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李泓 著

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• 智能仪器
• 仪器设计
• 传感器技术
• 数据采集
• 信号处理
• 嵌入式系统
• 单片机
• 测量技术
• 自动化
• 控制系统

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302237907

商品编码：29729795775

包装：平装

出版时间：2010-12-01

基本信息

书名:智能仪器设计基础

定价：36.00元

售价：24.5元,便宜11.5元,折扣68

作者:李泓

出版社：清华大学出版社

出版日期：2010-12-01

ISBN：9787302237907

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.499kg

编辑推荐

内容提要

本书详细讲解了智能仪器的设计方法，对智能仪器的硬件设计、软件设计和各种常用外围功能部件的使用，以及各种常用的算法都作了介绍。本书以c语言为主讲解程序，更加符合实际应用的需要。同时，书中提供了几个设计实例，都是编者在实际工作中的总结，具有一定的参考价值。
　　本书主要面向广大电子设计工作者和大院校师生，适合本科及高职高专院校作为教材使用，也适合具有一定单片机基础的广大电子爱好者学习和参考。

目录

章 概述
　1.1 电子仪器的发展
　1.2 智能仪器的特点和组成
　1.2.1 智能仪器的定义
　1.2.2 智能仪器的特点
　1.2.3 智能仪器的组成
　1.3 智能仪器的研制过程
　习题
第2章 微处理器的选择
　2.1 单片机的选择
　2.2 8位单片机
　2.2.1 51系列单片机
　2.2.2 microchip公司的8位单片机
　2.2.3 avr系列单片机
　2.2.4 飞思卡尔系列单片机
　2.2.5 其他类型8位单片机
　2.3 16位单片机
　2.3.1 msp430系列单片机
　2.3.2 其他类型16位单片机
　2.4 32位单片机
　2.4.1 arm系列单片机
　2.4.2 其他系列32位单片机
　2.5 dsp数字处理器
　2.5.1 dsp处理器的主要结构特点
　2.5.2 dsp处理器的选择
　2.6 常用微处理器程序下载方法
　2.7 常用微处理器开发软件
　习题
第3章 总线扩展技术
　3.1 并行扩展
　3.1.1 并行总线扩展方式
　3.1.2 并行i／o扩展方式
　3.2 串行总线扩展
　3.2.1 spi总线介绍及应用
　3.2.2 pc总线介绍及应用
　3.2.3 单总线介绍及应用
　习题
第4章 智能仪器输入／输出通道
　4.1 模拟量信号输入通道
　4.1.1 模拟量输入通道的一般组成
　4.1.2 前置放大器
　4.1.3 采样／保持器
　4.1.4 多路开关
　4.1.5 a／d转换芯片
　4.1.6 v／f变换芯片ad650
　4.2 模拟量信号输出通道
　4.2.1 模拟量输出通道的组成及结构形式
　4.2.2 d／a转换芯片及其与微处理器的接口
　4.2.3 pwm型d／a转换器
　4.3 开关量信号输入通道
　4.3.1 开关量输入通道的结构
　4.3.2 开关量输入接口
　4.4 开关量信号输出通道
　4.4.1 开关量输出接口的隔离
　4.4.2 小功率驱动接口电路
　4.4.3 中功率驱动接口电路
　习题
第5章 智能仪器人机接口技术
　5.1 键盘接口
　5.1.1 非编码式键盘接口
　5.1.2 编码式键盘接口
　5.2 显示接口
　5.2.1 led显示器
　5.2.2 lcd显示器
　习题
第6章 智能仪器通信接口
　6.1 通用接口总线gp—ib
　6.1.1 gp-ib标准接口概述
　6.1.2 gp-ib接口芯片
　6.2 串行通信标准rs-232与rs-485
　6.2.1 rs-232标准及接口芯片
　6.2.2 rs-485标准及接口芯片
　6.2.3 串行通信程序设计
　6.3 modbus协议
　6.4 通用串行总线usb
　6.4.1 usb的物理接口和电气特性
　6.4.2 usb系统的组成
　6.4.3 usb通信流
　6.4.4 usb的传输方式
　6.4.5 usb交换的包格式
　6.4.6 usb典型器件
　6.5 工业以太网
　6.6 蓝牙技术
　6.6.1 蓝牙技术的特色与工作原理
　6.6.2 蓝牙芯片组及其实用连接技术
　6.6.3 蓝牙模块的使用
　6.7 电力载波通信
　6.7.1 原理与方法
　6.7.2 常用芯片
　6.7.3 基于pl3105芯片的电力线载波通信系统设计
　习题
第7章 智能仪器的软件设计
　7.1 软件设计过程
　7.1.1 系统定义
　7.1.2 绘制流程图
　7.1.3 编写程序
　7.1.4 软件测试
　7.1.5 文件编制
　7.1.6 软件维护
　7.2 软件设计方法
　7.2.1 “自顶向下”设计
　7.2.2 模块化设计
　7.2.3 结构化设计
　7.3 程序的结构
　7.3.1 程序的基本结构
　7.3.2 模块化的程序结构
　7.3.3 中断与前／后台的程序结构
　7.3.4 时间片与分时调度机制
　7.3.5 多进程并行运行机制
　7.3.6 多工序程序结构
　7.3.7 基于状态机思路的程序调度机制
　7.4 键盘管理
　7.4.1 键值获取方法
　7.4.2 一键一义的键盘管理
　7.4.3 一键多义的键盘管理
　7.5 中断、时钟管理
　7.5.1 中断管理
　7.5.2 时钟管理
　习题
第8章 智能仪器典型处理功能
　8.1 系统误差修正
　8.1.1 系统误差的模型修正法
　8.1.2 系统误差的标准数据校正法
　8.1.3 零位误差和增益误差的校正方法
　8.2 随机误差修正
　8.2.1 算术平均滤波
　8.2.2 去极值平均滤波
　8.2.3 中位值平均滤波
　8.2.4 滑动平均滤波
　8.2.5 加权滑动平均滤波
　8.2.6 一阶惯性滤波
　8.2.7 程序判断滤波
　8.2.8 复合滤波
　8.3 粗大误差修正
　8.4 量程自动转换与标度变换
　8.4.1 量程自动转换
　8.4.2 标度变换
　8.5 测量结果的非数值处理
　8.5.1 查表
　8.5.2 排序
　8.6 超限报警
　8.7 自检、自校正与自动测量
　习题
第9章 抗干扰技术
　9.1 噪声与干扰
　9.1.1 噪声与干扰简介
　9.1.2 电磁干扰的形成因素
　9.1.3 电磁干扰的分类
　9.1.4 差模干扰和共模干扰
　9.1.5 电磁干扰的耦合途径
　9.1.6 智能仪器电磁干扰控制的一般方法
　9.2 硬件抗干扰技术
　9.2.1 屏蔽技术
　9.2.2 接地技术
　9.2.3 滤波技术
　9.2.4 隔离技术
　9.2.5 看门狗技术
　9.3 电源抗干扰技术
　9.3.1 电源干扰的类型
　9.3.2 电源干扰的耦合途径
　9.3.3 电源抗干扰的基本方法
　9.3.4 emi电源滤波器
　9.3.5 瞬变干扰吸收器件
　9.4 软件抗干扰技术
　9.4.1 概述
　9.4.2 指令冗余技术
　9.4.3 软件陷阱技术
　9.4.4 故障自动恢复处理程序
　9.4.5 开关量输入／输出软件抗干扰设计
　9.4.6 编写软件的其他注意事项
　习题
0章 设计实例
　10.1 单片机电子时钟设计
　10.1.1 功能描述
　10.1.2 硬件设计
　10.1.3 软件设计
　10.2 智能电容／电感测试仪
　10.2.1 功能描述
　10.2.2 硬件设计
　10.2.3 软件设计
　10.3 电动支架遥控器
　10.3.1 功能描述
　10.3.2 硬件设计
　10.3.3 软件设计
　10.4 电视电动支架
　10.4.1 功能描述
　10.4.2 硬件设计
　10.4.3 软件设计
　10.5 阴极保护电源
　10.5.1 功能描述
　10.5.2 硬件设计
　10.5.3 软件设计
　10.6 美元面值识别仪
　10.6.1 功能描述
　10.6.2 硬件设计
　10.6.3 软件设计
　习题
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《精密测量与传感技术概论》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的精密测量与传感技术概论。在当今科技飞速发展的时代，无论是科学研究、工业生产、医疗健康，还是日常生活，都离不开精确可靠的测量和智能化的感知。本书将带领读者穿越传统测量方法的边界，探索现代精密测量与传感技术的精髓，揭示其背后的物理原理、关键技术以及广泛的应用前景。 本书的结构设计清晰，循序渐进，从最基本的测量概念出发，逐步深入到复杂的传感系统设计和信号处理。首先，我们将从测量学的基本原理入手，探讨量、单位、量值、测量误差、测量不确定度等核心概念，为后续内容的学习打下坚实的基础。理解这些基本概念是掌握任何测量技术的前提，我们将通过生动的例子和清晰的图示来阐释这些抽象的概念。 接着，本书将系统地介绍各类先进的测量技术。我们将重点关注那些在精密测量领域扮演着至关重要角色的技术，例如： 光学测量技术： 这部分将深入探讨激光干涉测量、光电编码器、光学三角测量、全息测量等技术。我们将分析激光的特性如何被用于实现纳米级的位移测量，讲解光电编码器如何将角度或线性位移转化为数字信号，以及如何利用光学原理进行非接触式的三维形貌测量。光学测量因其高精度、非接触和宽频带的特点，在精密加工、计量、航空航天等领域有着举足轻重的地位。 电磁测量技术： 我们将详细介绍电磁感应、霍尔效应、电容式、电感式以及射频识别（RFID）等传感器的原理和应用。读者将了解到如何利用电磁场的变化来检测位移、角度、压力、温度等物理量，并理解RFID技术如何在无线识别和追踪中发挥作用。电磁测量技术因其成本效益和广泛的适用性，在工业自动化、物体识别和定位等方面得到广泛应用。 力学与声学测量技术： 本部分将涵盖应变片、压电传感器、加速度计、陀螺仪、麦克风以及超声波传感器等。我们将阐释力学传感器如何将微小的形变转化为可测量的电信号，讲解加速度计和陀螺仪在惯性导航和姿态控制中的核心作用，以及声学传感器在环境监测、无损检测和医学成像中的应用。 热学与化学测量技术： 读者将学习到热电偶、热敏电阻、红外传感器、气体传感器、pH计等。我们将深入探讨各种温度传感器的响应机制，理解不同气体传感器的工作原理及其对环境监测的重要性，以及化学传感器在食品安全、环境保护和医疗诊断中的角色。 除了对单一传感原理的阐述，本书还将重点关注传感器的集成与系统设计。一个完整的测量系统往往由多个传感器、信号调理电路、数据采集系统和数据处理单元组成。我们将探讨如何根据具体的测量需求，选择合适的传感器组合，并进行优化设计。这包括： 信号调理与放大： 传感器输出的原始信号往往微弱且易受干扰，需要经过滤波、放大、隔离等信号调理过程才能被后续电路处理。我们将详细介绍各种信号调理电路的设计方法和关键技术。 数据采集与转换： 将模拟信号转化为数字信号是进行数据处理和分析的关键步骤。本书将深入讲解模数转换器（ADC）的类型、工作原理和选择标准，以及数字信号处理（DSP）的基础知识。 传感器网络的构建： 在现代应用中，分布式测量和协同感知越来越普遍。我们将介绍如何构建和管理多传感器网络，实现数据的融合和共享，从而提高测量的整体性能和鲁棒性。 信号处理与数据分析是提升测量精度、提取有效信息的重要环节。本书将涵盖以下内容： 误差分析与补偿： 详细介绍各种误差的来源，如系统误差、随机误差，以及如何通过统计方法进行误差评估和不确定度分析。我们将探讨各种误差补偿技术，以提高测量结果的可靠性。 滤波技术： 介绍数字滤波器的原理，如低通、高通、带通滤波器，以及常用的滤波算法，如移动平均滤波、卡尔曼滤波等，以去除信号中的噪声。 数据融合技术： 当多个传感器同时测量同一物理量时，如何将它们的数据进行有效的融合，以获得比单一传感器更准确、更可靠的结果。我们将介绍常用的数据融合算法，如加权平均、贝叶斯融合等。 模式识别与机器学习在传感数据分析中的应用： 随着人工智能技术的发展，机器学习算法在从复杂的传感数据中提取有价值信息方面展现出强大的能力。我们将简要介绍如何利用机器学习技术进行异常检测、状态识别和预测性维护。 本书的另一重要特色是应用导向。在介绍各项技术的同时，我们将穿插大量具体的应用案例，涵盖： 工业自动化与智能制造： 在生产线上，精密测量是保证产品质量、优化生产流程的关键。我们将展示传感器在自动化装配、质量检测、过程监控中的应用。 航空航天与国防： 在这些领域，对测量精度和可靠性的要求极为苛刻。我们将探讨惯性导航系统、目标跟踪、环境监测等方面的应用。 生物医学工程： 从医疗影像到生命体征监测，传感技术在现代医疗保健中发挥着不可替代的作用。我们将介绍医用传感器、诊断设备以及康复工程中的应用。 环境监测与物联网（IoT）： 随着物联网的兴起，传感器作为感知世界的重要节点，在环境污染监测、智能家居、智慧城市等领域发挥着日益重要的作用。我们将探讨如何利用传感器构建智能化的感知网络。 科学研究与基础科学： 从粒子物理到天体物理，精密测量是推动科学前沿探索的基石。我们将展示传感器在基础科学研究中的重要作用。 本书的读者对象广泛，包括但不限于： 高等院校相关专业的学生： 尤其是在自动化、电子工程、机械工程、仪器科学、物理学、材料科学等专业。 工程技术人员： 致力于产品研发、工艺优化、设备维护和系统集成的工程师。 科研人员： 需要进行精密测量和数据采集的科学家和研究助理。 对精密测量与传感技术感兴趣的爱好者： 希望系统了解该领域知识的读者。 本书力求理论与实践相结合，语言通俗易懂，避免过于晦涩的术语，但又不失严谨性。书中穿插了大量图表、示意图和实例分析，旨在帮助读者更好地理解抽象的原理和复杂的技术。通过阅读本书，读者将能够： 建立对精密测量与传感技术宏观而扎实的认识。 掌握各类常用传感器的基本工作原理和适用范围。 理解传感器系统设计的关键要素和流程。 熟悉信号处理和数据分析的基本方法。 了解精密测量与传感技术在各个领域的广泛应用。 为进一步深入学习和实际应用打下坚实的基础。 我们相信，本书将成为您探索精密测量与传感技术世界的得力助手，开启您在这一重要技术领域的大门。

评分☆☆☆☆☆

让我感到惊喜的是，《智能仪器设计基础》对“测试与验证”环节给予了前所未有的重视。在很多设计类书籍中，设计完成后往往戛然而止，留给读者一个“自己去测吧”的开放式结局，但这本书却将测试和可靠性视为设计生命周期中不可分割的一部分。书中详细论述了如何使用示波器、逻辑分析仪和万用表进行系统级的故障排查，并且给出了“七步排障法”等实用的流程指导。最吸引我的是关于仪器校准和漂移分析的部分。作者没有停留在理论公式，而是详细讲解了如何建立一个合理的实验室环境来模拟长期工作条件，并探讨了由于温度变化、元器件老化等因素导致的系统误差如何被量化和补偿。这种对“如何证明你的仪器是准确的”这一核心问题的深入探讨，展现了作者对工程严谨性的深刻理解。读完这部分内容，我意识到一个好的智能仪器，不仅要能工作，更重要的是要能持续、可信赖地工作，而这本书为我提供了实现这一目标所需的工具箱和方法论，远超出了我最初对一本“设计基础”读物的期望。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计充满了工业美感，那种冷静的蓝灰色调搭配上简洁的字体，一下子就抓住了我的眼球。我本来对手册类的书籍总是抱持着一种敬而远之的态度，觉得它们通常晦涩难懂，充斥着枯燥的公式和难以想象的理论推导。然而，当我翻开《智能仪器设计基础》的第一章时，那种预感就被彻底打破了。作者似乎深谙如何将复杂的概念“翻译”成普通人也能理解的语言。书中对传感器技术原理的阐述，没有止步于教科书式的定义，而是结合了当下最新的物联网应用场景，比如智慧农业中的土壤湿度监测，或者工业4.0中对机器振动信号的实时分析。特别是关于信号调理部分的讲解，作者没有仅仅停留在理论层面，而是详细对比了不同滤波器的优缺点及其在实际电路中的实现细节，甚至还配上了清晰的框图和仿真结果截图，这对于我这样一个初学者来说，简直是及时雨，让我对“如何让微弱的信号变得可用”这个问题有了具象化的认知，而不是仅仅停留在概念层面。整体来看，这本书的结构安排非常人性化，从基础的物理量采集到最终的数据可视化，每一步都铺垫得非常扎实，读起来完全没有那种“高高在上”的学术感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图文质量绝对是业界一流的水准。在阅读技术书籍时，清晰的插图是理解复杂架构的关键，而这本书在这方面做得非常出色。无论是关于电源管理模块的层级图，还是复杂的数字逻辑电路图，线条都非常锐利，标注清晰到位，完全没有那种低分辨率扫描件带来的模糊感。更值得称赞的是，作者在引入新概念时，习惯性地使用“类比”的方式，这极大地降低了认知负担。例如，在解释了数字滤波器中的“IIR”和“FIR”结构时，作者用修建水坝和疏通河道的比喻来区分它们的反馈机制和计算复杂性，使得抽象的数学模型立刻变得生动起来。此外，书中大量的代码示例，无论是C语言还是Python脚本，都经过了精心格式化，注释详尽且准确。我尝试着按照书中的示例，独立搭建了一个基于STM32微控制器的简单数据记录仪，发现只要严格按照书中的步骤和参数设置，即便是第一次进行这类整合项目的我，也能顺利点亮并获得可信的结果。这种“即学即用”的设计理念，极大地增强了读者的自信心和学习的主动性。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程中，我发现它在理论深度和实践应用之间找到了一个非常精妙的平衡点，这在同类书籍中是相当少见的。许多声称是“基础”的书籍，要么过于简化，泛泛而谈；要么就是直接嫁接了最新的研究论文，让非专业人士望而却步。但《智能仪器设计基础》的作者似乎有着非常丰富的工程经验，他们知道哪些知识点是必须掌握的“内功心法”，哪些是锦上添花的“花架子”。比如，在讨论模数转换器（ADC）时，它不仅讲解了有效位数（ENOB）和信噪比（SNR），还细致地分析了直流误差、非线性误差等校准方法，并且非常务实地指出了在实际采样过程中，时钟抖动对测量结果的破坏性影响，甚至还给出了一些初步的抗抖动设计建议。这种注重细节和对实际工程挑战的预见性，让我感觉自己不是在阅读一本教材，而是在听一位资深工程师传授他的“独门秘籍”。特别是关于嵌入式系统与PC端上位机通信协议的设计部分，作者没有局限于常见的串口或USB，而是详细介绍了如何利用Ethernet或更底层的SPI/I2C总线进行高效数据传输的封装和优化，这对于那些想要开发更复杂数据采集系统的读者来说，无疑是极具价值的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，我认为在于它提供了一种“系统性思维”的培养路径，而非仅仅是知识点的堆砌。我之前接触过一些偏向硬件实现的指南，它们更侧重于元器件的选择和焊接技巧，但往往忽略了整个系统的性能指标是如何相互制约和影响的。这本《智能仪器设计基础》恰恰弥补了这一点。它花了大量篇幅探讨了“设计权衡”（Design Trade-off）的问题，比如在追求高精度和低功耗之间如何找到平衡点；或者在选择嵌入式处理器时，是选择运算速度快的ARM Cortex-M系列，还是选择集成度更高的单片机。作者通过几个贯穿全书的案例研究——从一个简单的温度计到复杂的医疗诊断设备——展示了这些决策是如何影响最终产品的成本、体积和可靠性的。更让我印象深刻的是，书中对软件架构的讨论。它没有将软件视为硬件的附属品，而是将其提升到了与硬件同等重要的地位来分析。对于实时操作系统（RTOS）的选择、驱动程序的编写规范，甚至是如何进行固件的空中升级（OTA），都有着深入浅出的分析。这使得读者能够跳出“画电路图”的思维定势，真正理解一个“智能仪器”是一个软硬件深度融合的复杂生命体。