拟仪器系统开发应用实例
习题与思考题十
参考文献