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| 編輯推薦： |
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本书主要介绍了智能仪器的硬件、软件设计的基本工作原理和各个部分的设计方法，是编著者总结多年教学经验、并参考国内同类书籍精心编写而成的
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| 內容簡介： |
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智能仪器是以微型计算机或者微处理器为核心的测量仪器，具有对数据存储、运算、逻辑判断及自动补偿、校正、自动化操作等功能。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，在电子测量、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。智能仪器的出现，极大地扩充了仪器的应用范围。本书主要介绍“智能仪器”的基本原理、硬件结构与电路设计、软件规划和各功能模块设计方法，是作者编写的《单片机原理与应用》的升级版，是编著者总结多年教学经验，并参考国内同类书籍精心编写而成。 全书共14章，内容包括微处理器的选择，软件系统设计概述，数字信号输入输出通道、模拟信号输入输出通道，总线与通信系统，时钟系统，人机接口，常用数据处理功能，可靠性设计，基于电压测量、时间测量、波形测量的智能仪器和C51编程与实验指导等。为突出智能仪器的特点，本书加重了软件设计的份量，减少了与其他课程雷同的硬件设计内容。为配合教学，每章均附有一定数量的练习与思考题。 本书可作为高等院校工科电子类本科专业教材或培训教材，也可作为电子技术人员从事单片机应用系统研制开发的参考书。
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| 關於作者： |
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1989年大学毕业留校后，一直从事实验、理论教学、科研和管理工作；兼任全国应用型人才培养工程综合技能大赛组委会专家成员；全国高校毕业生就业协会校企合作委员会专家成员；全国信息技术应用水平大赛STC单片机系统设计竞赛委员会专家成员，出版单片机原理与应用、智能设计原理与设计，以及电子电路设计技术等著作。
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| 目錄：
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第1章 绪论1
1.1 智能仪器的结构特点1
1.1.1 什么叫智能仪器1
1.1.2 智能仪器的特点1
1.1.3 智能仪器的硬件系统组成2
1.1.4 智能仪器的软件系统组成2
1.2 智能仪器的设计思路3
1.2.1 智能仪器的基本设计方法3
1.2.2 智能仪器的设计过程3
1.2.3 智能仪器的统调测试方法5
1.3 智能仪器的发展6
1.4 虚拟仪器7
习题8
第2章 微处理器的选择9
2.1 基于8051内核的单片机9
2.1.1 STC89系列单片机10
2.1.2 STC15Fxx系列单片机11
2.1.3 STC15Wxx系列单片机12
2.1.4 其他系列单片机13
2.2 基于ARM内核的单片机14
2.2.1 ARM概念及其发展14
2.2.2 ARM选型与应用15
2.3 DSP数字处理器16
2.3.1 DSP技术概念及其发展16
2.3.2 DSP处理器的主要结构特点16
2.3.3 DSP的选择与应用17
习题18
第3章 软件系统设计概述20
3.1 软件开发环境与编程语言20
3.1.1 开发环境的选择20
3.1.2 编程语言的选择20
3.2 软件系统的结构分析21
3.2.1 层次结构21
3.2.2 功能结构21
3.3 软件系统的规划22
3.4 软件系统的设计步骤23
3.4.1 设计和调试硬件接口模块23
3.4.2 建立软件系统的框架24
3.4.3 设计和调试各个功能模块25
3.4.4 整机测试25
3.5 实例分析25
3.5.1 系统功能概述25
3.5.2 硬件系统概述26
3.5.3 软件系统的规划26
3.5.4 软件系统的框架27
习题29
第4章 开关量数字信号的输入输出30
4.1 开关量信号的输入30
4.1.1 开关量信号输入通道结构30
4.1.2 开关量输入接口30
4.2 开关量信号的输出36
4.2.1 输出驱动接口的隔离36
4.2.2 小功率直流负载驱动接口电路36
4.2.3 中功率直流负载驱动接口电路37
4.2.4 固体继电器输出接口电路38
4.3 电动机驱动电路40
4.3.1 直流电动机调速驱动原理40
4.3.2 直流电动机调速驱动电路41
4.3.3 步进电动机驱动原理41
4.4 键盘与显示接口46
4.4.1 矩阵键盘46
4.4.2 ADC采样键盘48
4.4.3 触摸键盘49
4.4.4 数码静态显示接口52
4.4.5 数码动态显示接口55
4.4.6 液晶显示（字符式、点阵式）59
习题60
第5章 模拟信号的输入输出62
5.1 模拟信号的输入62
5.1.1 AD转换器件的选择62
5.1.2 模拟输入通道的设计63
5.1.3 其他AD转换模式介绍68
5.2 模拟信号的输出70
5.2.1 DA转换器件的选择70
5.2.2 模拟输出通道的设计70
5.2.3 PWM型DA转换器74
习题76
第6章 总线与通信系统77
6.1 通用接口总线GP-IB77
6.1.1 GP-IB标准接口概述77
6.1.2 GP-IB接口芯片80
6.2 串行通信标准RS-232与RS-48580
6.2.1 RS-232标准及接口芯片80
6.2.2 RS-485标准及接口芯片81
6.2.3 串行通信程序设计82
6.3 其他总线与通信技术简介86
6.3.1 通用串行总线USB86
6.3.2 现场总线CAN87
6.3.3 工业以太网88
6.3.4 蓝牙技术89
6.3.5 电力线载波通信89
习题91
第7章 时钟系统92
7.1 硬件时钟92
7.1.1 概述92
7.1.2 时钟数据的写入94
7.1.3 时钟数据的读取95
7.2 软件时钟96
7.2.1 概述96
7.2.2 软件时钟的运行97
7.3 时钟的使用98
7.3.1 定时任务的管理98
7.3.2 时间间隔的测量100
7.3.3 时间长度的控制100
习题101
第8章 人机接口102
8.1 显示部件102
8.1.1 发光二极管102
8.1.2 数码管103
8.1.3 液晶显示屏106
8.2 微型打印机114
8.2.1 GP-16微型打印机的接口
电路114
8.2.2 GP-16微型打印机的使用115
8.3 键盘118
8.3.1 键盘的类型及接口电路118
8.3.2 键盘信号的可靠采集120
8.4 监控程序设计124
8.4.1 监控程序的基本概念124
8.4.2 系统状态分析126
8.4.3 基于顺序编码的监控程序
设计130
8.4.4 基于特征编码的监控程序
设计132
8.4.5 基于菜单操作的监控程序
设计137
习题140
第9章 常用数据处理功能141
9.1 数据处理141
9.1.1 数据类型的选择141
9.1.2 定点运算子程序库的使用141
9.1.3 浮点运算子程序库的使用142
9.2 误差处理144
9.2.1 随机误差的处理144
9.2.2 系统误差的处理145
9.2.3 粗大误差的处理146
9.3 标度变换148
9.3.1 线性标度变换148
9.3.2 非线性标度变换149
9.4 常用自动测量功能152
9.4.1 自动量程转换152
9.4.2 自动校正153
9.4.3 自动补偿156
习题158
第10章 可靠性设计159
10.1 抗干扰设计159
10.1.1 硬件抗干扰设计159
10.1.2 软件抗干扰设计160
10.2 容错设计167
10.2.1 硬件容错设计167
10.2.2 软件容错设计171
习题178
第11章 基于电压测量的智能仪器180
11.1 数字电压表180
11.1.1 数字电压表的结构180
11.1.2 数字电压表主要技术指标181
11.1.3 数字电压表的功能特点183
11.1.4 数字电压表的输入电路184
11.1.5 数字电压表设计185
11.2 数字万用表189
11.2.1 概述189
11.2.2 交直流信号变换器190
11.2.3 有效值转换模块应用194
11.2.4 电流测量方法195
11.2.5 电阻测量原理197
11.2.6 数字万用表的设计198
11.3 智能RLC测量仪203
11.3.1 概述203
11.3.2 电容电感的数字化测量211
11.3.3 RLC测量设计212
习题217
第12章 基于时间测量的智能仪器219
12.1 时频基本概念219
12.1.1 时间与频率关系219
12.1.2 计时标准219
12.1.3 频率测量方法220
12.2 电子计数器基本原理220
12.2.1 概述220
12.2.2 通用电子计数器221
12.2.3 测量误差分析计算225
12.3 电子计数器设计226
12.3.1 数字频率计电路设计226
12.3.2 智能频率计电路设计228
12.4 智能相位测量仪232
12.4.1 相位测量原理232
12.4.2 简易相位测量电路设计233
12.4.3 智能相位测量仪设计235
习题241
第13章 基于波形测量的智能仪器243
13.1 示波器基本原理243
13.1.1 概述243
13.1.2 波形显示器244
13.1.3 液晶显示原理245
13.2 通用示波器247
13.2.1 示波器的垂直（Y）通道247
13.2.2 示波器的水平（X）通道250
13.2.3 示波器的主要技术指标252
13.3 数字示波器253
13.3.1 数字示波器组成原理253
13.3.2 信号采集处理技术254
13.3.3 波形显示技术259
13.4 数字示波器的通信接口261
13.5 数字示波器的特点261
13.6 数字示波器的使用264
13.7 简易数字存储示波器设计266
13.7.1 主要性能分析设计266
13.7.2 设计方案与分析267
13.7.3 系统电路设计270
13.7.4 系统软件设计272
习题273
第14章 C51编程与实验指导275
14.1 C51概述275
14.2 C51语法与数据结构275
14.2.1 常量与变量275
14.2.2 整型变量与字符型变量276
14.2.3 关系表达式和逻辑表达式277
14.3 C51流程控制语句278
14.3.1 if语句278
14.3.2 switch语句279
14.3.3 for语句279
14.3.4 while和do-while语句280
14.3.5 其他语句280
14.4 C51构造数据类型281
14.4.1 结构体281
14.4.2 共用体282
14.4.3 指针283
14.4.4 typedef类型定义284
14.5 C51和标准C语言的异同284
14.5.1 Keil C51数据类型284
14.5.2 8051的特殊功能寄存器284
14.5.3 8051的存储类型285
14.5.4 Keil C51的指针287
14.5.5 “文件包含”处理288
14.5.6 Keil C51的使用288
14.5.7 C51关键字289
14.6 智能仪器实验指导291
14.6.1 低频信号发生器291
14.6.2 直流电动机PWM控制295
14.6.3 流动LED灯控制器设计297
14.6.4 简易频率计数器298
14.6.5 简易有害气体检测仪302
14.6.6 简易数字万用表设计303
14.6.7 简易数字存储示波器304
14.6.8 简易 g?辐射仪307
14.6.9 汽车测速与倒车提示器307
参考文献310
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| 內容試閱：
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随着单片机、嵌入式系统的不断发展，传统仪器发生了深刻变化。我们已经身处计算机的海洋，它们本来可以安全地隐藏在军事研究中心或大学实验室，但现在已经随处可见。单片机与嵌入式系统是计算机的一个重要分支，是智能仪器的核心，已经成为各种仪器不可或缺的部件。正是由于嵌入了这样的单片型微处理器，使得仪器实现操作傻瓜化、检测校准自动化、数据处理程序化和人机对话人性化。加上人工智能在测试技术方面的广泛应用，使现代仪器具有视觉（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）等方面的能力，成为名副其实的智能仪器，有力地推动了仪器朝着微型化、多功能、人工智能化、网络化、虚拟仪器方向发展。各类仪器经过智能化后，在自动化技术、测控技术、通信技术、生物技术、航空航天、军事科学、医疗领域都能起到独特的作用，成为科研院所、工程科学技术人员不可缺少的智能仪器。
单片机与嵌入式系统种类很多，性能各异，从数据总线宽度来说，有8位、16位、32位和64位的处理器，从功能特性来讲，有单片机、ARM嵌入式系统、DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑处理器等，而且各种类型的单片机与嵌入式系统又对应有很多厂家生产的很多不同系列的微处理器芯片。因此，单片机与嵌入式系统非常重要，在教学过程中，不可能面面俱到，只能挑选一款或两款经典的嵌入式处理器进行教学。大学生至少要掌握一款嵌入式微处理器的开发应用才能适应时代的要求。并以此为基础，根据生产实际需要，经过深入学习，触类旁通，举一反三，学会更多的单片机与嵌入式系统的使用方法，以便设计开发出适合某一方面应用的智能仪器，解决实际问题。
智能仪器是对单片机应用的深化，是综合性的电子系统设计，高等院校工科电子类专业的学生毕业后大多从事电子产品开发设计工作，为此，在本科教育阶段开设一门智能仪器的课程显得非常必要。由于智能仪器是各种智能化电子产品的典型代表，其硬件结构和软件系统可以作为一般智能化电子产品的模型，故以智能仪器课程作为工科电子类专业学习智能电子产品设计是比较合适的，通过本课程的学习，能够使学生基本掌握电子产品的设计方法。
过去，人们称计算机专业是学软件的，电子专业是学硬件的。随着电子产品使用单片机与嵌入式系统为核心部件开发智能仪器，软件设计在智能电子产品开发中所占比重也越来越大，电子专业是学硬件的这种观点已经过时。如今智能仪器集微电子技术、信息技术、控制技术于一身，使仪器能够自动完成信号采集、处理、输出控制，实现人机交互、自动校正、与其他仪器的接口等功能和人工智能的能力。作为工科电子专业的学生，要树立新的观念，必须软硬兼施、软硬融合，既要掌握硬件电路设计知识、理论分析，更要具备软件规划、程序设计能力。只有那些硬件功底扎实，软件设计能力很强的学生将来才能在这个领域有所作为、有所创新。然而，大凡编程书，必定不好啃。而且智能仪器面对的是一个比较复杂系统的软硬件设计、编程规划，很容易让人摸不到门、找不到北。故在学习过程中，一定要循序渐进、精讲多练、理论联系实际，坚持在学中做，在做中学。只要能够使用单片机做出1个智能作品，将会极大地提升对单片机、智能仪器课程的兴趣，增强自己的成就感与自豪感，而且所有的困惑将烟消云散，很多问题将迎刃而解。要充分认识到理论与实践的辩证关系：如果在实践中出现障碍，解决不了问题、进行不下去，一定是缺乏理论的指导，对理论理解不深、造成瓶颈；如果在理论上出现模糊不清，必定是缺乏在实践中检验，没有进行深入的实验研究，造成闭门造车、不知所以。单片机、智能仪器设计工程师就是在不断实践、不断研究，在实践中发现问题、在实践中解决问题里锻炼出来的。过去有勤能补拙的说法，毛主席还有实践出真知的理论，而在学习科学技术方面，唯有实践才是产品创新设计的必由之路，才是检验理论正确性的唯一途径。
为了适应智能仪器的新要求，软件设计能力的培养在本教材中得到了加强，与其他课程内容雷同的硬件设计篇幅作了相应压缩，这也是本教材的一大特色。另外，本教材与国内已经出版的同类书籍和教材相比，除了加重软件设计的份量外，硬件设计中大量采用串行器件也是一个特色。随着单片机与嵌入式系统的集成度的提高，很多情况下只要选择一种合适的内嵌了所需功能部件的新型单片机、嵌入式系统就可以满足要求，不需要再外接其他功能芯片；即使需要外接功能部件，也采用串行接口芯片，体现单芯片、少接口的设计风格，提高智能仪器的性价比。只有在信息量非常大、速度要求非常高的场合才采用并行总线接口。
全书共14章，第1章是绪论，介绍了智能仪器的一些基本知识；第2章是微处理器的选择，介绍几种当前流行的单片机与嵌入式系统的性能特点，使学生从单一的8051单片机中走出来，学会思考和选择，达到开阔视野的目的；第3章是软件系统设计概述，使学生了解一个完整的软件系统是如何进行功能设计、层次结构设计与规划的；第4章和第5章介绍了数字信号和模拟信号的输入输出通道；第6章是总线与通信系统，介绍了几种主要的通信协议；第7章是时钟系统，介绍智能仪器运行的基础和设计方法；第8章是人机接口，介绍了显示、打印、键盘的接口设计；第9章是常用数据处理功能，介绍了有关数据处理、误差处理、标度变换和自动测量的基本知识；第10章是可靠性设计，介绍抗干扰设计和容错设计的基本知识；第11章到第13章分别介绍了基于电压测量、时间测量和波形测量的智能仪器的基本知识和智能电子产品设计实例；第14章是C51编程与课程设计实验指导，挑选了9个课程设计项目实验，使学生初步掌握智能仪器的设计方法。
为了配合教学，每一章都有适量的习题。本书全部内容计划学时为60课时，不同专业可根据需要选择教学内容和讲授深度，将实际教学课时控制在40～60课时之间。
全书由朱兆优负责策划、内容安排、编写、修改整理和审定，周航慈、胡文龙、吴光文参与完成了第3章、第5章、第6章、第7章、第8章、第9章、第10章的资料整理和编写工作，朱日兴、刘琦参与了第4章、第9章、第10章、第14章的资料整理和编写工作。本书在编写过程中得到STC宏晶科技公司总裁姚永平先生的大力支持，得到东华理工大学有关部门的关心和资助，朱日兴、刘琦、胡文龙、涂晓红、王海涛、赵永科对书中部分的图件、程序进行了制作和验证，在此一并表示衷心感谢！
由于本书涉及知识领域广泛，而且变化日新月异，限于时间和水平的限制，难免有差错和不足之处，敬请读者指正！
编著者
2016年6月10日
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